CN218630548U - 机器人制动系统及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人技术领域，特别是涉及一种机器人制动系统及机器人。该机器人制动系统包括控制模块、紧急制动触发单元、驱动模块、上开关管组以及下开关管组；所述紧急制动触发单元连接所述控制模块，所述控制模块连接所述驱动模块；所述上开关管组和所述下开关管组的输入端均连接所述驱动模块，所述上开关管组和所述下开关管组的输出端用于连接所述电机；所述控制模块用于在所述控制模块处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，控制所述上开关管组断开以及控制所述下开关管组导通。本实用新型中，在无需添加继电器的情况下，即可实现驱动电机的制动功能，降低了机器人的制造成本。

Description

机器人制动系统及机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，特别是涉及一种机器人制动系统及机器人。

背景技术

随着自动化技术和人工智能技术的发展，智能机器人的需求越来越广泛。其中，服务类的智能机器人可能会经常需要在人群密集、过道狭窄、障碍物阻挡等场景下移动，此时，机器人需要保持良好的制动功能，以保证机器人能够及时进行制动。并且，机器人出现故障时，也需要进行紧急制动，以保护机器人的电机电路。

现有技术中，机器人的制动电路通常是在电机的三相线和驱动器之间设置继电器，当机器人发生紧急情况时，通过控制继电器的通断来使电机三相线发生短路，从而产生制动力矩。但是，在电机的三相线和驱动器之间设置继电器的方式，增加了机器人的制造成本。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中机器人紧急制动方式增加了机器人制动电路的制造成本等技术问题，提供了一种机器人制动系统及机器人。

鉴于以上技术问题，本实用新型实施例提供一种机器人制动系统，用于与电机连接，所述机器人制动系统包括控制模块、紧急制动触发单元、驱动模块、上开关管组以及下开关管组；所述紧急制动触发单元连接所述控制模块，所述控制模块连接所述驱动模块；所述上开关管组和所述下开关管组的输入端均连接所述驱动模块，所述上开关管组和所述下开关管组的输出端用于连接所述电机；

所述控制模块用于在所述控制模块处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，控制所述上开关管组断开以及控制所述下开关管组导通。

可选地，所述控制模块包括主控制单元和逻辑控制单元，所述主控制单元连接所述逻辑控制单元的第一输入端，所述紧急制动触发单元连接所述逻辑控制单元的第二输入端，所述逻辑控制单元的输出端连接在所述主控制单元与所述驱动模块之间；

所述逻辑控制单元用于在所述主控制单元处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，输出关断信号以阻断所述主控制单元输出的第一驱动信号到达所述驱动模块，从而使得所述上开关管组断开；

所述主控制单元用于在所述主控制单元处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，直接输出第二驱动信号至所述驱动模块使所述下开关管组导通。

可选地，所述逻辑控制单元包括三态输出门和逻辑电路，所述紧急制动触发单元连接所述逻辑电路的第二输入端，所述主控制单元连接所述逻辑电路的第一输入端，所述逻辑电路的输出端连接所述三态输出门的输入端，所述三态输出门的输出端连接在所述主控制单元与所述驱动模块之间；

所述逻辑电路用于在所述主控制单元处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，向所述三态输出门发送状态信息，所述三态输出门根据接收到的所述状态信息输出所述关断信号。

可选地，所述逻辑控制单元为与门芯片或与非门芯片。

可选地，所述主控制单元包括控制芯片，所述驱动模块包括驱动芯片，所述控制芯片的第一输出端连接所述三态输出门的输入端，所述三态输出门的输出端连接所述驱动芯片的第一输入端，所述控制芯片的第二输出端连接所述驱动芯片的第二输入端，所述驱动芯片的输出端连接所述上开关管组和所述下开关管组。

可选地，所述紧急制动触发单元包括急停控制开关，所述急停控制开关连接所述控制模块。

可选地，所述紧急制动触发单元还包括用于检测所述电机的电流的电流触发器，所述电流触发器连接所述控制模块。

可选地，所述上开关组和所述下开关组为场效应管或者三极管。

可选地，所述上开关组和所述下开关组为场效应管，所述机器人制动系统还包括直流电源，所述直流电源的正极连接所述上开关管组的漏极，所述直流电源的负极连接所述下开关管组的源极。

