CN112276939A - 一种机器人的控制装置、方法和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人的控制装置、方法和机器人，该装置包括：信号获取单元，在所述机器人触发急停的情况下，若所述机器人的本体开关被接通，则获取所述机器人的本体开关被接通的开关接通信号；控制单元，输出使能释放控制信号；逻辑处理单元，若接收到所述开关接通信号，则对所述开关接通信号进行逻辑处理后，输出手动释放信号；若接收到所述使能释放控制信号，则对所述使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放信号；信号输出单元，若接收到所述手动释放信号或所述使能释放信号，则控制所述机器人的电机释放抱闸。该方案，通过对SCARA机器人的电机抱闸进行释放控制，可以防止对机器人或周围设备造成二次损坏以消除安全隐患。

Description

一种机器人的控制装置、方法和机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人的控制装置、方法和机 器人，尤其涉及一种SCARA机器人电机抱闸释放控制装置、方法和机器人。

背景技术

企业开始进行工业自动化改革，各种工业机器人就成为了很多企业的优选 方案。SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm，是一种应用于装配 作业的机器人手臂)机器人就是其中广为使用的一种。但SCARA机器人触发 急停保护后，无法在不断电重启的情况下移动机械臂，可能会对机器人或周围 设备造成二次损坏，存在严重安全隐患。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现 有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种机器人的控制装置、方法和机器人，以解决 SCARA机器人触发急停保护后无法在不断电重启的情况下移动机械臂，可能 会对机器人或周围设备造成二次损坏，存在严重安全隐患的问题，达到通过对 SCARA机器人的电机抱闸进行释放控制，可以防止对机器人或周围设备造成 二次损坏以消除安全隐患的效果。

本发明提供一种机器人的控制装置，包括：信号获取单元、控制单元、逻 辑处理单元和信号输出单元；其中，所述信号获取单元，被配置为在所述机器 人触发急停、且能够通过手动释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机 器人的本体开关被接通，则获取所述机器人的本体开关被接通的开关接通信 号；所述控制单元，被配置为在所述机器人触发急停、且能够通过使能释放所 述机器人的电机抱闸的情况下，输出使能释放控制信号；所述逻辑处理单元， 被配置为若接收到所述开关接通信号，则对所述开关接通信号进行逻辑处理 后，输出手动释放信号；若接收到所述使能释放控制信号，则对所述使能释放 控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放信号；所述信号输出单元，被配置为 在接收到所述手动释放信号或所述使能释放信号的情况下，控制所述机器人的 电机释放抱闸。

在一些实施方式中，所述机器人的本体开关，包括：自复位开关；所述自 复位开关的第一端连接至所述信号获取单元的输入端，所述自复位开关的第二 端接地；所述自复位开关为常开开关，被按下时接通；所述机器人的控制装置， 还包括：所述信号获取单元，被配置为在所述机器人通过所述控制单元触发急 停、且所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的自复位开关已自复位 断开，则获取所述机器人的自复位开关被断开的开关断开信号；所述逻辑处理 单元，被配置为若接收到所述开关断开信号，则对所述开关断开信号进行逻辑 处理后，输出维持抱闸信号；所述信号输出单元，被配置为在接收到所述维持 抱闸信号的情况下，控制所述机器人的电机继续维持抱闸状态。

在一些实施方式中，还包括：采样单元；所述采样单元，被配置为采集所 述机器人的刹车信号线上的电流信号；所述控制单元，还被配置为根据所述机 器人的本体的电流信号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的 本体的状态进行监控；其中，所述机器人的本体开关的开关信号，包括：所述 机器人的本体开关被接通的开关接通信号，或所述机器人的本体开关被断开的 开关断开信号。

在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述机器人的本体的电流信号和 所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控，包 括：在所述机器人正常运行的情况下，若所述电流信号显示所述机器人正常运 行，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控制所 述机器人停机，并发起所述机器人在正常运行中被误操作的提醒消息；在所述 机器人处于刹车状态的情况下，若所述电流信号显示所述机器人处于刹车状 态，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控制所 述机器人禁止启动。

在一些实施方式中，所述信号获取单元的输出端的数量、所述逻辑处理单 元的数量、以及所述信号输出单元的数量，均与所述机器人中需要抱闸或释放 抱闸的电机的数量一致；在所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机的数量为 两个的情况下，所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机，包括：第一电机和 第二电机；所述信号获取单元的输出端，包括：第一输出端和第二输出端；所 述逻辑处理单元，包括：第一逻辑处理单元和第二逻辑处理单元；所述信号输 出单元，包括：第一信号输出单元和第二信号输出单元；其中，所述信号获取 单元的第一输出端，输出至所述第一逻辑处理单元的第一输入端；所述第一逻 辑处理单元的输出端，输出至所述第一信号输出单元的输入端；所述第一信号 输出单元的输出端，输出至所述第一电机的抱闸或释放抱闸的控制端；所述信 号获取单元的第二输出端，输出至所述第二逻辑处理单元的第一输入端；所述 第二逻辑处理单元的输出端，输出至所述第二信号输出单元的输入端；所述第 二信号输出单元的输出端，输出至所述第二电机的抱闸或释放抱闸的控制端； 所述控制单元的第一使能控制端，输出至所述第一逻辑处理单元的第二输入 端；所述控制单元的第二使能控制端，输出至所述第二逻辑处理单元的第二输 入端。

在一些实施方式中，所述信号获取单元，包括：第一光耦模块、第一开关 模块和第二开关模块；其中，所述第一光耦模块中的二极管侧，连接至所述机 器人的本体开关；所述第一光耦模块中的晶体管侧，能够输出所述机器人的本 体开关的开关信号；其中，所述机器人的本体开关的开关信号，经所述第一开 关模块处理后，输出至所述第一逻辑处理单元的第一输入端；所述机器人的本 体开关的开关信号，经所述第二开关模块处理后，输出至所述第二逻辑处理单 元的第一输入端；所述机器人的本体开关的开关信号，还输出至所述控制单元 的反馈端。

在一些实施方式中，所述第一开关模块和所述第二开关模块的结构相同； 所述第一开关模块，包括：第一晶体三极管模块；所述第一晶体三极管模块的 基极，连接至所述第一光耦模块中晶体管侧的发射极；所述第一晶体三极管模 块的集电极，作为所述第一开关模块的输出端，输出至所述第一逻辑处理单元 的第一输入端。

在一些实施方式中，所述第一逻辑处理单元和所述第二逻辑处理单元的结 构相同；所述第一逻辑处理单元，包括：第一与门模块；所述第一与门模块的 第一输入端，连接至所述信号获取单元的第一输出端；所述第一与门模块的第 二输入端，连接至所述控制单元的第一使能控制端；所述第一与门模块的输出 端，连接至所述第一信号输出单元的输入端。

在一些实施方式中，所述第一信号输出单元和所述第二信号输出单元的结 构相同；所述第一信号输出单元，包括：第二光耦模块；所述第二光耦模块中 二极管侧的阴极，连接至所述第一逻辑处理单元的输出端；所述第二光耦模块 中晶体管侧的发射极，连接至所述第一电机的抱闸或释放抱闸的控制端。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种机器人，包括：以上所述的 机器人的控制装置。

与上述机器人相匹配，本发明再一方面提供一种机器人的控制方法，包括： 通过信号获取单元，在所述机器人触发急停、且能够通过手动释放所述机器人 的电机抱闸的情况下，若所述机器人的本体开关被接通，则获取所述机器人的 本体开关被接通的开关接通信号；通过控制单元，在所述机器人触发急停、且 能够通过使能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，输出使能释放控制信号； 通过逻辑处理单元，若接收到所述开关接通信号，则对所述开关接通信号进行 逻辑处理后，输出手动释放信号；若接收到所述使能释放控制信号，则对所述 使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放信号；通过信号输出单元，在接收到所述手动释放信号或所述使能释放信号的情况下，控制所述机器人的 电机释放抱闸。

