CN209626145U - 刹车继电器的驱动电路及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刹车继电器的驱动电路及机器人，包括电源、至少一个继电器和控制单元，所述电源为直流电源，所述电源为控制单元提供工作电压；所述继电器接收控制单元的控制电压；所述控制单元，包括至少一个场效应管，所述场效应管用于接收控制信号，所述场效应管根据控制信号输出控制电压给所述继电器。本实用新型的刹车继电器的驱动电路不仅能够减少刹车件损伤，而且不易受电磁干扰，工作稳定性高，同时还能够有效监测刹车柱是否正常工作。

Description

刹车继电器的驱动电路及机器人

技术领域：

本实用新型涉及机器人控制技术，具体涉及一种机器人电机刹车继电器驱动及检测技术。

背景技术：

在多轴机器人手臂的关节中，关节的转动是依靠永磁直流无刷电机(BLDC)，转动过程中若遇到紧急停机，需要用刹车装置紧急制动；但是，电机正常运转时，需要刹车不去影响电机转动。

电机制动时，刹车继电器上触点处于断开状态，此时刹车柱弹起可以把刹车齿挡住，从而实现对电机的制动。

电机转动时，刹车继电器通电，继电器上触点闭合，从而将刹车柱压下，这样就可以使刹车齿无阻碍正常转动。

刹车继电器三个工作状态：

(1)电机开始转动，继电器启动：继电器触点闭合，此时需要较大电流，但是时间要很短，否则容易损坏器件；

(2)电机保持转动，继电器保持：继电器触点保持闭合，此时需要较小电流，且弹簧的力度不足以将继电器弹起，这样对继电器的寿命有好处；

(3)电机制动，继电器停止：继电器触点断开，此时继电器无电流通过。

如图1所示，在现有的技术中，驱动电路是一个大电流的三极管，直接用3.3V处理器发出的PWM波去驱动三极管的B端和E端，此时三极管处于方波驱动状态，通过调节PWM的占空比可以调节集电极到发射极之间的平均电流，当占空比较大时是启动状态，较小时是保持状态，为零时是弹起制动状态。

这种方法虽然也能将刹车压下去，也能保持，但是由于使用了PWM脉冲驱动，再加上三极管是电流型驱动器件，导致15V直流电压的利用率不高，即便是PWM占空比100％，完全是高电平，15V产生的功率也是受限制的，导致刹车继电器启动时力度较小，在之后的重载环境下，刹车片重重压在刹车柱上，这样的力度容易出现模糊情况，而且小占空比PWM的保持状态也相对容易受到电磁环境的干扰，一旦有干扰，保持失效，刹车弹起，电机制动，会导致误操作。

更重要的是，就算启动成功了，也无法判断刹车继电器是否压下去了，因为就算通了电流，刹车柱被卡住，还是压不下去。

实用新型内容：

本实用新型针对现有技术中，继电器驱动电路的电压利用率不高，继电器启动时力度较小以及容易受电磁环境干扰的技术问题，提供一种刹车继电器的驱动电路，以提高电压利用率、刹车启动力度，同时避免受电磁环境干扰。

本实用新型的另一方面，提供一种使用上述刹车继电器的驱动电路的机器人，以减少刹车件损伤，避免刹车受电磁干扰，提高工作稳定性。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种刹车继电器的驱动电路，包括:

电源，所述电源为直流电源，所述电源为控制单元提供工作电压；

至少一个继电器P1，所述继电器P1由控制单元控制；

控制单元，包括第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，刹车启动时所述第一场效应管Q1被导通并启动所述继电器P1，刹车保持时所述第二场效应管Q2保持导通并驱动所述继电器P1。

进一步地，所述控制单元还包括三极管Q3，三极管Q3的基极被配置为三极管Q3的控制信号输入端，三极管Q3的基极串联电阻R3，电阻R3用于限制输出给三极管Q3基极的电流，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电源连接，同时三极管Q3的集电极与第一场效应管Q1的栅极连接，所述第一场效应管Q1的源极连接所述电源，所述第一场效应管Q1的漏极连接所述继电器P1。