本实用新型另一实施例还提供了一种机器人，包括上述的机器人制动系统和电机，所述机器人制动系统与所述电机连接。

本实用新型中，所述紧急制动触发单元连接所述控制模块，所述控制模块连接所述驱动模块；所述上开关管组和所述下开关管组的输入端均连接所述驱动模块，所述上开关管组和所述下开关管组的输出端用于连接电机。当所述紧急制动触发单元未被紧急触发，且所述控制模块处于正常工作状态时，所述控制模块通过所述驱动模块控制所述上开关管组和所述下开关管组导通或关断；当所述紧急制动触发单元被紧急触发和/或所述控制模块处于非正常工作状态时，所述控制模块通过所述驱动模块控制所述上开关管组全部断开以及控制所述下开关管组全部导通，此时电机的三相线短接，电机内部产生制动力矩，迫使电机停止转动。本实用新型中，所述机器人制动系统通过所述上开关管组和所述下开关管组即可实现电机的正常转动，也可以实现电机的紧急制动，也即，在无需添加继电器的情况下，即可实现电机的制动功能，降低了机器人的制造成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一实施例提供的机器人制动系统的示意图；

图2是本实用新型另一实施例提供的机器人制动系统的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、控制模块；11、主控制单元；12、逻辑控制单元；121、三态输出门；122、逻辑电路；13、直流电源；2、紧急制动触发单元；21、急停控制开关；22、电流触发器；3、驱动模块；31、U相线；32、V相线；33、W相线；4、上开关管组；41、第一上开关管；42、第二上开关管；43、第三上开关管；5、下开关管组；51、第一下开关管；52、第二下开关管；53、第三下开关管；6、电机。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”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，仅是是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一实施提供的机器人制动系统，用于与电机6连接，所述机器人制动系统包括控制模块1、紧急制动触发单元2、驱动模块3、上开关管组4以及下开关管组5；所述紧急制动触发单元2连接所述控制模块1，所述控制模块1连接所述驱动模块3；所述上开关管组4和所述下开关管组5的输入端均连接所述驱动模块3，所述上开关管组4和所述下开关管组5的输出端用于连接所述电机6。可以理解地，所述紧急制动触发单元2可以为安装在机器人本体上的开关按钮(该开关按钮被触发时，将发出紧急制动信号)，也可以为感应器(该感应器感应到机器人需要紧急制动时，该感应器将会发出紧急制动信号)。

所述控制模块1用于在所述控制模块1处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元2被触发时，控制所述上开关管组4断开以及控制所述下开关管组5导通。其中，所述控制模块1通过所述驱动模块3来控制所述上开关管组4断开以及控制所述下开关管组5导通，以达到制动所述电机6的技术效果。

该机器人制动系统的工作原理为：当所述紧急制动触发单元2未被触发以及所述控制模块1处于正常工作状态时，所述控制模块1根据其内部程序通过控制所述上开关管组4和所述下开关管组5的导通或关断，来控制电机6的转速、输出力矩等，从而使电机6正常转动。当紧急制动触发单元2被触发和/或控制模块1处于非正常工作状态时，控制模块1通过驱动模块3来控制上开关管组4断开以及控制下开关管组5导通，实现电机6的紧急制动。具体的，上开关管组4和下开关管组5的输出端连接电机6的三相线，当上开关管组4全部断开、下开关管组5全部导通时，电机6的三相线短接，电机6的转子剩磁形成了转子旋转磁场，该旋转磁场将切割电机6的定子绕组，并在定子绕组中感应出电动势，由于电机6的三相线短接而使得其定子绕组被短接，会在定子绕组回路中会产生感应电流，该感应电流与旋转磁场的相互作用，将产生制动力矩，迫使转子停止转动，从而实现电机6的制动功能。

本实用新型中，所述机器人制动系统通过所述上开关管组4和所述下开关管组5即可实现驱动模块3的正常转动，也可以实现所述驱动模块3的紧急制动，也即，在无需添加继电器的情况下，即可实现驱动模块3的制动功能，降低了机器人的制造成本。

如图2所示，所述控制模块1包括主控制单元11和逻辑控制单元12，所述主控制单元11连接所述逻辑控制单元12的第一输入端，所述紧急制动触发单元2连接所述逻辑控制单元12的第二输入端，所述逻辑控制单元12的输出端连接在所述主控制单元11与所述驱动模块3之间。可以理解地，所述紧急制动触发单元2可以为设置在机器人本体上的多个紧急制动按钮等。

