CN209140899U - 用于控制电机的运动控制部件、机器人以及运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种用于控制电机的运动控制部件、机器人以及运动控制系统。该运动控制部件包括电源电路和电机驱动电路，所述运动控制部件还包括二极管，所述二极管的第一端与所述电源电路连接，所述二极管的第二端与所述电机驱动电路连接，所述二极管的第一端到第二端正向导通。上述技术方案通过在电源电路与电机驱动电路之间设置反向电动势保护电路，具体是在电源电路与电机驱动电路之间设置二极管，从而能够在电路产生反向电动势时起到保护电路中电机等元器件的作用，从而避免烧坏电机等电路元器件，并且减小由于反向电动势造成的对信号传输的干扰。

Description

用于控制电机的运动控制部件、机器人以及运动控制系统

技术领域

本实用新型涉及电机领域，更具体地，涉及一种用于控制电机的运动控制部件、一种机器人以及一种运动控制系统。

背景技术

在电机领域，运动控制部件是实现对电机进行运动控制的核心部件。比如机器人的运行就需要通过运动控制部件控制电机配合丝杠或减速器等作为运动执行部件来带动机器人运动。

在电路中，反向电动势的产生不仅会影响电路元器件的正常运行，有时还会对信号的传输造成干扰。以电路中的电机为例，电机是将电能转化为机械能的装置，通电的线圈在磁场里受到磁场对其安培力的作用，使得线圈绕轴旋转。在电机通电瞬间，线圈几乎不动而电流最大，安培力产生的转动力矩远大于阻力矩，线圈开始转动。线圈转动时开始切割磁感线，此时就会在线圈中产生一个“反向电动势”(即与电源的电动势方向相反的电动势)。与加载在线圈外部的电势差U(外部电源提供)相反，反向电动势起减小电流的作用。一开始反向电动势很小，电流很大，安培力的转动力矩较大。转速逐渐加大，随着转速的加大，反向电动势增大，线圈中的电流也减小了，安培力的转动力矩减小到与阻力矩相抗衡时就是电机的最大速度。然而，由于产生的反向电动势会叠加在电源提供的电动势上，因此如果反向电动势较大，可能会影响电机的正常工作，例如对信号的传输造成干扰，甚至烧坏电机中的电路元器件。

因此，需要提供一种用于控制电机的运动控制部件，以解决上述问题。

实用新型内容

考虑到上述问题而提出了本实用新型。

根据本实用新型一方面，提供了一种用于控制电机的运动控制部件。该运动控制部件包括电源电路和电机驱动电路，所述运动控制部件还包括二极管，

所述二极管的第一端与所述电源电路连接，所述二极管的第二端与所述电机驱动电路连接，所述二极管的第一端到第二端正向导通。

示例性地，所述运动控制部件还包括储能单元，其中，

所述储能单元的第一端与所述二极管的第二端连接，所述储能单元的第二端接地。

示例性地，所述储能单元为储能电容。

示例性地，所述运动控制部件还包括与所述电机驱动电路连接的控制器。

根据本实用新型另一方面，提供了一种机器人。该机器人包括上述运动控制部件。

根据本实用新型又一方面，提供了一种运动控制系统。该运动控制系统包括上述机器人。

示例性地，所述运动控制系统包括人机交互单元，所述人机交互单元连接所述运动控制部件。

示例性地，所述运动控制部件与所述人机交互单元通过控制器局域网络连接。

示例性地，所述运动控制部件与所述人机交互单元通过串口连接。

本实用新型提供的运动控制部件、机器人以及运动控制系统，通过在电源电路与电机驱动电路之间设置反向电动势保护电路，具体是在电源电路与电机驱动电路之间设置二极管，从而能够在电路中产生反向电动势时起到保护电路中元器件(例如电机)的作用，从而避免烧坏电机等电路元器件，并且反向电动势保护电路的设置还能够减小由于反向电动势造成的对信号传输的干扰。

附图说明

通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的运动控制部件的示意性框图；

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的运动控制部件的示意性框图；

图3示出了根据本实用新型又一个实施例的运动控制部件的示意性框图；

图4示出了根据本实用新型一个实施例的运动控制部件的电路原理图；

图5示出了根据本实用新型再一个实施例的运动控制部件的示意性框图；以及

图6示出了根据本实用新型一个实施例的运动控制系统的示意性框图。

具体实施方式

为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于本实用新型中描述的本实用新型实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。

如上所述，诸如电机启动时，其中产生的反向电动势可能会影响电机的正常工作，甚至烧坏电机的电路元器件。为此，本实用新型针对电机中的反向电动势问题在电机的运动控制部件中加入了反向电动势保护电路，以解决上述问题。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的运动控制部件100的示意性框图。运动控制部件100用于控制电机的运动。如图1所示，运动控制部件100包括：电源电路110、电机驱动电路120和二极管130。二极管130的第一端与电源电路110连接，二极管130的第二端与电机驱动电路120连接。二极管130的第一端到第二端正向导通。

根据运动控制的需要，电机驱动电路120驱动电机运行来执行相应的控制。随着电机的启动、加速、减速或停止，电机中的线圈将产生反向电动势。在产生反向电动势时，如果反向电动势较大，可能会影响电机电路的正常工作。例如，反向电动势可能会在开关的触点之间产生电火花，造成触点烧蚀。对于晶体管来说，反向电动势可能会导致其击穿损坏。通过在运动控制部件100的电源电路110与电机驱动电路120之间设置二极管130，能够在产生反向电动势时，电流通过二极管130释放，从而起到保护电路的作用。另一方面，二极管130的设置还可以减小由于反向电动势造成的对信号的干扰。