进一步地，所述第一场效应管Q1的源极和所述三极管Q3的集电极被配置为输入第一电压。

进一步地，所述第二场效应管Q2的栅极被配置为第二场效应管Q2的控制信号输入端，所述第二场效应管Q2的栅极串联电阻R2，电阻R2用于限制输出给第二场效应管Q2的栅极的电流，第二场效应管Q2的源极与电源连接，第二场效应管Q2的漏极连接继电器P1。

进一步地，所述第二场效应管Q2的源极被配置为输入第二电压。

进一步地，所述第二场效应管Q2的漏极连接稳压二极管D1的阳极，稳压二极管D1的阴极与继电器P1连接。

进一步地，所述控制单元还包括处理器，所述处理器用于控制所述第一场效应管Q1和所述第二场效应管Q2。

进一步地，所述控制单元还包括：

检测模块，用于检测刹车柱的位置，所述检测模块与所述处理器相连；

报警模块，所述报警模块由所述处理器控制。

进一步地，所述检测模块为光电传感器，所述检测模块包括激光发生电路和激光接收电路，所述激光发生电路和激光接收电路之间为刹车柱的行走空间。

本实用新型的另一方面，公开了一种机器人，包括如上述任意一项所述的刹车继电器的驱动电路。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型中的继电器的刹车启动采用第一场效应管Q1控制，场效应管适应于电压驱动法，一旦第一场效应管Q1打开，导通压降为毫欧级，相当于直接导通，此时电流大小完全由继电器P1自己的阻抗值决定，可以实现启动时几乎完全是15V加在继电器P1上，从而解决了现有技术中电压利用率低的问题，本实用新型继电器P1启动电流较大，启动力度较大，能够有效减少刹车片与刹车柱之间模糊不清的现象；

2、本实用新型中刹车保持时通过第二场效应管Q2提供持续的驱动电压，不再依赖PWM方波信号控制，解决了继电器P1刹车保持过程中易受电磁环境干扰的问题，有效避免因电磁干扰导致误操作的问题；

3、本实用新型中采用光电传感器检测刹车是否启动成功，增加了反馈识别功能，解决了现有技术中刹车柱被卡住无法被检测到的技术问题，本实用新型能够有效监控刹车是否正常工作，保证系统的稳定性。

附图说明：

图1为现有技术的刹车继电器驱动电路；

图2为本实用新型实施例的一种刹车继电器的驱动电路原理图；

图3为本实用新型实施例的一种刹车继电器的驱动电路的电路结构图；

图4为本实用新型实施例的一种刹车继电器的检测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图描述本实用新型实施例的刹车继电器的驱动电路。

实施例一：

如图2所示，本实用新型实施例的刹车继电器的驱动电路包括电源、继电器P1和控制单元，其中，电源为直流电源，电源为控制单元提供工作电压，作为本实用新型的一个实施例，该直流电源能够分别提供15V和3.3V的工作电压。

作为本实用新型的继电器P1的一个实施例，继电器P1为一个，继电器P1用于接收控制单元的控制驱动电压，并通过驱动电压控制刹车单元动作，作为本实用新型的继电器P1的其他实施例，继电器P1为多个且并联布置，这样当其中一个继电器P1损坏后，其他继电器P1可以继续使用，保证系统的稳定性。

如图3，本实施例的控制单元还包括第一场效应管Q1，第一场效应管Q1的型号为A03401，刹车启动时第一场效应管Q1被导通并启动继电器P1，电源提供给第一场效应管Q1的工作电压为15V，一旦第一场效应管Q1被导通，导通压降为毫欧级，相当于直接导通，此时电流大小完全由继电器P1自己的阻抗值决定，可以实现启动时几乎完全是15V加在继电器P1上，从而解决了现有技术中电压利用率低的问题。