当紧急制动触发单元2被触发时，会生成紧急触发信号，并将该紧急触发信号发送至逻辑控制单元12。当主控制单元11处于非正常工作状态时，如主控制单元11出现短路等情况时，主控制单元11也会生成紧急触发信号，并将该紧急触发信号发送至逻辑控制单元2。逻辑控制单元2接收到该紧急触发信号后，会输出关断信号以阻断主控制单元11输出的第一驱动信号到达驱动模块3，从而使得上开关管组5全部断开。并且，当主控制单元11处于非正常工作状态和/或紧急制动触发单元2被触发时，主控制单元11会直接输出第二驱动信号至驱动模块3使下开关管组5全部导通。由于紧急触发信号可以由所述主控制单元11在机器人发生故障时自动生成，也可以由所述紧急制动触发单元2被按下时生成，可更好的实现机器人的故障保护和紧急制动功能。

进一步地，当所述紧急制动触发单元2没有被触发，且所述主控制单元11处于正常工作状态时，所述主控制单元11会根据其内部程序来控制所述上开关管组4和所述下开关管组5的导通或关断，从而控制电机6的转速、输出力矩等，使电机6正常工作。需要说明的是，电机6正常工作时，上开关管组4的多个开关管不一定要求同时导通或同时关断，下开关管组5的多个开关管也不一定要求同时导通或同时关断，但是，相互串联的上开关管和下开关管不能同时导通或同时关断。例如，若第一上开关管41与第一下开关管51相互串接，当第一上开关管41关断时，第一下开关管51导通。本申请的主控制单元11根据其内部程序，控制上开关管组4与下开关管组5中导通的开关管的数量，以及控制不同位置的开关管的导通或关断，可使电机6具有不同的转速。本实用新型中，所述主控制单元11和所述逻辑控制单元12的设计，提高了该机器人制动系统制动和运行的准确性。

在一实施例中，如图2所示，所述逻辑控制单元12包括三态输出门121和逻辑电路122，所述紧急制动触发单元2连接所述逻辑电路122的第二输入端，所述主控制单元11连接所述逻辑电路122的第一输入端，所述逻辑电路122的输出端连接所述三态输出门121的输入端，所述三态输出门121的输出端连接在所述主控制单元11与所述驱动模块3之间。

其中，当主控制单元11处于非正常工作状态和/或紧急制动触发单元2被触发时，会生成紧急触发信号，并将该紧急触发信号发送至逻辑电路122。逻辑电路122接收到该紧急触发信号后，会向所述三态输出门121发送状态信息，该状态信息可以为高电平信息、低电平信息或高阻态信息。三态输出门121根据接收到的状态信息向主控制单元11不使能，此时三态输出门121会输出关断信号以阻断主控制单元11输出的第一驱动信号到达驱动模块3。

当主控制单元11处于正常工作状态及紧急制动触发单元2未被触发时，三态输出门121使能，主控制单元11输出的第一驱动信号能够到达驱动模块3。作为优选，逻辑电路122可以为与门电路或与非门电路，且所述三态输出门121包括但不限于74LVC244。

在图2所示的实施例中，逻辑电路122为与非门电路，当所述主控制单元11输入到所述逻辑电路122中为高电平，且所述紧急制动触发单元2输入到所述逻辑电路122中均为高电平时(也即，所述主控制单元11正常工作，所述紧急制动触发单元2未被紧急触发时)，所述逻辑电路122向所述三态输出门121输出低电平信息，此时所述三态输出门121使能，主控制单元11输出的第一驱动信号能够到达驱动模块3，电机6正常工作。当所述主控制单元11处于非正常工作状态而向逻辑电路122输入低电平，或所述急紧急制动触发单元2向逻辑电路122输入低电平时(也即，所述主控制单元11处于非正常工作状态，或所述紧急制动触发单元2被紧急触发时)，一方面，所述逻辑电路122接收到该低电平后，向所述三态输出门121输出高电平信息，此时三态输出门121不使能，所述三态输出门121向所述主控单元11和所述驱动模块3之间输出阻断信号，以阻断所述主控单元11向所述驱动模块3输入的第一驱动信号，此时所述驱动模块3将驱动所述上开关管组4全部关断；另一方面，所述主控制单元11还可以直接向所述驱动模块3输入第二驱动信号，所述驱动模块3将驱动所述下开关管组5全部导通，从而实现电机6的紧急制动。本实用新型中，所述三态输出门121和所述逻辑电路122的设计，提高了机器人制动系统中制动信号的传输速率，保证了机器人紧急制动的技术效果。

