CN114977456A - 机器人降低能耗方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种机器人降低能耗方法及系统，涉及机器人运动关节发电领域。旨在改善机器人运动关节减速发电产生的能量不能有效利用的问题。机器人降低能耗方法包括根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、储能装置以及机器人运动关节进行控制；其中，电源供电模块与储能装置并联设置；储能装置用于对机器人运动关节发电产生的电压进行存储。机器人降低能耗系统中，主控制单元用于执行上述的机器人降低能耗方法。根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，控制储能装置以及电源供电模块交替向机器人运动关节供电，以及机器人运动关节发电产生的能量储存在储能装置内进行再利用，减小能耗。

Description

机器人降低能耗方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人运动关节发电领域，具体而言，涉及一种机器人降低能耗方法及系统。
背景技术
为了提高生产效率，机器人很多情况下需要快速启停。机器人在快速减速停机的过程中，电机处于发电状态，产生能量。如果不对能量进行处理，就会造成机器人过压损坏。
传统的处理方式是增加能耗电路将减速时发电产生的能量进行消耗。该电路将能量通过发热的方式消耗掉，不仅造成能量的白白浪费，还会造成机器人发热，降低用户体验；同时也会造成机器人电子原器件的老化，降低使用寿命。
在大功率的其他领域，有通过馈能的方式实现将能量回馈的电网。但是馈能装置复杂，体积大，并且要回馈到高压电网，对于协作机器人低压直流48V供电的系统不太适用。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种机器人降低能耗方法，其能够改善机器人运动关节减速发电产生的能量不能有效利用的问题。
本发明的目的还包括，提供了一种机器人降低能耗系统，其能够改善机器人运动关节减速发电产生的能量不能有效利用的问题。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明的实施例提供了一种机器人降低能耗方法，包括以下步骤：
根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制；
其中，所述电源供电模块与所述储能装置并联设置，且所述电源供电模块与所述储能装置分别与所述机器人运动关节电连接；所述电源供电模块与所述储能装置用于交替向所述机器人运动关节供电，所述储能装置用于对所述机器人运动关节发电产生的电压进行存储。
另外，本发明的实施例提供的机器人降低能耗方法还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制的步骤包括：
若所述储能装置的电压小于储能电压，且所述机器人运动关节的电压大于设定电压，则控制所述电源供电模块关断，以及控制所述储能装置储存所述机器人运动关节产生的电。
可选地，所述根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制的步骤包括：
若所述储能装置无电，且所述机器人运动关节的电压大于设定电压，则控制所述电源供电模块关断，以及控制所述储能装置储存所述机器人运动关节产生的电。
可选地，所述根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制的步骤包括：
若所述储能装置的电压大于储能电压，且所述机器人运动关节的电压大于设定电压，则控制所述机器人运动关节停止运行。
可选地，所述根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制的步骤包括：
若所述储能装置的电压大于设定电压，并且所述机器人运动关节有电，则控制所述电源供电模块关断，以及控制所述储能装置向所述机器人运动关节供电。
可选地，所述根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制的步骤包括：
若所述储能装置的电压小于设定电压，并且所述机器人运动关节有电，则控制所述储能装置关断，以及控制所述电源供电模块向所述机器人运动关节供电。
可选地，所述根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、所述储能装置以及所述机器人运动关节进行控制的步骤包括：
若所述储能装置无电，并且所述机器人运动关节无电，则控制所述电源供电模块向所述机器人运动关节供电。
可选地，所述设定电压为48V，所述设定电压为所述机器人运动关节的正常工作电压。
本发明的实施例还提供了一种机器人降低能耗系统。所述机器人降低能耗系统包括主控制单元、电源供电模块、供电控制模块、储能装置、储能控制模块以及机器人运动关节；所述电源供电模块与所述储能装置并联设置，且所述电源供电模块与所述储能装置分别与所述机器人运动关节电连接；所述电源供电模块以及所述机器人运动关节均与所述供电控制模块电连接；所述储能装置以及所述机器人运动关节均与所述储能控制模块电连接；所述供电控制模块以及所述储能控制模块均与所述主控制单元电连接；所述电源供电模块以及所述储能装置均与所述主控制单元电连接；所述主控制单元用于执行机器人降低能耗方法。
可选地，所述供电控制模块包括并联设置在所述电源供电模块与所述机器人运动关节之间的电源二极管以及电源mos管；所述电源mos管与所述主控制单元电连接；