在一些实施方式中，所述机器人的本体开关，包括：自复位开关；所述自 复位开关的第一端连接至所述信号获取单元的输入端，所述自复位开关的第二 端接地；所述自复位开关为常开开关，被按下时接通；所述机器人的控制方法， 还包括：通过所述信号获取单元，在所述机器人通过所述控制单元触发急停、 且所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的自复位开关已自复位断 开，则获取所述机器人的自复位开关被断开的开关断开信号；通过所述逻辑处 理单元，若接收到所述开关断开信号，则对所述开关断开信号进行逻辑处理后， 输出维持抱闸信号；通过所述信号输出单元，在接收到所述维持抱闸信号的情 况下，控制所述机器人的电机继续维持抱闸状态。

在一些实施方式中，还包括：通过采样单元，采集所述机器人的刹车信号 线上的电流信号；通过所述控制单元，还根据所述机器人的本体的电流信号和 所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控；其 中，所述机器人的本体开关的开关信号，包括：所述机器人的本体开关被接通 的开关接通信号，或所述机器人的本体开关被断开的开关断开信号。

在一些实施方式中，通过所述控制单元，根据所述机器人的本体的电流信 号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监 控，包括：在所述机器人正常运行的情况下，若所述电流信号显示所述机器人 正常运行，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则 控制所述机器人停机，并发起所述机器人在正常运行中被误操作的提醒消息； 在所述机器人处于刹车状态的情况下，若所述电流信号显示所述机器人处于刹 车状态，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控 制所述机器人禁止启动。

由此，本发明的方案，通过增加硬件控制回路且能兼容软件控制回路， SCARA机器人在紧急状态或无驱动回路时，操作人员可手动将电机抱闸释放 并移动机械臂，使得SCARA机器人无驱动回路时的紧急移动成为可能；从而， 通过对SCARA机器人的电机抱闸进行释放控制，可以防止对机器人或周围设 备造成二次损坏以消除安全隐患。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的机器人的控制装置的一实施例的结构示意图；

图2为SCARA机器人的一实施例的结构示意图；

图3为机器人与控制器的一实施例的结构示意图，具体为机器人本体接线 示意图；

图4为机器人与控制器的另一实施例的结构示意图；

图5为图4中控制器的一路控制电路的一实施例的结构示意图；

图6为本发明的机器人的控制方法的一实施例的流程示意图；

图7为本发明的方法中在自复位开关复位后维持电机抱闸的一实施例的流 程示意图；

图8为本发明的方法中对机器人的本体状态进行监测的一实施例的流程示 意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实 施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的 实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种机器人的控制装置。参见图1所示本发 明的装置的一实施例的结构示意图。该机器人的控制装置能够应用在SCARA 机器人的电机抱闸释放控制方面，SCARA机器人的电机抱闸释放控制装置， 包括：信号获取单元、控制单元、逻辑处理单元和信号输出单元。控制单元， 可以选用FPGA。

具体地，所述信号获取单元，连接至所述机器人的本体开关(如自复位开 关)，被配置为在所述机器人触发急停、且能够通过手动释放所述机器人的电 机抱闸的情况下，若所述机器人的本体开关被接通，则获取所述机器人的本体 开关被接通的开关接通信号。

具体地，所述控制单元，被配置为在所述机器人触发急停、且能够通过使 能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，输出使能释放控制信号。

具体地，所述逻辑处理单元，被配置为在所述机器人触发急停、且能够通 过手动释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述开关接通信号，则 对所述开关接通信号进行逻辑处理后，输出手动释放信号。在所述机器人触发 急停、且能够通过使能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述使 能释放控制信号，则对所述使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放 信号。

具体地，所述信号输出单元，被配置为在接收到所述手动释放信号或所述 使能释放信号的情况下，控制所述机器人的电机释放抱闸。其中，在所述机器 人中一路以上电机的刹车信号单独设置。由于没有将刹车信号接在一起，而是 另起一路，仅将机器人的本体开关的开关信号作为一路信号输入，因此无论是 本体开关按下或是内部软件控制使能，都可以解除制动，在非紧急状态也可用 软件对任一轴进行单独使能控制。

例如：在解除制动信号与使能信号的送出的状态下：在增加硬件回路后， 两种解刹车的情况均可实现。具体地，在无软件控制的情况下，按下“机器人” 上的开关解除制动。软件控制送出使能信号后，“机器人”上电机也需能释放 抱闸。

其中，若手动释放抱闸，此时自复位开关被按下，“SW_IN”网络接地， 输出低电平(逻辑电平0)，此时前级光耦电路导通，“SW”、“SW_0”网 络被上拉，输出高电平，此时晶体三极管电路导通，“SW_SIG”网络接地， 输出低电平(逻辑电平0)，由Y＝A·B知输出逻辑电平0，即网络“BRK0-”、 “BRK1-”输出低电平，此时后级光耦电路导通，输出给电机的信号“BRK1” /“BRK2”接地，输出低电平，抱闸释放。

若FPGA控制使能，此时由FPGA输入与门(即第二逻辑门电路)的信号 网络“F_BRK0”、“F_BRK1”被软件控制输出低电平(逻辑电平0)，由Y＝A·B 知输出逻辑电平0，即网络“BRK0-”、“BRK1-”输出低电平，此时后级光 耦电路导通，输出给电机的信号“BRK1”/“BRK2”接地，输出低电平，抱 闸释放。

由此，通过信号获取单元、控制单元、逻辑处理单元和信号输出单元，可 以形成硬件控制回路且能兼容软件控制回路，使得SCARA机器人无驱动回路 时的紧急移动成为可能，例如可以针对机器人触发急停后无法在不断电重启的 情况下移动机械臂的问题，如用户在紧急状态下需要能够快速解除SCARA机 器人3、4轴的抱闸的需求问题，以使SCARA机器人在紧急状态或无驱动回 路时，操作人员可手动将电机抱闸释放并移动机械臂，可以提升安全性。

在一些实施方式中，所述机器人的本体开关，包括：自复位开关。所述自 复位开关的第一端连接至所述信号获取单元的输入端(如SW_IN端)，所述 自复位开关的第二端接地(如接模拟地GND)。所述自复位开关为常开开关， 被按下时接通。例如：机器人的本体开关的开关信号仅作为一路信号输入，不 直接与刹车线相连。

在急停控制时，可以通过所述控制单元进行控制，具体地：所述控制单元， 在所述机器人需要触发急停的情况下，输出使能抱闸控制信号。所述逻辑处理 单元，在所述机器人需要触发急停的情况下，若接收到所述使能抱闸控制信号， 则对所述使能抱闸控制信号进行逻辑处理后，输出使能抱闸信号。所述信号输 出单元，在接收到所述使能抱闸信号的情况下，控制所述机器人的电机抱闸。

在所述机器人的电机已通过控制单元触发急停的情况下，若自复位开关复 位，则不会影响电机抱闸的状态，具体可以参见以下示例性说明。

所述机器人的控制装置，还包括：在自复位开关复位后维持电机抱闸的过 程，具体包括：

所述信号获取单元，被配置为在所述机器人通过所述控制单元触发急停、 且所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的自复位开关已自复位断 开，则获取所述机器人的自复位开关被断开的开关断开信号。

所述逻辑处理单元，被配置为在所述机器人通过所述控制单元触发急停、 且所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述开关断开信号，则对所述开 关断开信号进行逻辑处理后，输出维持抱闸信号。

所述信号输出单元，被配置为在接收到所述维持抱闸信号的情况下，控制 所述机器人的电机继续维持抱闸状态。

在抱闸状态下：电机不受控时应处于抱闸状态，即“BRK1”、“BRK2” 信号应处于高电平状态。电机不受控即未受软件控制，增加硬件回路后仍需实 现“BRK1”、“BRK2”信号的高电平状态。

电机未受软件控制时，由FPGA输入第二逻辑门电路(即与门)的信号网 络F_BRK0、F_BRK1由于上拉输出高电平(逻辑电平1)，此时开关处于断 开状态，“SW_IN”网络被“24V_CTRL”电源网络上拉，此时前级光耦电路 不导通，“SW”、“SW_0”网络接地，此时晶体三极管电路不导通，“SW_SIG” 网络被上拉，输出高电平(逻辑电平1)，由Y＝A·B知输出逻辑电平1，即网 络“BRK0-”、“BRK1-”输出高电平，此时后级光耦电路也不导通，输出给 电机的信号“BRK1”/“BRK2”直接被“24V_IO”上拉，输出高电平，电机 变为抱闸状态，与所求相符。

