CN112532117A - 电机驱动电路、装置、方法、机械臂及机器人 - Google Patents

电机驱动电路、装置、方法、机械臂及机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电机驱动电路，该电机驱动电路包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电容组用于在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。本发明的电机驱动电路降低了电源花费成本，并且电源所输出电流的利用率高。此外，本发明还公开一种电机驱动装置、方法、机械臂和机器人。

Description

电机驱动电路、装置、方法、机械臂及机器人
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机驱动电路、装置、方法、机械臂及机器人。
背景技术
目前，对于电机而言，其在驱动过程中存在间断性的高峰值电流，高峰值电流一般为平均电流的3倍，比如电机工作的平均电流为4A，高峰值电流约为12A。
目前，为满足电机驱动的高峰值电流，一般是在电源选型时直接选用额定输出电流大于电机驱动的高峰值电流的电源(即高功率电源)，比如电机驱动的高峰值电流为12A，则选用额定输出电流大于12A的电源，此方式虽较为简单省事，但因使用的为高功率电源，花费成本较高；并且，因所选电源的额定输出电流远高于电机驱动的平均电流，电源所输出电流的利用率低。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种电机驱动电路，旨在解决上述背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种电机驱动电路，该电机驱动电路包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；
所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电容组用于在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
优选地，所述电容组还用于在所述电机的驱动电流小于所述电源模块的额定输出电流时存储所述电源模块的额定输出电流。
优选地，所述存储电流大于或等于所述高峰值电流。
优选地，所述电容组包括多个超级电容，所述超级电容内设有内阻；
所述电容组中的每两个所述超级电容并联形成一个超级电容组，多个所述超级电容组串联，所述多个所述超级电容组串联后的第一端作为所述电容组的正极，所述多个所述超级电容组串联后的第二端作为所述电容组的负极。
优选地，所述电源模块包括电流源、电压源和二极管；
所述电压源和所述二极管串联，所述电流源与所述电压源和所述二极管并联，并且并联后的第一端作为所述电源模块的正极，并联后的第二端作为所述电源模块的负极。
本发明还提出一种电机驱动装置，该电机驱动装置包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；
所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电容组用于在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
优选地，所述电容组还用于在所述电机的驱动电流小于所述电源模块的额定输出电流时存储所述电源模块的额定输出电流。
优选地，所述存储电流大于或等于所述高峰值电流。
优选地，所述电容组包括多个超级电容，所述超级电容内设有内阻；
所述电容组中的每两个所述超级电容并联形成一个超级电容组，多个所述超级电容组串联，所述多个所述超级电容组串联后的第一端作为所述电容组的正极，所述多个所述超级电容组串联后的第二端作为所述电容组的负极。
优选地，所述电源模块包括电流源、电压源和二极管；
所述电压源和所述二极管串联，所述电流源与所述电压源和所述二极管并联，并且并联后的第一端作为所述电源模块的正极，并联后的第二端作为所述电源模块的负极。
本发明还提出一种电机驱动方法，用于电机驱动装置，其中，所述电机驱动装置包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电机驱动方法包括：
在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时，通过所述电容组向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
优选地，所述电机驱动方法还包括：
在所述电机的驱动电流小于所述电源模块的额定输出电流时，通过所述电容组存储所述电源模块的额定输出电流。