在一实施例中，如图2所示，所述主控制单元11包括控制芯片，所述驱动模块3包括驱动芯片，所述控制芯片的第一输出端连接所述三态输出门121的输入端，所述三态输出门121的输出端连接所述驱动芯片的第一输入端，所述控制芯片的第二输出端连接所述驱动芯片的第二输入端，所述驱动芯片的输出端连接所述上开关管组4和所述下开关管组5。作为优选，所述控制芯片为MCU(Microcontroller Unit，为主控制单元11，也可称为单片机等)，且所述控制芯片包括但不限于MCU，亦可以为CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等。可以理解地，所述控制芯片为所述驱动芯片的上位机，且所述控制芯片接收到所述紧急制动触发单元2和所述控制芯片自身产生的紧急触发信号后，可以通过所述驱动芯片来控制所述上开关管组4和所述下开关管组5的通断，进而实现电机6的正常运转以及紧急制动功能。本实用新型中，所述控制芯片和所述驱动芯片的设计，提高了该机器人制动系统制动和运行的准确定。

在一实施例中，如图2所示，所述紧急制动触发单元2包括急停控制开关21，所述急停控制开关21连接所述控制模块1。可以理解地，所述急停控制开关21连接所述逻辑电路122的第二输入端，所述急停控制开关21为安装在机器人本体上的开关按钮，通过按下该急停控制开关21即可生成紧急触发信号，所述控制模块1根据所述紧急触发信号通过所述驱动模块3来控制所述上开关管组4全部断开，以及控制所述下开关管组5全部导通，进而控制所述电机6实现紧急制动功能。本实用新型中，所述急停控制开关21的设计，保证了机器人的正常运行。

在一实施例中，如图2所示，所述紧急制动触发单元2还包括用于检测流经所述电机6的电流大小的电流触发器22，所述电流触发器22连接所述控制模块1。可以理解地，所述电流触发器22连接所述逻辑电路122的第二输入端(所述逻辑电路122的第二入端可以根据实际需求设置为多个，电流触发器22与急停控制开关21分别连接在逻辑电路122不同的第二输入端上)，所述电流触发器22可以根据所述电机6三相线中的电流大小来判断是否生成所述紧急触发信号，当所述电机6三相线中的电流较大时，所述电流触发器22即可生成紧急触发信号，所述控制模块1根据所述紧急触发信号通过所述驱动模块3来控制所述上开关管组4全部关断，以及控制所述下开关管组5全部导通，进而控制所述电机6实现紧急制动功能。本实用新型中，所述急停控制开关21的设计，保证了机器人的正常运行。本实用新型中，电流触发器22的设置，避免了电机6中电流过大时，所造成的损坏电机6内部元器件的事故，从而延长了该机器人制动系统的使用寿命。

在图2所示的实施例中，当所述控制芯片111、所述急停控制开关21、以及所述电流触发器22输入到所述与逻辑电路122中均为高电平时(也即，所述控制芯片111正常工作，所述急停控制开关21未被紧急触发，且所述电流触发器22检测到所述驱动模块3的电流正常时)，所述逻辑电路122向所述三态输出门121输出低电平信号，此时所述三态输出门121使能，驱动模块3通过控制所述上开关管组4和所述下开关管组5的导通或关断，使电机6的正常转动。当所述控制芯片111、所述急停控制开关21以及所述电流触发器22三者中的任意一个输入低电平时(也即，所述控制芯片111处于非正常工作状态，或所述急停控制开关21被紧急触发，或所述电流触发器22检测到所述电机6的电流过大时)，一方面，所述逻辑电路122接收到该低电平后，向所述三态输出门121输出高电平信息，此时所述三态输出门121不使能，三态输出门121向所述主控单元11和所述驱动模块3之间输出阻断信号，以阻断所述主控单元11向所述驱动模块3输入的第一驱动信号，此时所述驱动模块3使所述上开关管组4全部关断；另一方面，所述主控制单元11还可以直接向所述驱动模块3输入第二驱动信号，所述驱动模块3使所述下开关管组5全部导通。

所述上开关管组4和所述下开关管组5可以为场效应管或者三极管。在图2所示实施例中，所述电机6包括U相线31、V相线32以及W相线33，所述上开关管组4和所述下开关管组5均为场效应管。