所述储能控制模块包括并联设置在所述储能装置与所述机器人运动关节之间的储能二极管以及储能mos管；所述储能mos管与所述主控制单元电连接。
本发明实施例的机器人降低能耗方法及系统的有益效果包括，例如：
机器人降低能耗方法，包括以下步骤：根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，对电源供电模块、储能装置以及机器人运动关节进行控制；其中，电源供电模块与储能装置并联设置，且电源供电模块与储能装置分别与机器人运动关节电连接；电源供电模块与储能装置用于交替向机器人运动关节供电，储能装置用于对机器人运动关节发电产生的电压进行存储。
根据储能装置的电压以及机器人运动关节的电压，控制储能装置以及电源供电模块交替向机器人运动关节供电，以及将机器人运动关节发电产生的能量储存在储能装置内进行再利用。将机器人运动关节发电产生的能量进行储存，并结合储能装置的现有能量对释能能力进行调节，达到降低输出电压的目的，对于不能承受高压的模块进行供电，使得整机都工作在可以承受的范围之内。改善机器人运动关节减速发电产生的能量不能有效利用的问题。此外，整个装置不涉及交直流电路的转换，体积可以减小，同时控制逻辑简单可靠。
机器人降低能耗系统，包括主控制单元、电源供电模块、供电控制模块、储能装置、储能控制模块以及机器人运动关节；主控制单元用于执行机器人降低能耗方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的机器人降低能耗系统的框图；
图2为本发明实施例提供的机器人降低能耗方法的步骤框图；
图3为本发明实施例提供的机器人降低能耗方法的状态图。
图标：10-机器人降低能耗系统；100-主控制单元；200-电源供电模块；300-供电控制模块；400-储能装置；500-储能控制模块；600-机器人运动关节。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
下面结合图1至图3对本实施例提供的机器人降低能耗方法及系统进行详细描述。
请参照图1，本发明的实施例提供了一种机器人降低能耗系统10，机器人降低能耗系统10包括主控制单元100、电源供电模块200、供电控制模块300、储能装置400、储能控制模块500以及机器人运动关节600；电源供电模块200与储能装置400并联设置，且电源供电模块200与储能装置400分别与机器人运动关节600电连接；电源供电模块200以及机器人运动关节600均与供电控制模块300电连接；储能装置400以及机器人运动关节600均与储能控制模块500电连接；供电控制模块300以及储能控制模块500均与主控制单元100电连接；电源供电模块200以及储能装置400均与主控制单元100电连接；主控制单元100用于执行下述的机器人降低能耗方法。
主控制单元100负责整个装置的控制检测控制，同时具有保护检测的作用。储能装置400用于对机器人运动关节600减速发电产生的能量进行存储再利用。储能装置400以及电源供电模块200用于交替向机器人运动关节600供电，机器人运动关节600优先消耗储能装置400的能量，其次使用电源供电模块200输出的能量。供电控制模块300用于电源供电模块200供电大小调节，储能控制模块500用于储能装置400供电大小调节。供电控制模块300和储能控制模块500具有自动均衡的功能。
根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，控制储能装置400以及电源供电模块200交替向机器人运动关节600供电，以及将机器人运动关节600发电产生的能量储存在储能装置400内进行再利用。改善机器人运动关节600减速发电产生的能量不能有效利用的问题。整个装置不涉及交直流电路的转换，体积可以减小，同时控制逻辑简单可靠。整个装置适用于直流电压的存储调节控制，更加适合协作机器人低压供电的场合。
本实施例中，供电控制模块300包括并联设置在电源供电模块200与机器人运动关节600之间的电源二极管以及电源mos管；电源mos管与主控制单元100电连接；储能控制模块500包括并联设置在储能装置400与机器人运动关节600之间的储能二极管以及储能mos管；储能mos管与主控制单元100电连接。
“mos管”中的MOS，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。
具体的，电源供电模块200与机器人运动关节600之间设置有电源二极管以及电源mos管，可以调节有效输出电压，达到稳定输出和异常保护的功能。储能装置400与机器人运动关节600之间设计有储能二极管以及储能mos管，可以改变限流能力，达到保护限流装置的同时，最大化存储效率。电源mos管以及储能mos管高压通，低压断。
参照图2，本发明的实施例提供了一种机器人降低能耗方法，包括以下步骤：步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制；其中，电源供电模块200与储能装置400并联设置，且电源供电模块200与储能装置400分别与机器人运动关节600电连接；电源供电模块200与储能装置400用于交替向机器人运动关节600供电，储能装置400用于对机器人运动关节600发电产生的电压进行存储。
根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，控制储能装置400以及电源供电模块200交替向机器人运动关节600供电，以及将机器人运动关节600发电产生的能量储存在储能装置400内进行再利用。将机器人运动关节600发电产生的能量进行储存，并结合储能装置400的现有能量对释能能力进行调节，达到降低输出电压的目的，对于不能承受高压的模块进行供电，使得整机都工作在可以承受的范围之内。改善机器人运动关节600减速发电产生的能量不能有效利用的问题。此外，整个装置不涉及交直流电路的转换，体积可以减小，同时控制逻辑简单可靠。