优选地，所述存储电流大于或等于所述高峰值电流。
优选地，所述电容组包括多个超级电容，所述超级电容内设有内阻；
所述电容组中的每两个所述超级电容并联形成一个超级电容组，多个所述超级电容组串联，所述多个所述超级电容组串联后的第一端作为所述电容组的正极，所述多个所述超级电容组串联后的第二端作为所述电容组的负极。
优选地，所述电源模块包括电流源、电压源和二极管；
所述电压源和所述二极管串联，所述电流源与所述电压源和所述二极管并联，并且并联后的第一端作为所述电源模块的正极，并联后的第二端作为所述电源模块的负极。
本发明还提出一种机械臂，该机械臂包括前述记载的电机驱动装置，所述电机驱动装置包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；
所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电容组用于当所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
本发明还提出一种机器人，该机器人包括前述记载的机械臂。
与现有技术相比，本发明实施例技术方案的有益效果在于：
本电机驱动电路中的电源模块的额定输出电流小于电机的高峰值电流，当电机所需驱动电流等于或小于电源模块的额定输出电流时，电源模块的额定输出电流为电机提供电能；而当电机所需驱动电流大于电源模块的额定输出电流(比如高峰值电流)时，电容组向电机输出存储电流以与电源模块共同为电机提供电能；基于此，通过所设电容组，在电源选型时，所选用的电源其额定输出电流大于电机驱动的平均电流即可，即低功率电源，无需选用额定输出电流大于电机驱动的高峰值电流的电源，从而降低电源花费成本，并且电源所输出电流的利用率高。
附图说明
图1为本发明一实施例中电机驱动电路的电路图；
图2为图1中电机驱动电路的模拟测试结果图；
图3为本发明一实施例中电机驱动装置的模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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作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。
本发明提出一种电机驱动电路，参照图1，该电机驱动电路包括电源模块10和电容组20，电源模块10和电容组20的正负极两端均与电机30的负载两端连接；
电机30的驱动电流包括高峰值电流，电源模块10的额定输出电流小于高峰值电流；电容组20用于在电机30的驱动电流大于电源模块10的额定输出电流时向电机30输出存储电流，存储电流的电流值大于驱动电流与额定输出电流的差值。
为提供并满足电机30在驱动过程中所需的驱动电流，对此特提出本实施例中的电机驱动电路，具体地，如图1所示，电机驱动电路包括电源模块10和电容组20，电源模块10和电容组20的正负极两端均与电机30的负载两端连接。
其中，所容易了解到的是，电机30在运行过程中，其所需的驱动电流并非恒定的，乃是呈现峰谷线式的波动状态，驱动电流包括高峰值电流。本实施例中所涉及的电源模块10的作用是为电机30提供电能，并且其额定输出电流小于电机30的高峰值电流，而所涉及的电容组20可进行充放电，其存储电流的电流值大于驱动电流与额定输出电流的差值，电容组20在电机30的驱动电流大于电源模块10的额定输出电流时向电机30输出存储电流，即配合电源模块10供电，从而满足电机30运行所需的驱动电流，保证电机30的正常工作。其中，所涉及的电容组20，可连接至控制系统，通过其它电源实现充电，当然，此仅为示例性的，并非绝对性。
基于上述内容可知，本电机驱动电路中的电源模块10的额定输出电流小于电机30的高峰值电流，当电机30所需驱动电流等于或小于电源模块10的额定输出电流时，电源模块10的额定输出电流为电机30提供电能；而当电机30所需驱动电流大于电源模块10的额定输出电流(比如高峰值电流)时，电容组20向电机30输出存储电流以与电源模块10共同为电机30提供电能；基于此，通过所设电容组20，在电源选型时，所选用的电源其额定输出电流大于电机30驱动的平均电流即可，即低功率电源，无需选用额定输出电流大于电机30驱动的高峰值电流的电源，从而降低电源花费成本，并且电源所输出电流的利用率高。
在一较佳实施例中，电容组20还用于在电机30的驱动电流小于电源模块10的额定输出电流时存储电源模块10的额定输出电流。其中，容易理解的是，在电机30的驱动电流小于电源模块10的额定输出电流时，通过将电源模块10所输出的满足电机30的驱动电流以外的多余电流输入至电容组20，实现对电容组20的充电，可进一步提高电源所输出电流的利用率；并且，无需额外配置电源或设置电路为电容组充电，可进一步节省成本支出。