由于机器人的本体开关为自复位开关，松开按钮就会自动回到打开(非闭 合)状态，因此此时的信号某种意义上来说，与未增加硬件回路前并无差别， 即可兼容软件。

由此，由于机器人的本体开关选用的自复位开关，因此不用担心因为不能 及时刹车而造成安全问题。具体地，使机器人的本体开关采用自复位开关，在 手动解除制动时，采用自复位开关，若操作人员不慎忘记将按键复位，此时机 械臂也不会不受控垂落，以免造成其他危险，从而避免出现运行时电机一直处 于松抱闸状态，保证安全。

在一些实施方式中，还包括：采样单元。对机器人的本体状态进行监测的 过程，具体包括：

所述采样单元，被配置为采集所述机器人的刹车信号线上的电流信号，并 将采集到的所述电流信号反馈至所述控制单元的反馈端。采样的电流信号为连 接到电机上的BRK1-、BRK2-信号线上的电流信号。

所述控制单元，还被配置为根据所述机器人的本体的电流信号和所述机器 人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控。其中，所述 机器人的本体开关的开关信号，包括：所述机器人的本体开关被接通的开关接 通信号，或所述机器人的本体开关被断开的开关断开信号。具体地，所述机器 人的本体开关的开关信号，为所述信息获取单元中前级光耦电路如第一光耦中 晶体管侧的发射极输出的开关信号。

例如：在增加硬件控制回路的同时，引入开关信号，开关信号分为两支， 一支(SW_SIG)可参与解除抱闸的信号输入，另一支(SW)作为反馈信号输 入FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)。输入FPGA 的开关信号与同样输入FPGA的电流采样信号，可以构成安全反馈回路，监测 本体抱闸(或解抱闸)回路的状态。

由此，通过在增加硬件控制回路的同时，引入开关信号并结合电流采样电 路构成安全反馈回路，以进一步增加其安全性。

在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述机器人的本体的电流信号和 所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控，包 括：

所述控制单元，具体还被配置为在所述机器人正常运行的情况下，若所述 电流信号显示所述机器人正常运行，而所述开关信号显示所述机器人的本体开 关由断开状态被接通，则确定所述机器人的本体开关被误操作而接通，控制所 述机器人停机，并发起所述机器人在正常运行中被误操作的提醒消息。

所述控制单元，具体还被配置为在所述机器人处于刹车状态的情况下，若 所述电流信号显示所述机器人处于刹车状态，而所述开关信号显示所述机器人 的本体开关由断开状态被接通，则确定所述机器人的被误启动，控制所述机器 人禁止启动。

例如：在硬件控制回路与软件控制回路兼容的状态下：整个系统不处于紧 急状态(即急停未按下)时，解除抱闸可兼由二者控制，此时的开关信号分为 两支，一支(SW_SIG)可参与解除抱闸的信号输入，另一支(SW)作为反馈 信号输入FPGA。

其中，当机器人内部程序正常运行时，机械臂通过保持电流维持原状，此 时不应受到SW信号低电平，若此时有人按下正在运行过程中的机器人的本体 开关(即自复位开关)，以免因人为误操作导致安全事故，此时SW的反馈信 号应参与进来，FPGA检测到异常低电平，并停下机器人、报警。若有人正按 下本体开关进行调试等工作，此时，如有人欲启动机器人，FPGA会结合电流 采样信号(电流经过AD芯片转换为数字信号输入FPGA以反馈本体状态)与 SW信号(控制本体开关信号)，而禁止启动，避免造成安全事故。

在一些实施方式中，所述信号获取单元的输出端的数量、所述逻辑处理单 元的数量、以及所述信号输出单元的数量，均与所述机器人中需要抱闸或释放 抱闸的电机的数量一致。也就是说，所述信号获取单元的输出端的数量、所述 逻辑处理单元的数量、以及所述信号输出单元的数量，可以均与所述机器人中 需要进行释放抱闸控制的电机、或需要进行抱闸控制的电机的数量一致。即， 所述信号获取单元的输出端的数量、所述逻辑处理单元的数量、以及所述信号 输出单元的数量均为一个以上，一个以上所述信号输出单元中的每个所述信号 输出单元，对应于所述机器人中需要释放抱闸的一个电机，能够对所述机器人中需要释放抱闸的一个电机进行抱闸释放控制。例如：一个以上所述信号输出 单元，具体可以是两个所述信号输出单元，两个所述信号输出单元包括第一信 号输出单元和第二信号输出单元，可以输出两个电机抱闸的释放控制信号。

在一些实施方式中，在所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机的数量为 两个的情况下，所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机，包括：第一电机和 第二电机，如SCARA机器人3轴电机和4轴电机。所述信号获取单元的输出 端，包括：第一输出端和第二输出端。所述逻辑处理单元，包括：第一逻辑处 理单元和第二逻辑处理单元。所述信号输出单元，包括：第一信号输出单元和 第二信号输出单元。

其中，所述信号获取单元的第一输出端，输出至所述第一逻辑处理单元的 第一输入端。所述第一逻辑处理单元的输出端，输出至所述第一信号输出单元 的输入端。所述第一信号输出单元的输出端，输出至所述第一电机的抱闸或释 放抱闸的控制端。

所述信号获取单元的第二输出端，输出至所述第二逻辑处理单元的第一输 入端。所述第二逻辑处理单元的输出端，输出至所述第二信号输出单元的输入 端。所述第二信号输出单元的输出端，输出至所述第二电机的抱闸或释放抱闸 的控制端。其中，所述机器人的电机抱闸或释放抱闸的控制端，可以是所述机 器人的电机抱闸或释放抱闸的刹车线。

所述控制单元的第一使能控制端，输出至所述第一逻辑处理单元的第二输 入端。所述控制单元的第二使能控制端，输出至所述第二逻辑处理单元的第二 输入端。

例如：在释放抱闸的控制过程中，所述信号获取单元的第一输出端，将所 述信号获取单元获取的所述机器人的本体开关被接通的开关接通信号，输出至 所述第一逻辑处理单元的第一输入端。所述控制单元的第一使能控制端，输出 使能释放控制信号至所述第一逻辑处理单元的第二输入端。所述第一逻辑处理 单元，在所述机器人触发急停、且能够通过手动释放所述机器人的电机抱闸的 情况下，若接收到所述开关接通信号，则对所述开关接通信号进行逻辑处理后， 输出所述第一电机的手动释放信号。在所述机器人触发急停、且能够通过使能 释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述使能释放控制信号，则对 所述使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出所述第一电机的使能释放信号。 所述第一信号输出单元，在接收到所述第一电机的手动释放信号或所述第一电 机的使能释放信号的情况下，控制所述机器人中的所述第一电机释放抱闸。

同时，所述信号获取单元的第二输出端，将所述信号获取单元获取的所述 机器人的本体开关被接通的开关接通信号，输出至所述第二逻辑处理单元的第 二输入端。所述控制单元的第二使能控制端，输出使能释放控制信号至所述第 二逻辑处理单元的第二输入端。所述第二逻辑处理单元，在所述机器人触发急 停、且能够通过手动释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述开关 接通信号，则对所述开关接通信号进行逻辑处理后，输出所述第二电机的手动 释放信号。在所述机器人触发急停、且能够通过使能释放所述机器人的电机抱 闸的情况下，若接收到所述使能释放控制信号，则对所述使能释放控制信号进 行逻辑处理后，输出所述第二电机的使能释放信号。所述第二信号输出单元， 在接收到所述第二电机的手动释放信号或所述第二电机的使能释放信号的情 况下，控制所述机器人中的所述第二电机释放抱闸。