参照图2，本实施例中，步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制包括：步骤S12，若储能装置400的电压小于储能电压，且机器人运动关节600的电压大于设定电压，则控制电源供电模块200关断，以及控制储能装置400储存机器人运动关节600产生的电。储能电压是指储能装置400的最大储能能力。
机器人运动关节600在减速时处于发电状态，此时机器人运动关节600电压升高，一般高于设定电压。主控制单元100检测到机器人运动关节600电压升高，判断机器人运动关节600处于发电状态，进而控制供电控制模块300关断，且电源二极管反向，不会有发电电流流入电源供电模块200；发电电流也不会通过储能控制模块500的储能二极管流入储能装置400，而是通过控制储能控制模块500的储能mos管流向储能装置400，通过储能mos管的通断时间比，即可控制储能的大小，保护储能装置400的同时，不使机器人运动关节600过压。
参照图2，本实施例中，步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制的步骤包括：步骤S13，若储能装置400无电，且机器人运动关节600的电压大于设定电压，则控制电源供电模块200关断，以及控制储能装置400储存机器人运动关节600产生的电。
在储能装置400无电的情况下，机器人运动关节600减速产生电压，依然通过储能mos进入储能装置400。
参照图2，本实施例中，步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制的步骤包括：步骤S14，若储能装置400的电压大于储能电压，且机器人运动关节600的电压大于设定电压，则控制机器人运动关节600停止运行。
因为机器人运动关节600工作处于启停状态，启动加速耗电，停止减速发电，所以其不会一直发电，处于动态可控的状态。当储能装置400有电，且没有达到其做大的储能限制时，也就是没有达到储能电压时，依然可以接收机器人运动关节600的发电能量。当出现超出储能装置400的储能电压时，机器人运动关节600依然发电，则主控制单元100进行保护动作，机器人运动关节600停止运行。
参照图2，本实施例中，步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制的步骤包括：步骤S15，若储能装置400的电压大于设定电压，并且机器人运动关节600有电，则控制电源供电模块200关断，以及控制储能装置400向机器人运动关节600供电。
机器人运动关节600优先消耗储能装置400的能量，其次使用供电模块输出的能量。当储能装置400能够给机器人运动关节600供电时，则由储能装置400对机器人运动关节600进行供电，此时供电控制模块300关断，储能控制模块500可控开通，调节机器人运动关节600电压稳定。
参照图2，本实施例中，步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制的步骤包括：步骤S16，若储能装置400的电压小于设定电压，并且机器人运动关节600有电，则控制储能装置400关断，以及控制电源供电模块200向机器人运动关节600供电。
电流从储能装置400取电，储能装置400能量耗尽后，切换到电源供电模块200供电。供电控制模块300和储能控制模块500的并联二极管可以自动均衡供电电流，控制电源mos管开关可以降低功率管能耗。
参照图2，本实施例中，步骤S1，根据储能装置400的电压以及机器人运动关节600的电压，对电源供电模块200、储能装置400以及机器人运动关节600进行控制的步骤包括：步骤S17，若储能装置400无电，并且机器人运动关节600无电，则控制电源供电模块200向机器人运动关节600供电。
储能控制模块500关断后无电，供电控制模块300可控开通，调节关节电压稳定。电流从电源供电模块200取电，直至机器人关节减速发电，向储能装置400存储电。
参照图2，本实施例中，设定电压为48V，设定电压为机器人运动关节600的正常工作电压。
参照图3，根据本实施例提供的一种机器人降低能耗方法，机器人降低能耗方法的过程如下：
初次上电时，储能装置400以及储能控制模块500的电压均为零，供电电源模块首先通过电源二极管向机器人运动关节600供电，当电压升高后，供电电源模块通过电源mos管向机器人运动关节600供电，电压为设定电压48V。然后机器人运动关节600加速运行到机器人运动关节600匀速运行过程中，都由电源供电模块200进行供电。
机器人运动关节600减速运行时，机器人运动关节600电压升高，电压通过储能mos管进入储能装置400；通过控制储能控制模块500的储能mos管的通断时间比，即可控制储能的大小。
机器人运动关节600加速运行时，储能装置400首先通过储能二极管向机器人运动关节600供电，然后在电压升高后，储能装置400通过储能mos管给机器人运动关节600供电，直到储能装置400的电压降至设定电压48V，则切换由电源供电模块200通过电源mos管给机器人运动关节600供电。
因此，在机器人运动关节600加速运行、匀速运行以及减速运行的过程中，则循环上述储能装置400储能，储能装置400与电源供电模块200切换供电的过程。
本实施例提供的一种机器人降低能耗方法至少具有以下优点：