在一较佳实施例中，存储电流大于或等于高峰值电流。具体地，在设置电容组20时，所使用的电容组20其存储电流大于或等于电机30的高峰值电流，即在电源模块10处于没电或断电状态时，可通过电容组20为电机30提供运行所需的驱动电流，从而保证电机30的正常工作。比如由多个关节电机驱动的机械臂，在出现电源模块10突然断电的情况时，其关节电机可直接通过电容组20供电继续运行，从而避免机械臂因断电而掉落，提高安全性。
在一较佳实施例中，参照图1，电容组20包括多个超级电容21，超级电容21内设有内阻22；
电容组20中的每两个超级电容21并联形成一个超级电容组，多个超级电容组串联，多个超级电容组串联后的第一端作为电容组20的正极，多个超级电容组串联后的第二端作为电容组20的负极。
其中，本实施例所涉及的电容组20由多个超级电容21组成，通过多个超级电容21以扩充储电容量，超级电容具有充放电速度快、循环使用寿命长等优点，另外，超级电容21的内阻22具有稳压作用，其用于辅助超级电容21进行充放电。进一步地，本实施例中选用22F、内阻为18mΩ的超级电容21，并以两个超级电容21为一组，组成20个超级电容组，按照上述的串并联设置形式，以构成的电容组20为2.2F、内阻为180mΩ。
在一较佳实施例中，参照图1，电源模块10包括电流源11、电压源12和二极管13；
电压源12和二极管13串联，电流源11与电压源12和二极管13并联，并且并联后的第一端作为电源模块10的正极，并联后的第二端作为电源模块10的负极。
本实施例中，对电机30的驱动电流进行模拟设置，高峰值电流为12A，平均电流为4A，即高峰值电流为平均电流的三倍，本实施例中的电流源11输出驱动电流，电压源12输出驱动电压，作为优设，电流源11选用5A电流源，电压源12选用47.4电压源，二极管13为单向导通二极管，以使得电源模块10模拟形成48V电源，并且限流5A输出。当然，此仅为示例性的，并非绝对性的。
作为优设，电机驱动电路还包括电压表40、第一电流表50和第二电流表60，其中，电压表40与电源模块10并联，第一电流表50与电源模块10串联，第二电流表60与电容组20串联。即在电机驱动电路中设置电压表40、第一电流表50和第二电流表60，以通过电压表40和第一电流表50测得电源模块10的电压值和电流值，通过第二电流表60测得电容组20的电流值。
对本电机驱动电路进行模拟测试，模拟测试结果如图2所示，X轴为时间(t)，Y轴为电流(A)和电压(V)。其中，IG1，表示电机驱动电流，高峰值电流为12A，平均电流为4A；AM1，表示电源输出电流，限制5A输出；AM2，表示电容组20，其在电机驱动电流大时放电，在电机驱动电流小时充电；VM1，表示电机驱动电压，其在48V～45V之间波动。其中，电机驱动电压的波动范围，与电容组20的具体选型、容量体积等因素有关系，在具体设计时可灵活调整，以平衡各方面需求。
当然，需要说明的是，以上相关数值仅为模拟数值或在模拟后所测得的实验数值，而其具体数值还需根据实际情况设置并获得，在此不作限定。
本发明还提出一种电机驱动装置，参照图3，该电机驱动装置包括电源模块10和电容组20，电源模块10和电容组20的正负极两端均与电机30的负载两端连接；
电机30的驱动电流包括高峰值电流，电源模块10的额定输出电流小于高峰值电流；电容组20用于在电机30的驱动电流大于电源模块10的额定输出电流时向电机30输出存储电流，存储电流的电流值大于驱动电流与额定输出电流的差值。
为提供并满足电机30在驱动过程中所需的驱动电流，对此特提出本实施例中的电机驱动电路，具体地，如图1所示，电机驱动电路包括电源模块10和电容组20组成，电源模块10和电容组20的正负极两端均与电机30的负载两端连接。
其中，所容易了解到的是，电机30在运行过程中，其所需的驱动电流并非恒定的，乃是呈现峰谷线式的波动状态，驱动电流包括高峰值电流。本实施例中所涉及的电源模块10的作用是为电机30提供电能，并且其额定输出电流小于电机30的高峰值电流，而所涉及的电容组20可进行充放电，其存储电流的电流值大于驱动电流与额定输出电流的差值，电容组20在电机30的驱动电流大于电源模块10的额定输出电流时向电机30输出存储电流，即配合电源模块10供电，从而满足电机30运行所需的驱动电流，保证电机30的正常工作。其中，所涉及的电容组20，可连接至控制系统，通过其它电源实现充电，当然，此仅为示例性的，并非绝对性。
基于上述内容可知，本电机驱动电路中的电源模块10的额定输出电流小于电机30的高峰值电流，当电机30所需驱动电流等于或小于电源模块10的额定输出电流时，电源模块10的额定输出电流为电机30提供电能；而当电机30所需驱动电流大于电源模块10的额定输出电流(比如高峰值电流)时，电容组20向电机30输出存储电流以与电源模块10共同为电机30提供电能；基于此，通过所设电容组20，在电源选型时，所选用的电源其额定输出电流大于电机30驱动的平均电流即可，即低功率电源，无需选用额定输出电流大于电机30驱动的高峰值电流的电源，从而降低电源花费成本，并且电源所输出电流的利用率高。