又如：所述控制单元的使能在通过控制单元控制抱闸的过程中，即在急停 控制时，所述控制单元的第一使能控制端，在所述机器人需要触发急停的情况 下，输出使能抱闸控制信号至所述第一逻辑处理单元的第二输入端。所述第一 逻辑处理单元，在所述机器人需要触发急停的情况下，若接收到所述使能抱闸 控制信号，则对所述使能抱闸控制信号进行逻辑处理后，输出使能抱闸信号至 所述第一信号输出单元。所述第一信号输出单元，在接收到所述使能抱闸信号 的情况下，控制所述机器人中的第一电机抱闸。

同时，所述控制单元的第二使能控制端，在所述机器人需要触发急停的情 况下，输出使能抱闸控制信号至所述第二逻辑处理单元的第二输入端。所述第 二逻辑处理单元，在所述机器人需要触发急停的情况下，若接收到所述使能抱 闸控制信号，则对所述使能抱闸控制信号进行逻辑处理后，输出使能抱闸信号 至所述第二信号输出单元。所述第二信号输出单元，在接收到所述使能抱闸信 号的情况下，控制所述机器人中的第二电机抱闸。

再如：在维持抱闸的控制过程中，所述信号获取单元的第一输出端，将所 述信号获取单元获取的所述机器人的本体开关被关断的开关关断信号，输出至 所述第一逻辑处理单元的第一输入端。所述第一逻辑处理单元，在所述机器人 通过所述控制单元触发急停、且所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所 述开关关断信号，则对所述开关关断信号进行逻辑处理后，输出所述第一电机 的维持抱闸信号。所述第一信号输出单元，在接收到所述第一电机的维持抱闸 信号的情况下，控制所述机器人中的所述第一电机维持抱闸。

同时，所述信号获取单元的第二输出端，将所述信号获取单元获取的所述 机器人的本体开关被关断的开关关断信号，输出至所述第二逻辑处理单元的第 二输入端。所述第二逻辑处理单元，在所述机器人通过所述控制单元触发急停、 且所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述开关关断信号，则对所述开 关关断信号进行逻辑处理后，输出所述第二电机的维持抱闸信号。所述第二信 号输出单元，在接收到所述第二电机的维持抱闸信号的情况下，控制所述机器 人中的所述第二电机维持抱闸。

由此，通过增加硬件控制回路且能兼容软件控制回路，使SCARA机器人 在紧急状态或无驱动回路时，操作人员可手动将电机抱闸释放并移动机械臂， 用户在紧急状态下能够快速解除SCARA机器人3、4轴的抱闸，提升安全性。

在一些实施方式中，，所述信号获取单元，包括：第一光耦模块、第一开 关模块和第二开关模块。所述第一光耦模块中的二极管侧，连接至所述机器人 的本体开关。所述第一光耦模块中的晶体管侧，能够输出所述机器人的本体开 关的开关信号。

其中，所述机器人的本体开关的开关信号，经所述第一开关模块处理后， 输出至所述第一逻辑处理单元的第一输入端。所述第一开关模块的输出端为所 述信号获取单元的第一输出端。

所述机器人的本体开关的开关信号，经所述第二开关模块处理后，输出至 所述第二逻辑处理单元的第一输入端。所述第二开关模块的输出端为所述信号 获取单元的第二输出端。

在所述机器人的控制装置还包括采样单元的情况下，所述机器人的本体开 关的开关信号，还输出至所述控制单元的反馈端(如FPGA的SW端)，如输 出至FPGA的反馈端，以与所述采样单元采样得到的电流信号构成安全反馈回 路，监测所述机器人本体抱闸(或解抱闸)回路的状态。

例如：所述第一光耦模块，包括：电阻R1，以及前级光耦电路如第一光 耦OC1。电阻R1并联在第一光耦OC1中二极管侧的阳极和阴极之间。

由此，通过第一光耦模块、第一开关模块和第二开关模块构成信号获取单 元，可以可靠地获取机器人的本体开关的开关信号，进而可以根据该开关信号 控制电机释放抱闸、监测电机状态等，实现硬件控制和软件监测。

在一些实施方式中，所述第一开关模块和所述第二开关模块的结构相同。 所述第一开关模块，包括：第一晶体三极管模块。所述第一晶体三极管模块的 基极，连接至所述第一光耦模块中晶体管侧的发射极。所述第一晶体三极管模 块的集电极，作为所述第一开关模块的输出端，输出至所述第一逻辑处理单元 的第一输入端。

例如：第一晶体三极管模块，可以采用晶体三极管电路。晶体三极管电路， 包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，电容C1，二极管D1，三极管 Q1。

由此，通过主要以第一晶体三极管模块构成第一开关模块，可以对第一光 耦模块获取的机器人的本体开关的开关信号进行处理后输出至第一逻辑处理 单元，结构简单，且可靠、安全。

在一些实施方式中，所述第一逻辑处理单元和所述第二逻辑处理单元的结 构相同。所述第一逻辑处理单元，包括：第一与门模块。

其中，所述第一与门模块的第一输入端，连接至所述信号获取单元的第一 输出端。所述第一与门模块的第二输入端，连接至所述控制单元的第一使能控 制端。所述第一与门模块的输出端，连接至所述第一信号输出单元的输入端。 通过逻辑门电路的形式，只有机器人的本体开关未按下、且控制器内部软件给 出刹车信号才能刹车。

由此，通过与门模块作为第一逻辑处理单元，可以实现硬件和软件均可控 制电机释放抱闸的控制，使得SCARA机器人无驱动回路时的紧急移动成为可 能。

在一些实施方式中，所述第一信号输出单元和所述第二信号输出单元的结 构相同。所述第一信号输出单元，包括：第二光耦模块。

其中，所述第二光耦模块中二极管侧的阴极，连接至所述第一逻辑处理单 元的输出端。所述第二光耦模块中晶体管侧的发射极，连接至所述第一电机的 抱闸或释放抱闸的控制端。其中，第二光耦模块，可以采用第二光耦OC2，在 第二光耦OC2中晶体管侧的发射极与直流电源之间设置有二极管。

例如：机器人的本体开关即自复位开关的开关信号，经过前级光耦电路、 晶体三极管电路后，输入到第一逻辑门电路的输入端。FPGA的控制信号经过 驱动电路输入到第一逻辑门电路的输入端。两路信号输入到第一逻辑门电路， 输出一路抱闸(或抱闸释放)控制电路，连接到后级光耦电路的输入端，后级 光耦电路的输出信号经过上拉连接到外部机器人电机。

由此，通过主要以第二光耦模块作为第一信号输出单元，对第一逻辑处理 单元的输出信号进行隔离处理后输出至第一电机的抱闸或释放抱闸的控制端， 可以基于硬件或软件的控制可靠控制电机释放抱闸，可靠且安全。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过增加硬件控制回路且能 兼容软件控制回路，在正常工作时，增加的硬件回路不会影响软件控制，若发 生安全意外，及时拍下急停后，需要移开机械臂救人或保护资产或将机械臂移 动回安全范围，此时只能通过硬件控制抱闸释放，可以对SCARA机器人的电 机抱闸进行释放控制，可以防止对机器人或周围设备造成二次损坏以消除安全 隐患。

根据本发明的实施例，还提供了对应于机器人的控制装置的一种机器人。 该机器人可以包括：以上所述的机器人的控制装置。

SCARA机器人，由于其拥有：(1)结构紧凑，工作空间利用率大；(2) 动作灵活，速度快，重复精度高，工作效率高；(3)操作方便，具有多种安 装方式；(4)部件少，制造成本低，易拆装维护等特点，因此大量用于一些 空间狭小，对精度要求较高的场所。例如：3C电子行业常用SCARA机器人进 行装配、拆卸及分拣。

图2为SCARA机器人的一实施例的结构示意图。如图2所示，SCARA 机器人使用4个电机控制4个关节(即第1关节、第2关节、第3关节和第4 关节)的运动，分别是：1、2、4轴水平旋转关节，3轴上下关节。一般来说， 由于受末端工装夹具重力等惯性影响，3、4轴电机需要选用带有制动保持的电 机，以在断电情况下电机内部抱闸制动，防止关节臂掉落；1、2轴电机根据机 器人安装方式的不同，灵活决定是否需要有抱闸功能。

