CN110471320A - 机器人急停控制电路 - Google Patents

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刘宗敏
敖文刚
张会焱
杨帅
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Abstract

本发明提供一种机器人急停控制电路，其特征在于：包括：急停开关、零类急停电路、一类急停电路、控制电路、驱动器和执行机构，所述急停开关的一端与电源连接，所述急停开关的输出端分别与控制电路输入端和一类急停电路输入端连接，所述一类急停电路的输出端与驱动器的急停端连接，所述驱动器的输出端与所述执行机构连接，所述执行机构的电流检测输出端与所述控制电路的反馈控制输入端连接，所述控制电路的输出端与所述零类急停电路的控制端连接，所述零类急停电路的输入端与电源连接，所述零类急停电路输出端与所述驱动器的电源端连接。本发明提供一种保证急停功能可靠性、对生产效率影响低和对机器人使用寿命基本没影响的机器人急停控制电路。

Description

机器人急停控制电路
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机器人急停控制电路。
背景技术
随着科技的进步，机器人的研究应用领域在不断扩展，但是当机器人出现失控或故障时，如不即刻停止动作容易造成人身伤害和/或设备损坏等不良后果，因此机器人紧急制动，即急停，是备受关注的技术问题。机器人领域的紧急停止方案主要包括零类急停、一类急停以及二类急停。其中，零类急停为用即刻切除机械制动机构动力的办法使机器人停止，可理解为断电急停。一类急停为给机械制动施加动力去完成停止控制并在机器人停止后切除动力的可控停止，可理解为驱动装置急停。二类急停为利用储留动能施加于机械制动机构以控制机器人停止。目前，机器人领域广泛应用零类急停方案或者一类急停方案来控制失控机器人或故障机器人紧急停止，即直接切断机器人驱动器的方式来控制机器人停止，或者让机器人产生制动以达到停止机器人的目的。但现有机器人的驱动装置多采用驱动器，如伺服控制器，但驱动器断电后起动不仅需要时间且功率损耗大，影响生产效率，同时也会导致机器人的使用寿命缩短；直接实施一类急停容易导致急停功能的可靠性不高。
因此，亟需一种新的机器人急停方式以克服现有技术的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种保证急停功能可靠性、对生产效率影响低和对机器人使用寿命基本没影响的机器人急停控制电路。
本发明提供一种机器人急停控制电路，其特征在于：包括：急停开关、零类急停电路、一类急停电路、控制电路、驱动器和执行机构，
所述急停开关的一端与电源连接，所述急停开关的输出端分别与控制电路输入端和一类急停电路输入端连接，所述一类急停电路的输出端与驱动器的急停端子连接，所述驱动器的输出端与所述执行机构连接，所述执行机构的电流检测输出端与所述控制电路的反馈控制输入端连接，所述控制电路的输出端与所述零类急停电路的控制端连接，所述零类急停电路的输入端与电源连接，所述零类急停电路输出端与所述驱动器的电源端连接。
进一步，还包括短路自锁电路，所述短路自锁电路的输入端与电源连接，所述短路自锁电路的输出端分别与所述急停开关和所述零类急停电路的输入端连接。
进一步，还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端与所述急停开关的输出端连接，所述过压保护电路的输出端与所述控制电路的过压控制输入端连接。
进一步，所述控制电路包括MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8、电阻R3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、运算放大器U1和比较器U2，
MOS管Q5的栅极和MOS管Q6的栅极均经电阻R3与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q5的源极与电源连接，MOS管Q6的源极接地，MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的漏极均与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，比较器U2的同相端与电阻R7和电容C3的公共连接点连接，比较器U2的反相端与基准电压连接,比较器U2的输出端与MOS管Q8的栅极连接，MOS管Q8的漏极与MOS管Q7的源极连接，MOS管Q7的漏极与电源连接，电阻R8设置于所述执行机构与所述执行机构的接地端之间，用于采集所述执行机构的电流，运算放大器U1的同相端与电阻R8的非接地端连接，电阻R9的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R9的另一端经电阻R10接地，运算放大器U1的反相端与电阻R9和电阻R10的公共连接点连接，比较器U1的输出端与MOS管Q7的栅极连接，MOS管Q8的源极为所述控制电路的输出都安，所述MOS管Q5为P道沟增强型MOS管，MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8均为N道沟增强型MOS管。