在一较佳实施例中，电容组20还用于在电机30的驱动电流小于电源模块10的额定输出电流时存储电源模块10的额定输出电流。其中，容易理解的是，在电机30的驱动电流小于电源模块10的额定输出电流时，通过将电源模块所输出的满足电机30的驱动电流以外的多余电流输入至电容组20，实现对电容组20的充电，可进一步提高电源所输出电流的利用率；并且，无需额外配置电源或设置电路为电容组充电，可进一步节省成本支出。
在一较佳实施例中，存储电流大于或等于高峰值电流。具体地，在设置电容组20时，所使用的电容组20其存储电流大于或等于电机30的高峰值电流，即在电源模块10处于没电或断电状态时，可通过电容组20为电机30提供运行所需的驱动电流，从而保证电机30的正常工作。比如由多个关节电机驱动的机械臂，在出现电源模块10突然断电的情况时，其关节电机可直接通过电容组20供电继续运行，从而避免机械臂因断电而掉落，提高安全性。
在一较佳实施例中，电容组20包括多个超级电容21，超级电容21内设有内阻22；
电容组20中的每两个超级电容21并联形成一个超级电容组，多个超级电容组串联，多个超级电容组串联后的第一端作为电容组20的正极，多个超级电容组串联后的第二端作为电容组20的负极。
其中，本实施例所涉及的电容组20由多个超级电容21组成，通过多个超级电容21以扩充储电容量，超级电容具有充放电速度快、循环使用寿命长等优点，另外，超级电容21的内阻22具有稳压作用，其用于辅助超级电容21进行充放电。进一步地，本实施例中选用22F、内阻为18mΩ的超级电容21，并以两个超级电容21为一组，组成20个超级电容组，按照上述的串并联设置形式，以构成的电容组20为2.2F、内阻为180mΩ。
在一较佳实施例中，电源模块10包括电流源11、电压源12和二极管13；
电压源12和二极管13串联，电流源11与电压源12和二极管13并联，并且并联后的第一端作为电源模块10的正极，并联后的第二端作为电源模块10的负极。
本实施例中，对电机30的驱动电流进行模拟设置，高峰值电流为12A，平均电流为4A，即高峰值电流为平均电流的三倍，本实施例中的电流源11输出驱动电流，电压源12输出驱动电压，作为优设，电流源11选用5A电流源，电压源12选用47.4电压源，二极管13为单向导通二极管，以使得电源模块10模拟形成48V电源，并且限流5A输出。当然，此仅为示例性的，并非绝对性的。
本发明还提出一种电机驱动方法，用于电机驱动装置，电机驱动装置包括电源模块10和电容组20，电源模块10和电容组20的正负极两端均与电机30的负载两端连接；电机30的驱动电流包括高峰值电流，电源模块10的额定输出电流小于高峰值电流；电机驱动方法包括：
步骤S10：在电机30的驱动电流大于电源模块10的额定输出电流时，通过电容组20向电机30输出存储电流，存储电流的电流值大于驱动电流与额定输出电流的差值。
在一较佳实施例中，电机驱动方法还包括：
步骤S20：在电机30的驱动电流小于电源模块10的额定输出电流时，通过电容组20存储电源模块10的额定输出电流。
在一较佳实施例中，存储电流大于或等于高峰值电流。
在一较佳实施例中，电容组20包括多个超级电容21，超级电容21内设有内阻22；
电容组20中的每两个超级电容21并联形成一个超级电容组，多个超级电容组串联，多个超级电容组串联后的第一端作为电容组20的正极，多个超级电容组串联后的第二端作为电容组20的负极。
在一较佳实施例中，参照图1，电源模块10包括电流源11、电压源12和二极管13；
电压源12和二极管13串联，电流源11与电压源12和二极管13并联，并且并联后的第一端作为电源模块10的正极，并联后的第二端作为电源模块10的负极。
本发明还提出一种机械臂，该机械臂包括前述记载的电机驱动装置，该电机驱动装置的具体结构参照上述实施例，由于本机械臂采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种机器人，该机器人包括前述记载的机械臂，该机械臂的具体结构参照上述实施例，由于本机器人采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (17)

1.一种电机驱动电路，其特征在于，包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；
所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电容组用于在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