本实施例的控制单元还包括第二场效应管Q2，第二场效应管Q2的型号为A03401，刹车保持时第二场效应管Q2保持导通并驱动继电器P1，这样刹车保持时通过第二场效应管Q2提供持续的工作电压，不再依赖PWM方波信号控制，解决了继电器P1刹车保持过程中易受电磁环境干扰的问题，有效避免因电磁干扰导致误操作的问题。

根据本实用新型的一个实施例，控制单元还包括处理器，处理器的工作电压为3.3V，型号为TMS320F28062，处理器用于发出控制信号以控制第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的截止和导通。

作为本实用新型的第一场效应管Q1的控制电路的一个实施例，借助三极管Q3控制第一场效应管Q1截止或导通，三极管Q3的型号为S9013，具体地，三极管Q3的基极被配置为三极管Q3的控制信号输入端，三极管Q3和处理器之间串联电阻R3，电阻R3用于控制输出给三极管Q3基极的电流，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电源连接，同时三极管Q3的集电极与第一场效应管Q1的栅极连接。本实施例中的第一场效应管Q1的源极以及三极管Q3的集电极被配置为输入15V的第一电压，三极管Q3使得第一场效应管Q1能够适配于3.3V的处理器。

作为本实用新型的第二场效应管Q2的控制电路的一个实施例，第二场效应管Q2直接由3.3V的处理器控制，具体地，第二场效应管Q2的栅极被配置为第二场效应管Q2的控制信号输入端，第二场效应管Q2和处理器之间串联电阻R2，电阻R2用于控制输出给第二场效应管Q2栅极的电流，第二场效应管Q2的源极与电源连接，第二场效应管Q2的漏极连接继电器P1。本实施例的第二场效应管Q2的源极被配置为输入3.3V的第二电压。

为了提高刹车保持的稳定性，第二场效应管Q2和继电器P1之间串联稳压二极管D1，稳压二极管D1的型号为PMEC6010CEH，具体地，第二场效应管Q2的漏极连接稳压二极管D1的阳极，稳压二极管D1的阴极与继电器P1连接，稳压二极管D1可以起到稳压的作用。

为了提高继电器P1工作的稳定性，在继电器P1两端并联二极管D2,二极管D2的型号为FR157，二极管D2的阴极与继电器P1的1脚连接，二极管D2的阳极与继电器P1的2脚连接，同时继电器P1的2脚接地。

根据本实用新型的一个实施例，控制单元还包括分别与处理器相连的检测模块和报警模块，检测模块用于检测刹车柱的位置，具体的，如图4所示，检测模块为光电传感器，检测模块包括激光发生电路和激光接收电路，激光发生电路和激光接收电路之间为刹车柱的行走空间，即激光发生电路和激光接收电路安装在刹车柱的两侧，激光发生电路包括激光头，激光接收电路包括接收元件，激光头与接收元件安装于同一水平线b，同时与刹车柱完全压下时处于同一水平线b，以便感测刹车柱是否正常工作。当刹车压下和弹起时，刹车杆上面的刹车柱可以伸缩，初始状态下，刹车为弹起状态，刹车柱偏离激光发生电路和光敏感反射电路之间的行走空间，此时检测模块的激光接收电路能够接收到激光发生电路的激光，激光接收电路输出高电平给处理器，当刹车启动时，控制单元控制继电器P1工作，刹车柱下压，刹车柱行走到激光发生电路和激光接收电路之间，激光传输被挡住，检测模块的激光接收电路输出低电平给处理器。如果继电器P1工作，但是刹车柱被卡住，刹车柱压不下去，则处理器依然接收的是高电平信号，此时处理器判断为故障，并控制报警模块报警。通过该种检测方法，可以防止继电器P1正常工作但是刹车柱被卡住的情况能被及时发现，从而防止刹车柱不能正常落位造成的误操作。

根据本实用新型的一个实施例，检测模块还包括黑色罩子a,激光发生电路、激光接收电路以及刹车柱的一部分在黑色罩子a内，黑色罩子a可以防止外界光线的干扰，同时也能防止内部激光反复反射，造成干扰。