与此同时，选用带刹车电机在实际使用过程中会带来一些问题，例如：

一方面，生产过程中，由于机器人程序跑飞偏离原设定路径，导致SCARA 机器人末端工装夹具与周围物体或设备发生碰撞，此时，用户按下急停开关(如 示教器急停或外部急停)，3、4轴电机抱闸，同时机器人控制器断开主回路。 一旦触发紧急安全回路(即急停)，无论机器人在何种运行模式下，都会立即 停止，且在报警没有确认(即松开急停，上电按钮上电)的情况下，机器人是 无法启动继续运行的，机器人也将不再受软件程序控制，此时操作人员无法通 过示教器移动机器人，从而需要另一套回路进行机械臂的移动。在这种情况下， 必须给客户提供一种可以快速解除3、4轴刹车的方法，以便用户及时移动碰 撞的机械臂，防止对机器人或周围设备造成二次损坏。

另一方面，带刹车电机在正常使用过程中，必须确保刹车能正常打开，否 则，机器人运行过程容易造成机器人过载报警或者损坏电机。

图3为机器人与控制器的一实施例的结构示意图，具体为机器人本体接线 示意图。

一些机器人厂商采用的能够快速解除刹车的硬件解除抱闸方案，主要有两 种：第一种方案，用开关(如外部刹车开关，可以参见图2中的第3关节制动 解除开关)连接两个轴的刹车信号线(连接方式可以参见图3所示的例子)， 按下开关时同时解除两个轴的抱闸，但当通电状态时，则无法单独控制其中一 轴解刹车。第二种方案：只连一个轴的刹车信号，单独控制某一根线，但仅能 控制一根线的刹车。另外，两种方案中都没有完成控制的闭环回路，缺少状态 监测回路，无法监测解抱闸状态。

在一些实施方式中，本发明的方案提供一种SCARA机器人电机抱闸释放 控制方案。

本发明的方案，针对机器人触发急停后无法在不断电重启的情况下移动机 械臂的问题，如用户在紧急状态下需要能够快速解除SCARA机器人3、4轴 的抱闸的需求问题；通过增加硬件控制回路且能兼容软件控制回路，使得 SCARA机器人无驱动回路时的紧急移动成为可能。这样，SCARA机器人在紧 急状态或无驱动回路时，操作人员可手动将电机抱闸释放并移动机械臂。

其中，增加硬件控制回路且能兼容软件控制回路，使得SCARA机器人无 驱动回路时的紧急移动成为可能。在正常工作时，增加的硬件回路不会影响软 件控制，若发生安全意外，及时拍下急停后，需要移开机械臂救人或保护资产 或将机械臂移动回安全范围，此时只能通过硬件控制抱闸释放。如果没有硬件 解刹车，想要移动带抱闸的机械臂是一件很困难的事情，只能通过吊车和其他 特殊工具才可，因此硬件控制回路是很重要的。本发明的方案，通过逻辑门电 路的形式，只有机器人的本体开关未按下、且控制器内部软件给出刹车信号才 能刹车；由于机器人的本体开关选用的自复位开关，因此不用担心因为不能及时刹车而造成安全问题。同时，由于没有将刹车信号接在一起，而是另起一路， 仅将机器人的本体开关的开关信号作为一路信号输入，因此无论是本体开关按 下或是内部软件控制使能，都可以解除制动，在非紧急状态也可用软件对任一 轴进行单独使能控制。

本发明的方案，针对用户在增加硬件解抱闸电路后依旧能够利用软件进行 单轴抱闸释放控制的需求问题；通过在手动解除制动时，采用自复位开关，从 而避免出现运行时电机一直处于松抱闸状态，保证安全。这样，手动解除制动 时，采用自复位开关，若操作人员不慎忘记将按键复位，此时机械臂也不会不 受控垂落，以免造成其他危险，从而避免出现运行时电机一直处于松抱闸状态， 保证安全。

其中，手动解除制动时，采用自复位开关，从而避免出现运行时电机一直 处于松抱闸状态，保证安全。如果开关不能自复位，而是手动复位，若操作人 员不慎忘记将按键复位，此时机械臂可能不受控垂落，可能造成其他危险。

本发明的方案，针对没有能够将硬件解抱闸纳入状态检测范围，缺少针对 硬件解抱闸电路的安全反馈的问题；通过在增加硬件控制回路的同时，引入开 关信号并结合电流采样电路构成安全反馈回路，以进一步增加其安全性。也就 是说，针对操作、控制安全的问题，增加了一个控制反馈回路，使得整个系统 成为一个闭环控制系统，更加稳定。这样，在增加硬件控制回路的同时，引入 开关信号，开关信号分为两支，一支(SW_SIG)可参与解除抱闸的信号输入， 另一支(SW)作为反馈信号输入FPGA(Field Programmable Gate Array，现场 可编程逻辑门阵列)；输入FPGA的开关信号与同样输入FPGA的电流采样信 号，可以构成安全反馈回路，监测本体抱闸(或解抱闸)回路的状态。

下面结合图4和图5所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示 例性说明。

图4为机器人与控制器的另一实施例的结构示意图。相比于图3，图4中， 不仅改变了“控制器”，同样也改变了“机器人”本体接线，主要是改变了开 关控制信号获取整个控制回路的方式，即：将图3中机器人的本体开关直接在 “机器人”上与刹车线相连，改为仅作为一路信号输入，不直接与刹车线相连。 此时机器人的本体开关通过“控制器”内部逻辑门间接控制刹车信号线的信号。 在图3和图4所示的例子中，控制器中的“FPGA_BRK1”、“FPGA_BRK0”、 “SW”等，均为网络名称。“3#”、“4#”分别为3轴电机、4轴电机，“自 复位开关”为按键开关，按下时闭合，松手即断开，因此标注其为“自复位”。

图5为图4中控制器的一路控制电路的一实施例的结构示意图。在图4和 图5所示的例子中，“F_BRK0”、“BRK0-”、“SW”、“SW_0”、“SW”、 “SW_SIG”等，均为网络名称。“AD芯片”为电流采样芯片，输出信号为反 馈信号，“与逻辑门”为逻辑器件，其运算表达式为：Y＝A·B，其中A、B分 别为输入逻辑电平，Y为输出逻辑电平。图4中，信号网络名称(例如“BRK0-”)和“与逻辑门”器件是一一对应的。

如图4所示，本发明的方案提供的一种SCARA机器人电机抱闸释放控制 装置，可以包括：前级光耦电路、晶体三极管电路、驱动电路(图中未画出)、 逻辑门电路、后级光耦电路几个部分。逻辑门电路的数量为两个，两个逻辑门 电路可以包括第一逻辑门电路和第二逻辑门电路。前级光耦电路包括第一光耦 OC1，后级光耦电路包括第二光耦OC2和第三光耦OC3。在第一光耦OC1中 二极管侧的阳极和阴极之间并联有电阻R1。在第二光耦OC2中晶体管侧的发 射极与直流电源之间还设置有二极管。在第三光耦OC3中晶体管侧的发射极 与直流电源之间还设置有二极管。

其中，驱动电路(或驱动芯片)，设置在FPGA输出网络“FPGA_BRK0/1” 与逻辑门电路输入网络“F_BRK0/1”之间，可以增强FPGA侧输出的刹车信 号网络带载能力(即驱动能力)，芯片为一种驱动芯片。

前级光耦中二极管侧的电阻就是一个旁路电阻，作用是分流和旁路，目的 是保护前级光耦中的二极管。

后级光耦中晶体管侧的二极管作用是利用其单向导通特性，起续流作用。 由于后级光耦接的是感性负载，感性负载会产生较高的反电动势。在刹车线圈 断电(机器人由抱闸释放状态变为抱闸状态时)的瞬间，线圈与并联的二极管 形成回路，给反向感应电动势提供一个泄放通路，即起到续流的效果。

机器人的本体开关即自复位开关的开关信号，经过前级光耦电路、晶体三 极管电路(可以参见图5所示的例子)后，输入到第一逻辑门电路的输入端； FPGA的控制信号经过驱动电路(图中未画出)输入到第一逻辑门电路的输入 端；两路信号输入到第一逻辑门电路，输出一路抱闸(或抱闸释放)控制电路， 连接到后级光耦电路的输入端，后级光耦电路的输出信号经过上拉连接到外部 机器人电机。图4中省略了“与逻辑门”和“前级光耦”之间的二极管、电容、 电阻、三极管等元器件。另外，图4中有两路控制信号，而图5中因两路信号的电路完全一致，因此仅画出一路。