2.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电容组还用于在所述电机的驱动电流小于所述电源模块的额定输出电流时存储所述电源模块的额定输出电流。
3.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述存储电流大于或等于所述高峰值电流。
4.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电容组包括多个超级电容，所述超级电容内设有内阻；
所述电容组中的每两个所述超级电容并联形成一个超级电容组，多个所述超级电容组串联，所述多个所述超级电容组串联后的第一端作为所述电容组的正极，所述多个所述超级电容组串联后的第二端作为所述电容组的负极。
5.根据权利要求4所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电源模块包括电流源、电压源和二极管；
所述电压源和所述二极管串联，所述电流源与所述电压源和所述二极管并联，并且并联后的第一端作为所述电源模块的正极，并联后的第二端作为所述电源模块的负极。
6.一种电机驱动装置，其特征在于，包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；
所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电容组用于在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
7.根据权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电容组还用于在所述电机的驱动电流小于所述电源模块的额定输出电流时存储所述电源模块的额定输出电流。
8.根据权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，所述存储电流大于或等于所述高峰值电流。
9.根据权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电容组包括多个超级电容，所述超级电容内设有内阻；
所述电容组中的每两个所述超级电容并联形成一个超级电容组，多个所述超级电容组串联，所述多个所述超级电容组串联后的第一端作为所述电容组的正极，所述多个所述超级电容组串联后的第二端作为所述电容组的负极。
10.根据权利要求9所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电源模块包括电流源、电压源和二极管；
所述电压源和所述二极管串联，所述电流源与所述电压源和所述二极管并联，并且并联后的第一端作为所述电源模块的正极，并联后的第二端作为所述电源模块的负极。
11.一种电机驱动方法，用于电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置包括电源模块和电容组，所述电源模块和所述电容组的正负极两端均与所述电机的负载两端连接；所述电机的驱动电流包括高峰值电流，所述电源模块的额定输出电流小于所述高峰值电流；所述电机驱动方法包括：
在所述电机的驱动电流大于所述电源模块的额定输出电流时，通过所述电容组向所述电机输出存储电流，所述存储电流的电流值大于所述驱动电流与所述额定输出电流的差值。
12.根据权利要求11所述的电机驱动方法，其特征在于，所述电机驱动方法还包括：
在所述电机的驱动电流小于所述电源模块的额定输出电流时，通过所述电容组存储所述电源模块的额定输出电流。
13.根据权利要求11所述的电机驱动方法，其特征在于，所述存储电流大于或等于所述高峰值电流。
14.根据权利要求11所述的电机驱动方法，其特征在于，所述电容组包括多个超级电容，所述超级电容内设有内阻；
所述电容组中的每两个所述超级电容并联形成一个超级电容组，多个所述超级电容组串联，所述多个所述超级电容组串联后的第一端作为所述电容组的正极，所述多个所述超级电容组串联后的第二端作为所述电容组的负极。
15.根据权利要求14所述的电机驱动方法，其特征在于，所述电源模块包括电流源、电压源和二极管；
所述电压源和所述二极管串联，所述电流源与所述电压源和所述二极管并联，并且并联后的第一端作为所述电源模块的正极，并联后的第二端作为所述电源模块的负极。
16.一种机械臂，其特征在于，包括权利要求6-10任一项所述的电机驱动装置。
17.一种机器人，其特征在于，包括权利要求16所述的机械臂。
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