本实施例的报警模块包括但不限于声光报警器和蜂鸣器。

本实施例的刹车继电器的驱动电路的工作原理如下：

(1)刹车启动：

处理器发出控制信号，三极管Q3的控制信号输入端为高电平，第二场效应管Q2的控制信号输入端为低电平，此时该控制信号为刹车启动信号，此时，电阻R3电流约为230uA，三极管Q3处于饱和区，电阻R1电流约为15mA，此时第一场效应管Q1导通，第一场效应管Q1的电流约为1A，第二场效应管Q2也导通，继电器P1的线圈电流理论值为1A。

(2)刹车保持：

处理器发出控制信号，三极管Q3的控制信号输入端为低电平，第二场效应管Q2的控制信号输入端为低电平，此时该控制信号为刹车保持信号，三极管Q3截止，导致第一场效应管Q1截止，第二场效应管Q2保持导通，稳压二极管D1导通，第二场效应管Q2电流约为20mA到30mA，继电器P1的线圈电流为20mA到30mA，继电器P1控制刹车电机持续转动。

(3)关断：

处理器发出控制信号，三极管Q3的控制信号输入端为低电平，第二场效应管Q2的控制信号输入端为高电平，此时该控制信号为刹车停止信号，此时，三极管Q3截止导致第一场效应管Q1截止，第二场效应管Q2也截止，此时继电器P1的线圈没有电流通过，关闭。

实施例二：

本实用新型还提出一种机器人，本实用新型实施例的机器人包括本实用新型上述任一实施例的一种电机刹车继电器的驱动电路，其具体的实施方式可参照上述实施例，在此不再赘述。

本实施例的机器人刹车继电器的驱动电路不仅能够减少刹车件损伤，而且不易受电磁干扰，工作稳定性高，同时还能够有效监控刹车是否正常工作。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种刹车继电器的驱动电路，其特征在于，包括:

电源，所述电源为直流电源，所述电源为控制单元提供工作电压；

一个继电器P1，所述继电器P1由控制单元控制；

控制单元，包括第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，刹车启动时所述第一场效应管Q1被导通并启动所述继电器P1，刹车保持时所述第二场效应管Q2保持导通并驱动所述继电器P1。

2.根据权利要求1所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述控制单元还包括三极管Q3，三极管Q3的基极被配置为三极管Q3的控制信号输入端，三极管Q3的基极串联电阻R3，电阻R3用于限制输出给三极管Q3基极的电流，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电源连接，同时三极管Q3的集电极与第一场效应管Q1的栅极连接，所述第一场效应管Q1的源极连接所述电源，所述第一场效应管Q1的漏极连接所述继电器P1。

3.根据权利要求2所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述第一场效应管Q1的源极和所述三极管Q3的集电极被配置为输入第一电压。

4.根据权利要求1所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述第二场效应管Q2的栅极被配置为第二场效应管Q2的控制信号输入端，所述第二场效应管Q2的栅极串联电阻R2，电阻R2用于限制输出给第二场效应管Q2的栅极的电流，第二场效应管Q2的源极与电源连接，第二场效应管Q2的漏极连接继电器P1。

5.根据权利要求4所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述第二场效应管Q2的源极被配置为输入第二电压。

6.根据权利要求4所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述第二场效应管Q2的漏极连接稳压二极管D1的阳极，稳压二极管D1的阴极与继电器P1连接。

7.根据权利要求1所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述控制单元还包括处理器，所述处理器用于控制所述第一场效应管Q1和所述第二场效应管Q2。

8.根据权利要求7所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述控制单元还包括：

检测模块，用于检测刹车柱的位置，所述检测模块与所述处理器相连；

报警模块，所述报警模块由所述处理器控制。

9.根据权利要求8所述的刹车继电器的驱动电路，其特征在于：所述检测模块为光电传感器，所述检测模块包括激光发生电路和激光接收电路，所述激光发生电路和激光接收电路之间为刹车柱的行走空间。

10.一种机器人，其特征在于：包括如权利要求1-9任意一项所述的刹车继电器的驱动电路。