进一步，所述零类急停电路包括MOS管Q9、继电器J1和电阻R11，MOS管Q9的栅极与所述控制电路的输出端连接，MOS管Q9的源极与电源连接，MOS管Q9的漏极与继电器J1的线圈的一端连接，继电器J1的线圈的另一端接地，继电器J1的开关设置于电源与所述驱动器的电源端之间，用于控制驱动器电源端的通断，所述MOS管Q9为P道沟增强型MOS管，继电器J1为得电常闭型继电器。
进一步，所述一类急停电路包括电阻R2，电阻R2的一端与所述急停开关的输出端连接，电阻R2的另一端与所述驱动器的急停端子连接。
进一步，所述短路自锁电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、电容C2和电阻R1，MOS管Q1的源极与电源连接，MOS管Q1的漏极经电阻R1接地，电容C1的一端与电源连接，电容C1的另一端与MOS管Q1的栅极连接，电容C2的一端与电源连接，电容C2的另一端与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的源极与电源连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1和电阻R1的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极与电容C1和MOS管Q1的栅极的公共连接点连接，同时MOS管Q2的漏极为所述短路自锁电路的输出端，其中，MOS管Q1和MOS管Q2均为P道沟增强型MOS管。
进一步，所述过压保护电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管DW1、MOS管Q3和MOS管Q4，电阻R4的一端与所述急停开关的输出端连接，电阻R4的另一端与稳压二极管DW1的负极连接，稳压二极管DW1的正极接地，电阻R5的一端与电阻R4和稳压二极管负极的公共连接点连接，电阻R5的另一端与MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q4的源极与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q4的漏极经电阻R6接地，MOS管Q3的源极与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q3的栅极与MOS管Q4的漏极和电阻R6的公共连接点连接，MOS管Q3的漏极为过压保护电路的输出端，其中，MOS管Q1和MOS管Q2均为P道沟增强型MOS管。
本发明的有益技术效果：本发明将机器人急停的一类急停和另类急停结合，首先一类急停，并在预设时间内接收机器人执行机构的电流反馈信息，如未收到机器人执行机构的电流反馈信息，随即启动零类急停，避免直接采用零类急停措施给生产造成的不良影响同时提高一类急停措施的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的电路结构框图。
图2为本发明的电路结构原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本发明提供的一种机器人急停控制电路，其特征在于：包括：急停开关、零类急停电路、一类急停电路、控制电路、驱动器和执行机构，
所述急停开关的一端与电源连接，所述急停开关的输出端分别与控制电路输入端和一类急停电路输入端连接，所述一类急停电路的输出端与驱动器的急停端子连接，所述驱动器的输出端与所述执行机构连接，所述执行机构的电流检测输出端与所述控制电路的反馈控制输入端连接，所述控制电路的输出端与所述零类急停电路的控制端连接，所述零类急停电路的输入端与电源连接，所述零类急停电路输出端与所述驱动器的电源端连接。如图2所示，急停开关为开关S1，在本实施例中，急停开关S1为常闭型开关，即，在启动急停开关之前，急停开关一直处于闭合状态，启动急停开关后，急停开关醋鱼断开状态。
通过上述技术方案，将机器人急停的一类急停和另类急停结合，首先一类急停，并在预设时间内接收机器人执行机构的电流反馈信息，如未收到机器人执行机构的电流反馈信息，随即启动零类急停，避免直接采用零类急停措施给生产造成的不良影响同时提高一类急停措施的可靠性。
在本实施例中，还包括短路自锁电路，所述短路自锁电路的输入端与电源连接，所述短路自锁电路的输出端分别与所述急停开关和所述零类急停电路的输入端连接。当电路发生短路时，会烧坏机器人的各个控制电路，不利于机器人控制电路的保护，因此本发明中引入短路自锁电路，从而在负载发生短路时，截断电流输出，从而保护机器人，提高机器人的可靠性和稳定性。