如图5所示，晶体三极管电路，包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4和电 阻R5，电容C1，二极管D1，三极管Q1。在第二逻辑门电路(如与逻辑门) 的输出端还连接有电阻R6。第一光耦OC1中晶体管侧的发射极经电阻R2后， 连接至二极管D1的阳极，还经电容C1后连接至三极管Q1的发射极。二极管 D1的阴极连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的基极还经电阻R3后连接至 三极管Q1的发射极。三极管Q1的集电极经电阻R5后输入至第二逻辑门电路 (如与逻辑门)的一个输入端。三极管Q1的集电极还连接电阻R4。

其中，晶体三极管电路中，电阻R2是限流电阻，能够起到缓冲和保护的 作用，电阻R2与电容C1构成RC滤波电路。电阻R3是下拉电阻，给晶体管 提供偏置电压，分流，保护晶体管；电阻R4是上拉电阻；电阻R5是限流电 阻或吸收电阻，能够保护逻辑器件；电阻R6是上拉电阻，二极管D1能够利 用二极管单向导通特性，保护前级光耦。

下面对上述一种SCARA机器人电机抱闸释放控制装置的控制过程，进行示例性说 明。

在抱闸状态下：

电机不受控时应处于抱闸状态，即“BRK1”、“BRK2”信号应处于高电 平状态。电机不受控即未受软件控制，增加硬件回路后仍需实现“BRK1”、 “BRK2”信号的高电平状态。

在图4和图5所示的例子中，电机未受软件控制时，由FPGA输入第二逻 辑门电路(即与门)的信号网络F_BRK0、F_BRK1由于上拉输出高电平(逻 辑电平1)，此时开关处于断开状态，“SW_IN”网络被“24V_CTRL”电源 网络(见图4)上拉，此时前级光耦电路不导通，“SW”、“SW_0”网络接 地，此时晶体三极管电路不导通，“SW_SIG”网络被上拉，输出高电平(逻 辑电平1)，由Y＝A·B知输出逻辑电平1，即网络“BRK0-”、“BRK1-”输 出高电平，此时后级光耦电路也不导通，输出给电机的信号“BRK1”/“BRK2” 直接被“24V_IO”(见图4)上拉，输出高电平，电机变为抱闸状态，与所求 相符。

由于机器人的本体开关为自复位开关，松开按钮就会自动回到打开(非闭 合)状态，因此此时的信号某种意义上来说，与未增加硬件回路前并无差别， 即可兼容软件。

在解除制动信号与使能信号的送出的状态下：

需能在无软件控制的情况下，按下“机器人”上的开关解除制动；软件控 制送出使能信号后，“机器人”上电机也需能释放抱闸。

在图4和图5所示的例子中，若手动释放抱闸，此时自复位开关被按下， “SW_IN”网络接地，输出低电平(逻辑电平0)，此时前级光耦电路导通， “SW”、“SW_0”网络被上拉，输出高电平，此时晶体三极管电路导通， “SW_SIG”网络接地，输出低电平(逻辑电平0)，由Y＝A·B知输出逻辑电 平0，即网络“BRK0-”、“BRK1-”输出低电平，此时后级光耦电路导通， 输出给电机的信号“BRK1”/“BRK2”接地，输出低电平，抱闸释放。

在图4和图5所示的例子中，若FPGA控制使能，此时由FPGA输入与门 (即第二逻辑门电路)的信号网络“F_BRK0”、“F_BRK1”被软件控制输出 低电平(逻辑电平0)，由Y＝A·B知输出逻辑电平0，即网络“BRK0-”、“BRK1-” 输出低电平，此时后级光耦电路导通，输出给电机的信号“BRK1”/“BRK2” 接地，输出低电平，抱闸释放。

可见，在增加硬件回路后，两种解刹车的情况均可实现。

在硬件控制回路与软件控制回路兼容的状态下：

整个系统不处于紧急状态(即急停未按下)时，解除抱闸可兼由二者控制， 此时的开关信号分为两支，一支(SW_SIG)可参与解除抱闸的信号输入，另 一支(SW)作为反馈信号输入FPGA。当机器人内部程序正常运行时，机械臂 通过保持电流维持原状，此时不应受到SW信号低电平，若此时有人按下正在 运行过程中的机器人的本体开关(即自复位开关)，以免因人为误操作导致安 全事故，此时SW的反馈信号应参与进来，FPGA检测到异常低电平，并停下 机器人、报警。

若有人正按下本体开关进行调试等工作，此时，如有人欲启动机器人， FPGA会结合电流采样信号(电流经过AD芯片转换为数字信号输入FPGA以 反馈本体状态)与SW信号(控制本体开关信号)，而禁止启动，避免造成安 全事故。

可见，本发明的方案，主要是为了解决更改硬件控制电路后，与软件结合 以更好或是不削减原有功能的情况下进行抱闸释放，可以实现软件程序和硬件 电路共同控制；且本发明的方案使用的硬件电路控制单元为光耦电路、晶体三 极管电路、与非门、非门等器件而非继电器与38译码器，也并非单纯放大器。 其中，与非门和与门串联，可以实现与逻辑的功能。

由于本实施例的机器人所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装 置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实 施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过增加硬件控制回路且能 兼容软件控制回路，在手动解除制动时，采用自复位开关，从而避免出现运行 时电机一直处于松抱闸状态，保证安全。

根据本发明的实施例，还提供了对应于机器人的一种机器人的控制方法， 如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该机器人的控制方法能够 应用在SCARA机器人的电机抱闸释放控制方面，SCARA机器人的电机抱闸 释放控制方法，包括：步骤S110至步骤S140。

在步骤S110处，通过信号获取单元，连接至所述机器人的本体开关(如 自复位开关)的信号获取单元，在所述机器人触发急停、且能够通过手动释放 所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的本体开关被接通，则获取所 述机器人的本体开关被接通的开关接通信号。

在步骤S120处，通过控制单元，在所述机器人触发急停、且能够通过使 能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，输出使能释放控制信号。

在步骤S130处，通过逻辑处理单元，在所述机器人触发急停、且能够通 过手动释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述开关接通信号，则 对所述开关接通信号进行逻辑处理后，输出手动释放信号；在所述机器人触发 急停、且能够通过使能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述使 能释放控制信号，则对所述使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放 信号。

在步骤S140处，通过信号输出单元，在接收到所述手动释放信号或所述 使能释放信号的情况下，控制所述机器人的电机释放抱闸。其中，在所述机器 人中一路以上电机的刹车信号单独设置。由于没有将刹车信号接在一起，而是 另起一路，仅将机器人的本体开关的开关信号作为一路信号输入，因此无论是 本体开关按下或是内部软件控制使能，都可以解除制动，在非紧急状态也可用 软件对任一轴进行单独使能控制。

例如：在解除制动信号与使能信号的送出的状态下：在增加硬件回路后， 两种解刹车的情况均可实现。具体地，在无软件控制的情况下，按下“机器人” 上的开关解除制动；软件控制送出使能信号后，“机器人”上电机也需能释放 抱闸。

其中，若手动释放抱闸，此时自复位开关被按下，“SW_IN”网络接地， 输出低电平(逻辑电平0)，此时前级光耦电路导通，“SW”、“SW_0”网 络被上拉，输出高电平，此时晶体三极管电路导通，“SW_SIG”网络接地， 输出低电平(逻辑电平0)，由Y＝A·B知输出逻辑电平0，即网络“BRK0-”、 “BRK1-”输出低电平，此时后级光耦电路导通，输出给电机的信号“BRK1” /“BRK2”接地，输出低电平，抱闸释放。