将机器人运动关节600发电产生的能量进行存储再利用。机器人运动关节600优先消耗储能装置400的能量，其次使用供电模块输出的能量。供电控制模块300和储能控制模块500具有自动均衡的功能。整个装置不涉及交直流电路的转换，体积可以减小，同时控制逻辑简单可靠。整个装置适用于直流电压的存储调节控制，更加适合协作机器人低压供电的场合。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机器人降低能耗方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制；
其中，所述电源供电模块(200)与所述储能装置(400)并联设置，且所述电源供电模块(200)与所述储能装置(400)分别与所述机器人运动关节(600)电连接；所述电源供电模块(200)与所述储能装置(400)用于交替向所述机器人运动关节(600)供电，所述储能装置(400)用于对所述机器人运动关节(600)发电产生的电压进行存储。
2.根据权利要求1所述的机器人降低能耗方法，其特征在于，所述根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制的步骤包括：
若所述储能装置(400)的电压小于储能电压，且所述机器人运动关节(600)的电压大于设定电压，则控制所述电源供电模块(200)关断，以及控制所述储能装置(400)储存所述机器人运动关节(600)产生的电。
3.根据权利要求1所述的机器人降低能耗方法，其特征在于，所述根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制的步骤包括：
若所述储能装置(400)无电，且所述机器人运动关节(600)的电压大于设定电压，则控制所述电源供电模块(200)关断，以及控制所述储能装置(400)储存所述机器人运动关节(600)产生的电。
4.根据权利要求1所述的机器人降低能耗方法，其特征在于，所述根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制的步骤包括：
若所述储能装置(400)的电压大于储能电压，且所述机器人运动关节(600)的电压大于设定电压，则控制所述机器人运动关节(600)停止运行。
5.根据权利要求1所述的机器人降低能耗方法，其特征在于，所述根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制的步骤包括：
若所述储能装置(400)的电压大于设定电压，并且所述机器人运动关节(600)有电，则控制所述电源供电模块(200)关断，以及控制所述储能装置(400)向所述机器人运动关节(600)供电。
6.根据权利要求1所述的机器人降低能耗方法，其特征在于，所述根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制的步骤包括：
若所述储能装置(400)的电压小于设定电压，并且所述机器人运动关节(600)有电，则控制所述储能装置(400)关断，以及控制所述电源供电模块(200)向所述机器人运动关节(600)供电。
7.根据权利要求1所述的机器人降低能耗方法，其特征在于，所述根据储能装置(400)的电压以及机器人运动关节(600)的电压，对电源供电模块(200)、所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)进行控制的步骤包括：
若所述储能装置(400)无电，并且所述机器人运动关节(600)无电，则控制所述电源供电模块(200)向所述机器人运动关节(600)供电。
8.根据权利要求2-6任一项所述的机器人降低能耗方法，其特征在于：
所述设定电压为48V，所述设定电压为所述机器人运动关节(600)的正常工作电压。
9.一种机器人降低能耗系统，其特征在于：
所述机器人降低能耗系统包括主控制单元(100)、电源供电模块(200)、供电控制模块(300)、储能装置(400)、储能控制模块(500)以及机器人运动关节(600)；所述电源供电模块(200)与所述储能装置(400)并联设置，且所述电源供电模块(200)与所述储能装置(400)分别与所述机器人运动关节(600)电连接；所述电源供电模块(200)以及所述机器人运动关节(600)均与所述供电控制模块(300)电连接；所述储能装置(400)以及所述机器人运动关节(600)均与所述储能控制模块(500)电连接；所述供电控制模块(300)以及所述储能控制模块(500)均与所述主控制单元(100)电连接；所述电源供电模块(200)以及所述储能装置(400)均与所述主控制单元(100)电连接；所述主控制单元(100)用于执行权利要求1-8任一项所述的机器人降低能耗方法。
10.根据权利要求9所述的机器人降低能耗系统，其特征在于：
所述供电控制模块(300)包括并联设置在所述电源供电模块(200)与所述机器人运动关节(600)之间的电源二极管以及电源mos管；所述电源mos管与所述主控制单元(100)电连接；
所述储能控制模块(500)包括并联设置在所述储能装置(400)与所述机器人运动关节(600)之间的储能二极管以及储能mos管；所述储能mos管与所述主控制单元(100)电连接。
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CN112311072A (zh) * 2019-07-26 2021-02-02 法奥意威(苏州)机器人系统有限公司 机器人运动能量回收系统

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