具体的，所述上开关管4包括第一上开关管41、第二上开关管42以及第三上开关管43，所述下开关管组5包括第一下开关管51、第二下开关管52以及第三下开关管53。

所述第一上开关管41的栅极连接所述驱动模块1，所述第一上开关管41的源极连接所述第一下开关管51的漏极，所述第一下开关管51的栅极连接所述驱动模块1。

所述第二上开关管42的栅极连接所述驱动模块1，所述第二上开关管42的源极连接所述第二下开关管52的漏极，所述第二下开关管52的栅极连接所述驱动模块1。

所述第三上开关管43的栅极连接所述驱动模块1，所述第三上开关管43的源极连接所述第三下开关管53的漏极，所述第三下开关管53的栅极连接所述驱动模块1。

所述第一上开关管41的源极、所述第一下开关管51的漏极还用于与所述U相线31连接；所述第二上开关管42的源极、所述第一下开关管52的漏极还用于与所述V相线32连接；所述第三上开关管43的源极、所述第三下开关管53的漏极还用于与所述W相线34连接。

所述控制模块1还包括直流电源13，所述直流电源13的正极连接所述上开关管组4的漏极，所述直流电源13的负极连接所述下开关管组5的源极。具体地，所述直流电源13的正极连接所述第一上开关管41、所述第二上开关管42以及所述第三上开关管43的集电极，所述直流电源13的负极连接所述第一下开关管51、所述第二下开关管52以及所述第三下开关管53的发射极。可以理解地，所述直流电源13可以为所述驱动模块3提供电力，从而保证所述驱动模块3的正常运行。

本实用新型中另一实施例还提供了一种机器人，包括上述的机器人制动系统。

以上仅为本实用新型的机器人制动系统的实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人制动系统，用于与电机连接，其特征在于，所述机器人制动系统包括控制模块、紧急制动触发单元、驱动模块、上开关管组以及下开关管组；所述紧急制动触发单元连接所述控制模块，所述控制模块连接所述驱动模块；所述上开关管组和所述下开关管组的输入端均连接所述驱动模块，所述上开关管组和所述下开关管组的输出端用于连接所述电机；

所述控制模块用于在所述控制模块处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，控制所述上开关管组断开以及控制所述下开关管组导通。

2.根据权利要求1所述的机器人制动系统，其特征在于，所述控制模块包括主控制单元和逻辑控制单元，所述主控制单元连接所述逻辑控制单元的第一输入端，所述紧急制动触发单元连接所述逻辑控制单元的第二输入端，所述逻辑控制单元的输出端连接在所述主控制单元与所述驱动模块之间；

所述逻辑控制单元用于在所述主控制单元处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，输出关断信号以阻断所述主控制单元输出的第一驱动信号到达所述驱动模块，从而使得所述上开关管组断开；

所述主控制单元用于在所述主控制单元处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，直接输出第二驱动信号至所述驱动模块使所述下开关管组导通。

3.根据权利要求2所述的机器人制动系统，其特征在于，所述逻辑控制单元包括三态输出门和逻辑电路，所述紧急制动触发单元连接所述逻辑电路的第二输入端，所述主控制单元连接所述逻辑电路的第一输入端，所述逻辑电路的输出端连接所述三态输出门的输入端，所述三态输出门的输出端连接在所述主控制单元与所述驱动模块之间；

所述逻辑电路用于在所述主控制单元处于非正常工作状态和/或所述紧急制动触发单元被触发时，向所述三态输出门发送状态信息，所述三态输出门根据接收到的所述状态信息输出所述关断信号。

4.根据权利要求3所述的机器人制动系统，其特征在于，所述逻辑控制单元为与门芯片或与非门芯片。

5.根据权利要求3所述的机器人制动系统，其特征在于，所述主控制单元包括控制芯片，所述驱动模块包括驱动芯片，所述控制芯片的第一输出端连接所述三态输出门的输入端，所述三态输出门的输出端连接所述驱动芯片的第一输入端，所述控制芯片的第二输出端连接所述驱动芯片的第二输入端，所述驱动芯片的输出端连接所述上开关管组和所述下开关管组。

6.根据权利要求1所述的机器人制动系统，其特征在于，所述紧急制动触发单元包括急停控制开关，所述急停控制开关连接所述控制模块。

7.根据权利要求1所述的机器人制动系统，其特征在于，所述紧急制动触发单元还包括用于检测所述电机的电流的电流触发器，所述电流触发器连接所述控制模块。

8.根据权利要求1至7任一项所述的机器人制动系统，其特征在于，所述上开关管组和所述下开关管组为场效应管或者三极管。

9.根据权利要求1至7任一项所述的机器人制动系统，其特征在于，所述上开关管组和所述下开关管组为场效应管，所述机器人制动系统还包括直流电源，所述直流电源的正极连接所述上开关管组的漏极，所述直流电源的负极连接所述下开关管组的源极。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的机器人制动系统和电机，所述机器人制动系统与所述电机连接。

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