在本实施例中，还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端与所述急停开关的输出端连接，所述过压保护电路的输出端与所述控制电路的过压控制输入端连接。所述过压保护电路用于保护控制电路，避免电路过压对控制电路造成损害。
在本实施例中，所述控制电路包括MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8、电阻R3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、运算放大器U1和比较器U2，
MOS管Q5的栅极和MOS管Q6的栅极均经电阻R3与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q5的源极与电源连接，MOS管Q6的源极接地，MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的漏极均与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，比较器U2的同相端与电阻R7和电容C3的公共连接点连接，比较器U2的反相端与基准电压连接,比较器U2的输出端与MOS管Q8的栅极连接，MOS管Q8的漏极与MOS管Q7的源极连接，MOS管Q7的漏极与电源连接，电阻R8设置于所述执行机构与所述执行机构的接地端之间，用于采集所述执行机构的电流，运算放大器U1的同相端与电阻R8的非接地端连接，电阻R9的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R9的另一端经电阻R10接地，运算放大器U1的反相端与电阻R9和电阻R10的公共连接点连接，比较器U1的输出端与MOS管Q7的栅极连接，MOS管Q8的源极为所述控制电路的输出都安，所述MOS管Q5为P道沟增强型MOS管，MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8均为N道沟增强型MOS管。
其工作原理如下：MOS管Q5和MOS管Q6组成非门，在急停开关启动之前，MOS管Q5和MOS管Q6的栅极均为高电平，经MOS管Q5和MOS管Q6组成非门转换未低电平，从而使控制电路不工作，即此时，电路不对电容C3充电，同相端的电压低于基准电压使比较器U2输出低电平从而使MOS管Q8截止；当急停开关启动后，MOS管Q5和MOS管Q6的栅极均为低电平，经MOS管Q5和MOS管Q6组成非门转换为高电平，从而使控制电路工作，此时，电路对电容C3充电，当电容C3两端的电压高于预设的基准电压后，比较器U2输出高电平，从而使MOS管Q8导通；
运算放大器U1、电阻R9和电阻R10组成同相放大电路，用于放大电阻R8两端的电压，并将放大后的电压输出至MOS管Q7，在急停开关启动之前，驱动器驱动执行机构工作，执行机构的电流检测电路R8两端有电流过，为提高电能利用率，将电阻R8的阻值设置为小电阻，使电阻R8两端的电压经运算放大器U1放大后刚好能驱动MOS管Q7导通，即在急停开关启动之前MOS管Q7一直处于导通状态，但在急停开关启动之前MOS管Q8处于截止状态，故控制电路不向外输出控制指令；当急停开关启动时，驱动器切断执行机构的电流，从而使执行及机构停止动作，即电阻R8无电流流过，此时，MOS管Q7截止，MOS管Q8导通，但控制电路不对外输出动作控制信号；但当驱动器在接收道急停开关的急停信号后，为执行急停动作或者执行出现故障，即，发出一类急停信号后，机器人执行机构仍处于动作状态，则MOS管Q7处于导通状态，同时MOS管Q8导通，则控制电路向外输出动作信号，从而从一类急停转为零类急停；
当急停开关启动后，电阻R7、电容C3和比较器U2组成延时电路，本领域技术人员可根据实际的延时需求，设置电容C3的电容量和电阻R7的阻值，当急停开关启动后，延时电路即开始启动，当在延时区间内，为收到机器人执行机构的反馈信息，即启动零类急停操作；如在延时区间内，首都奥机器人执行机构的反馈信息，不启动零类急停操作。将机器人急停的一类急停和另类急停结合，首先一类急停，并在预设时间内接收机器人执行机构的电流反馈信息，如未收到机器人执行机构的电流反馈信息，随即启动零类急停，避免直接采用零类急停措施给生产造成的不良影响同时提高一类急停措施的可靠性。
在本实施例中，所述零类急停电路包括MOS管Q9、继电器J1和电阻R11，MOS管Q9的栅极与所述控制电路的输出端连接，MOS管Q9的源极与电源连接，MOS管Q9的漏极与继电器J1的线圈的一端连接，继电器J1的线圈的另一端接地，继电器J1的开关设置于电源与所述驱动器的电源端之间，用于控制驱动器电源端的通断，所述MOS管Q9为P道沟增强型MOS管，继电器J1为得电常闭型继电器。