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的运动控制部件200的示意性框图。如图2所示，运动控制部件200包括电源电路210、电机驱动电路220、二极管230和储能单元240。储能单元240的第一端与二极管230的第二端连接，储能单元240的第二端接地。其中，电源电路210、电机驱动电路220和二极管230的功能与结构分别与以上所详细描述的电源电路110、电机驱动电路120和二极管130的功能与结构类似。为了简洁，在此不再赘述。

储能单元240是能储存电荷、吸收电能的电路单元，例如电容元件、电感元件或采用具有储能功能的多个元件组成的组合电路。通过设置储能单元存储能量，抑制产生反向电动势时的尖峰电流，从而起到进一步保护电机电路的作用。

图3示出了根据本实用新型又一个实施例的运动控制部件300的示意性框图。如图3所示，运动控制部件300包括电源电路310、电机驱动电路320、二极管330和储能单元340。其中，电源电路310、电机驱动电路320和二极管330的功能与结构分别与以上所详细描述的电源电路110、电机驱动电路120和二极管130的功能与结构类似。为了简洁，在此不再赘述。储能单元采用储能电容340实现。储能电容340不仅能抑制产生反向电动势时的尖峰电流，从而起到保护电机电路的作用，并且还具有滤波的作用，可以减小电机噪声的干扰。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的运动控制部件的电路原理图。如图4所示，二极管430设置于48伏的电源电路410与电机驱动电路420之间，储能电容440的第一端与二极管430的第二端连接，储能电容440的第二端接地。电机驱动电路420中通过驱动芯片421基于电机的运动参数控制各个MOS管的状态，从而达到控制电机的目的。由此，通过在运动控制部件的电路中设置二极管430和储能电容440，形成反向电动势保护电路，能够在产生反向电动势时起到保护电机电路的作用。

图5示出了根据本实用新型再一个实施例的运动控制部件500的示意性框图。如图5所示，运动控制部件500包括电源电路510、电机驱动电路520、二极管530、储能单元540和控制器550。其中，电源电路510、电机驱动电路520、二极管530和储能单元540的功能与结构分别与以上所详细描述的电源电路210、电机驱动电路220、二极管230和储能单元240的功能与结构类似。控制器550与电机驱动电路520连接。

控制器550用于实现对用于控制电机运动的运动参数的解算，可以将运动参数解算成为对应的产生PWM波形的波表数据，波表数据中的周期值P不同表示电机运行的快慢不同。控制器550可以由DSP芯片实现，可以由ARM芯片实现，还可以由FPGA芯片等实现。电机驱动电路520基于控制器550产生的波表数据生成对应的PWM波形，并且基于PWM波形对电机进行控制。PWM波形有时也称为脉冲波形，具有高低电平两个状态，在运动控制领域通过调节PWM波形的占空比、周期等达到控制电机转速等目的。

根据本实用新型另一方面，提供了一种机器人。该机器人包括上述运动控制部件。利用上述运动控制部件中的反向电动势保护电路，能够在电机产生反向电动势时起到保护电机电路的作用。

根据本实用新型另一方面，提供了一种运动控制系统。该运动控制系统包括上述机器人。利用上述机器人的运动控制部件中的反向电动势保护电路，能够在产生反向电动势时起到保护电机电路的作用。

图6示出了根据本实用新型一个实施例的运动控制系统1000的示意性框图。如图6所示，运动控制系统1000包括机器人1100和人机交互单元1200。人机交互单元1200与机器人1100中的运动控制部件1110连接，用于将控制机器人1100中的电机的运动参数发送给运动控制部件1110。用户可以通过人机交互单元1200实现对机器人1100的控制。

人机交互单元1200用以实现人机交互。人机交互单元1200例如可以是示教器，还可以是安装有上位机软件的电脑，还可以是安装有APP的手机/Pad等。用户可以通过人机交互单元1200进行配置机器人1100的运动参数、获取电机的运行状态、显示运动曲线等处理。

示例性地，机器人1100中的运动控制部件1110与人机交互单元1200通过控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)连接。CAN总线是一种标准总线，广泛应用于汽车电子、工业控制、运动控制等领域。CAN总线数据具有固定的格式，CAN总线可以是双绞线或同轴线等。通过CAN总线实现了人机交互单元1200和运动控制部件1110之间的通信。

示例性地，机器人1100中的运动控制部件1110与人机交互单元1200通过串口连接，以通过串行通信实现人机交互单元1200和运动控制部件1110之间的通信。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或至少两个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及设备的所有装置进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在至少两个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的装置权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于控制电机的运动控制部件，包括电源电路和电机驱动电路，其特征在于，所述运动控制部件还包括二极管，

所述二极管的第一端与所述电源电路连接，所述二极管的第二端与所述电机驱动电路连接，所述二极管的第一端到第二端正向导通。

2.如权利要求1所述的运动控制部件，其特征在于，所述运动控制部件还包括储能单元，其中，

所述储能单元的第一端与所述二极管的第二端连接，所述储能单元的第二端接地。

3.如权利要求2所述的运动控制部件，其特征在于，所述储能单元为储能电容。

4.如权利要求1至3中任一项所述的运动控制部件，其特征在于，所述运动控制部件还包括与所述电机驱动电路连接的控制器。

5.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括如权利要求1至4中任一项所述的运动控制部件。

6.一种运动控制系统，其特征在于，所述运动控制系统包括如权利要求5所述的机器人。

7.如权利要求6所述的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制系统包括人机交互单元，所述人机交互单元连接所述运动控制部件。

8.如权利要求7所述的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制部件与所述人机交互单元通过控制器局域网络连接。

9.如权利要求7所述的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制部件与所述人机交互单元通过串口连接。