若FPGA控制使能，此时由FPGA输入与门(即第二逻辑门电路)的信号 网络“F_BRK0”、“F_BRK1”被软件控制输出低电平(逻辑电平0)，由Y＝A·B 知输出逻辑电平0，即网络“BRK0-”、“BRK1-”输出低电平，此时后级光 耦电路导通，输出给电机的信号“BRK1”/“BRK2”接地，输出低电平，抱 闸释放。

由此，通过信号获取单元、控制单元、逻辑处理单元和信号输出单元，可 以形成硬件控制回路且能兼容软件控制回路，使得SCARA机器人无驱动回路 时的紧急移动成为可能，例如可以针对机器人触发急停后无法在不断电重启的 情况下移动机械臂的问题，如用户在紧急状态下需要能够快速解除SCARA机 器人3、4轴的抱闸的需求问题，以使SCARA机器人在紧急状态或无驱动回 路时，操作人员可手动将电机抱闸释放并移动机械臂，可以提升安全性。

在一些实施方式中，所述机器人的本体开关，包括：自复位开关。所述自 复位开关的第一端连接至所述信号获取单元的输入端(如SW_IN端)，所述 自复位开关的第二端接地(如接模拟地GND)。所述自复位开关为常开开关， 被按下时接通。例如：机器人的本体开关的开关信号仅作为一路信号输入，不 直接与刹车线相连。

在急停控制时，可以通过所述控制单元进行控制，具体地：所述控制单元， 在所述机器人需要触发急停的情况下，输出使能抱闸控制信号。所述逻辑处理 单元，在所述机器人需要触发急停的情况下，若接收到所述使能抱闸控制信号， 则对所述使能抱闸控制信号进行逻辑处理后，输出使能抱闸信号。所述信号输 出单元，在接收到所述使能抱闸信号的情况下，控制所述机器人的电机抱闸。

在所述机器人的电机已通过控制单元触发急停的情况下，若自复位开关复 位，则不会影响电机抱闸的状态，具体可以参见以下示例性说明。

在一些实施方式中，所述机器人的控制方法，还包括：在自复位开关复位 后维持电机抱闸的过程。

下面结合图7所示本发明的方法中在自复位开关复位后维持电机抱闸的一 实施例流程示意图，进一步说明在自复位开关复位后维持电机抱闸的具体过 程，包括：步骤S210至步骤S230。

步骤S210，通过所述信号获取单元，在所述机器人通过所述控制单元触 发急停、且所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的自复位开关已自 复位断开，则获取所述机器人的自复位开关被断开的开关断开信号。

步骤S220，通过所述逻辑处理单元，在所述机器人通过所述控制单元触 发急停、且所述机器人的电机抱闸的情况下，若接收到所述开关断开信号，则 对所述开关断开信号进行逻辑处理后，输出维持抱闸信号。

步骤S230，通过所述信号输出单元，在接收到所述维持抱闸信号的情况 下，控制所述机器人的电机继续维持抱闸状态。

在抱闸状态下：电机不受控时应处于抱闸状态，即“BRK1”、“BRK2” 信号应处于高电平状态。电机不受控即未受软件控制，增加硬件回路后仍需实 现“BRK1”、“BRK2”信号的高电平状态。

电机未受软件控制时，由FPGA输入第二逻辑门电路(即与门)的信号网 络F_BRK0、F_BRK1由于上拉输出高电平(逻辑电平1)，此时开关处于断 开状态，“SW_IN”网络被“24V_CTRL”电源网络上拉，此时前级光耦电路 不导通，“SW”、“SW_0”网络接地，此时晶体三极管电路不导通，“SW_SIG” 网络被上拉，输出高电平(逻辑电平1)，由Y＝A·B知输出逻辑电平1，即网 络“BRK0-”、“BRK1-”输出高电平，此时后级光耦电路也不导通，输出给 电机的信号“BRK1”、“BRK2”直接被“24V_IO”上拉，输出高电平，电 机变为抱闸状态，与所求相符。

其中，“BRK1”、“BRK2”：3轴电机刹车信号、4轴电机刹车信号。3 轴后级光耦输出3轴电机接收刹车信号、4轴后级光耦输出4轴电机接收刹车 信号。

“F_BRK0”、“F_BRK1”：FPGA输出经过驱动电路后输入逻辑器件的 3轴刹车信号、FPGA输出经过驱动电路后输入逻辑器件的4轴刹车信号。

“BRK0-”、“BRK1-”：3轴经过逻辑器件处理后输入后级光耦的刹车 信号、4轴经过逻辑器件处理后输入后级光耦的刹车信号。

“24V_CTRL”：控制器内部前级光耦处的24V电源网络。

“24V_IO”：控制器内部后级光耦处的24V电源网络。

“SW”、“SW_0”、“SW_SIG”：前级光耦输出到FPGA的开关反馈 信号、前级光耦输出到晶体管电路的开关信号、晶体管电路输出给逻辑器件的 开关信号。

由于机器人的本体开关为自复位开关，松开按钮就会自动回到打开(非闭 合)状态，因此此时的信号某种意义上来说，与未增加硬件回路前并无差别， 即可兼容软件。

由此，由于机器人的本体开关选用的自复位开关，因此不用担心因为不能 及时刹车而造成安全问题。具体地，使机器人的本体开关采用自复位开关，在 手动解除制动时，采用自复位开关，若操作人员不慎忘记将按键复位，此时机 械臂也不会不受控垂落，以免造成其他危险，从而避免出现运行时电机一直处 于松抱闸状态，保证安全。

在一些实施方式中，还包括：对机器人的本体状态进行监测的过程。

下面结合图8所示本发明的方法中对机器人的本体状态进行监测的一实施 例流程示意图，进一步说明对机器人的本体状态进行监测的具体过程，包括： 步骤S310和步骤S320。

步骤S310，通过采样单元，采集所述机器人的刹车信号线上的电流信号， 并将采集到的所述电流信号反馈至所述控制单元的反馈端。

步骤S320，通过所述控制单元，还根据所述机器人的本体的电流信号和 所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控。其 中，所述机器人的本体开关的开关信号，包括：所述机器人的本体开关被接通 的开关接通信号，或所述机器人的本体开关被断开的开关断开信号。具体地， 所述机器人的本体开关的开关信号，为所述信息获取单元中前级光耦电路如第 一光耦中晶体管侧的发射极输出的开关信号。

例如：在增加硬件控制回路的同时，引入开关信号，开关信号分为两支， 一支(SW_SIG)可参与解除抱闸的信号输入，另一支(SW)作为反馈信号输 入FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)；输入FPGA 的开关信号与同样输入FPGA的电流采样信号，可以构成安全反馈回路，监测 本体抱闸(或解抱闸)回路的状态。

由此，通过在增加硬件控制回路的同时，引入开关信号并结合电流采样电 路构成安全反馈回路，以进一步增加其安全性。

在一些实施方式中，步骤S320中通过所述控制单元，根据所述机器人的 本体的电流信号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的 状态进行监控的具体过程，包括以下任一种监控情况。

第一种监控情况：在所述机器人正常运行的情况下，若所述电流信号显示 所述机器人正常运行，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态 被接通，则确定所述机器人的本体开关被误操作而接通，控制所述机器人停机， 并发起所述机器人在正常运行中被误操作的提醒消息。

第二种监控情况：在所述机器人处于刹车状态的情况下，若所述电流信号 显示所述机器人处于刹车状态，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由 断开状态被接通，则确定所述机器人的被误启动，控制所述机器人禁止启动。

例如：在硬件控制回路与软件控制回路兼容的状态下：整个系统不处于紧 急状态(即急停未按下)时，解除抱闸可兼由二者控制，此时的开关信号分为 两支，一支(SW_SIG)可参与解除抱闸的信号输入，另一支(SW)作为反馈 信号输入FPGA。

其中，当机器人内部程序正常运行时，机械臂通过保持电流维持原状，此 时不应受到SW信号低电平，若此时有人按下正在运行过程中的机器人的本体 开关(即自复位开关)，以免因人为误操作导致安全事故，此时SW的反馈信 号应参与进来，FPGA检测到异常低电平，并停下机器人、报警。若有人正按 下本体开关进行调试等工作，此时，如有人欲启动机器人，FPGA会结合电流 采样信号(电流经过AD芯片转换为数字信号输入FPGA以反馈本体状态)与 SW信号(控制本体开关信号)，而禁止启动，避免造成安全事故。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述机器人的实施 例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的 相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过增加硬件控制回路且 能兼容软件控制回路，在增加硬件控制回路的同时，引入开关信号并结合电流 采样电路构成安全反馈回路，以进一步增加其安全性。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方 式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：信号获取单元、控制单元、逻辑处理单元和信号输出单元；其中，

所述信号获取单元，被配置为在所述机器人触发急停、且能够通过手动释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的本体开关被接通，则获取所述机器人的本体开关被接通的开关接通信号；

所述控制单元，被配置为在所述机器人触发急停、且能够通过使能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，输出使能释放控制信号；

所述逻辑处理单元，被配置为若接收到所述开关接通信号，则对所述开关接通信号进行逻辑处理后，输出手动释放信号；若接收到所述使能释放控制信号，则对所述使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放信号；

所述信号输出单元，被配置为在接收到所述手动释放信号或所述使能释放信号的情况下，控制所述机器人的电机释放抱闸。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述机器人的本体开关，包括：自复位开关；所述自复位开关的第一端连接至所述信号获取单元的输入端，所述自复位开关的第二端接地；所述自复位开关为常开开关，被按下时接通；

所述机器人的控制装置，还包括：

所述信号获取单元，被配置为在所述机器人通过所述控制单元触发急停、且所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的自复位开关已自复位断开，则获取所述机器人的自复位开关被断开的开关断开信号；

所述逻辑处理单元，被配置为若接收到所述开关断开信号，则对所述开关断开信号进行逻辑处理后，输出维持抱闸信号；

所述信号输出单元，被配置为在接收到所述维持抱闸信号的情况下，控制所述机器人的电机继续维持抱闸状态。

3.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，还包括：采样单元；

所述采样单元，被配置为采集所述机器人的刹车信号线上的电流信号；

所述控制单元，还被配置为根据所述机器人的本体的电流信号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控；其中，所述机器人的本体开关的开关信号，包括：所述机器人的本体开关被接通的开关接通信号，或所述机器人的本体开关被断开的开关断开信号。

4.根据权利要求3所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述机器人的本体的电流信号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控，包括：

在所述机器人正常运行的情况下，若所述电流信号显示所述机器人正常运行，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控制所述机器人停机，并发起所述机器人在正常运行中被误操作的提醒消息；

在所述机器人处于刹车状态的情况下，若所述电流信号显示所述机器人处于刹车状态，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控制所述机器人禁止启动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述信号获取单元的输出端的数量、所述逻辑处理单元的数量、以及所述信号输出单元的数量，均与所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机的数量一致；

在所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机的数量为两个的情况下，所述机器人中需要抱闸或释放抱闸的电机，包括：第一电机和第二电机；所述信号获取单元的输出端，包括：第一输出端和第二输出端；所述逻辑处理单元，包括：第一逻辑处理单元和第二逻辑处理单元；所述信号输出单元，包括：第一信号输出单元和第二信号输出单元；

其中，所述信号获取单元的第一输出端，输出至所述第一逻辑处理单元的第一输入端；所述第一逻辑处理单元的输出端，输出至所述第一信号输出单元的输入端；所述第一信号输出单元的输出端，输出至所述第一电机的抱闸或释放抱闸的控制端；

所述信号获取单元的第二输出端，输出至所述第二逻辑处理单元的第一输入端；所述第二逻辑处理单元的输出端，输出至所述第二信号输出单元的输入端；所述第二信号输出单元的输出端，输出至所述第二电机的抱闸或释放抱闸的控制端；

所述控制单元的第一使能控制端，输出至所述第一逻辑处理单元的第二输入端；所述控制单元的第二使能控制端，输出至所述第二逻辑处理单元的第二输入端。

6.根据权利要求5所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述信号获取单元，包括：第一光耦模块、第一开关模块和第二开关模块；其中，

所述第一光耦模块中的二极管侧，连接至所述机器人的本体开关；所述第一光耦模块中的晶体管侧，能够输出所述机器人的本体开关的开关信号；其中，

所述机器人的本体开关的开关信号，经所述第一开关模块处理后，输出至所述第一逻辑处理单元的第一输入端；

所述机器人的本体开关的开关信号，经所述第二开关模块处理后，输出至所述第二逻辑处理单元的第一输入端；

所述机器人的本体开关的开关信号，还输出至所述控制单元的反馈端。

7.根据权利要求6所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块的结构相同；所述第一开关模块，包括：第一晶体三极管模块；

所述第一晶体三极管模块的基极，连接至所述第一光耦模块中晶体管侧的发射极；所述第一晶体三极管模块的集电极，作为所述第一开关模块的输出端，输出至所述第一逻辑处理单元的第一输入端。

8.根据权利要求5所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述第一逻辑处理单元和所述第二逻辑处理单元的结构相同；所述第一逻辑处理单元，包括：第一与门模块；

所述第一与门模块的第一输入端，连接至所述信号获取单元的第一输出端；所述第一与门模块的第二输入端，连接至所述控制单元的第一使能控制端；所述第一与门模块的输出端，连接至所述第一信号输出单元的输入端。

9.根据权利要求5所述的机器人的控制装置，其特征在于，所述第一信号输出单元和所述第二信号输出单元的结构相同；所述第一信号输出单元，包括：第二光耦模块；

所述第二光耦模块中二极管侧的阴极，连接至所述第一逻辑处理单元的输出端；所述第二光耦模块中晶体管侧的发射极，连接至所述第一电机的抱闸或释放抱闸的控制端。

10.一种机器人，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的机器人的控制装置。

11.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括：

通过信号获取单元，在所述机器人触发急停、且能够通过手动释放所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的本体开关被接通，则获取所述机器人的本体开关被接通的开关接通信号；

通过控制单元，在所述机器人触发急停、且能够通过使能释放所述机器人的电机抱闸的情况下，输出使能释放控制信号；

通过逻辑处理单元，若接收到所述开关接通信号，则对所述开关接通信号进行逻辑处理后，输出手动释放信号；若接收到所述使能释放控制信号，则对所述使能释放控制信号进行逻辑处理后，输出使能释放信号；

通过信号输出单元，在接收到所述手动释放信号或所述使能释放信号的情况下，控制所述机器人的电机释放抱闸。

12.根据权利要求11所述的机器人的控制方法，其特征在于，所述机器人的本体开关，包括：自复位开关；所述自复位开关的第一端连接至所述信号获取单元的输入端，所述自复位开关的第二端接地；所述自复位开关为常开开关，被按下时接通；

所述机器人的控制方法，还包括：

通过所述信号获取单元，在所述机器人通过所述控制单元触发急停、且所述机器人的电机抱闸的情况下，若所述机器人的自复位开关已自复位断开，则获取所述机器人的自复位开关被断开的开关断开信号；

通过所述逻辑处理单元，若接收到所述开关断开信号，则对所述开关断开信号进行逻辑处理后，输出维持抱闸信号；

通过所述信号输出单元，在接收到所述维持抱闸信号的情况下，控制所述机器人的电机继续维持抱闸状态。

13.根据权利要求11或12所述的机器人的控制方法，其特征在于，还包括：

通过采样单元，采集所述机器人的刹车信号线上的电流信号；

通过所述控制单元，还根据所述机器人的本体的电流信号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控；其中，所述机器人的本体开关的开关信号，包括：所述机器人的本体开关被接通的开关接通信号，或所述机器人的本体开关被断开的开关断开信号。

14.根据权利要求13所述的机器人的控制方法，其特征在于，通过所述控制单元，根据所述机器人的本体的电流信号和所述机器人的本体开关的开关信号，对所述机器人的本体的状态进行监控，包括：

在所述机器人正常运行的情况下，若所述电流信号显示所述机器人正常运行，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控制所述机器人停机，并发起所述机器人在正常运行中被误操作的提醒消息；

在所述机器人处于刹车状态的情况下，若所述电流信号显示所述机器人处于刹车状态，而所述开关信号显示所述机器人的本体开关由断开状态被接通，则控制所述机器人禁止启动。

Images