其工作原理如下：因继电器J1为得电常闭型继电器，MOS管Q9为P道沟增强型MOS管，当急停开关启动前，因控制电路不工作，所以MOS管Q9的栅极为低电平，即MOS管Q9导通，即继电器J1的线圈一直处于导通状态，即继电器J1的开关一直处于闭合状态，即驱动器的电源端与电源连通；当急停开关启动后，如控制电路向外输出动作信号，即MOS管Q9的栅极因电阻R11得电，抬高MOS管Q9的栅极电压，使MOS管Q9的截止，继电器J1线圈断电，继电器开关动作，断开连接，即驱动器的电源端与电源断开，从而实现零类急停。
在本实施例中，所述一类急停电路包括电阻R2，电阻R2的一端与所述急停开关的输出端连接，电阻R2的另一端与所述驱动器的急停端子连接。在急停开关启动前，驱动器的急停端子一直处于高电平，即驱动器处于正常工作状态，驱动器驱动执行机构动作；当急停开关启动后，驱动器的急停端子从高电平变为低电平，驱动器接收急停信号，并将急停信号传递给执行机构，即切断执行机构的电流，从而实现一类急停。
在本实施例中，所述短路自锁电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、电容C2和电阻R1，MOS管Q1的源极与电源连接，MOS管Q1的漏极经电阻R1接地，电容C1的一端与电源连接，电容C1的另一端与MOS管Q1的栅极连接，电容C2的一端与电源连接，电容C2的另一端与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的源极与电源连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1和电阻R1的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极与电容C1和MOS管Q1的栅极的公共连接点连接，同时MOS管Q2的漏极为所述短路自锁电路的输出端，其中，MOS管Q1和MOS管Q2均为P道沟增强型MOS管，在本实施例中电容C2的电容量远远大于电容C1的电容量，从而使上电之初，MOS管Q2用于先于MOS管Q1导通。
其工作原理如下：上电时，因电容C2大于电容C1，故在C1充满后，电容C2仍处于充电状态，即MOS管Q2的栅极电压处于低电平，MOS管Q2导通，从而向负载供电，当负载短路时，MOS管Q1的栅极的电压被拉低，MOS管Q1导通，电阻R1得电使MOS管Q2的栅极电压升高，MOS管Q2截止，从而短路自锁。
在本实施例中，所述过压保护电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管DW1、MOS管Q3和MOS管Q4，电阻R4的一端与所述急停开关的输出端连接，电阻R4的另一端与稳压二极管DW1的负极连接，稳压二极管DW1的正极接地，电阻R5的一端与电阻R4和稳压二极管负极的公共连接点连接，电阻R5的另一端与MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q4的源极与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q4的漏极经电阻R6接地，MOS管Q3的源极与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q3的栅极与MOS管Q4的漏极和电阻R6的公共连接点连接，MOS管Q3的漏极为过压保护电路的输出端，其中，MOS管Q1和MOS管Q2均为P道沟增强型MOS管。
其工作原理如下：当电压未超过预设电压时，稳压二极管DW1将MOS管Q4的栅极电压钳位在预设电压，MOS管Q4截止，电阻R6不得电，MOS管Q3的栅极电压低，MOS管Q3导通，正常供电；当电压超过预设电压时，稳压二极管DW1将MOS管导通，Q4的栅极电压被迅速拉蒂，MOS管Q4导通，电阻R6得电，MOS管Q3的栅极电压由低变高，MOS管Q3截止，断开供电；从而实现过压保护。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种机器人急停控制电路，其特征在于：包括：急停开关、零类急停电路、一类急停电路、控制电路、驱动器和执行机构，
所述急停开关的一端与电源连接，所述急停开关的输出端分别与控制电路输入端和一类急停电路输入端连接，所述一类急停电路的输出端与驱动器的急停端子连接，所述驱动器的输出端与所述执行机构连接，所述执行机构的电流检测输出端与所述控制电路的反馈控制输入端连接，所述控制电路的输出端与所述零类急停电路的控制端连接，所述零类急停电路的输入端与电源连接，所述零类急停电路输出端与所述驱动器的电源端连接。
2.根据权利要求1所述机器人急停控制电路，其特征在于：还包括短路自锁电路，所述短路自锁电路的输入端与电源连接，所述短路自锁电路的输出端分别与所述急停开关和所述零类急停电路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述机器人急停控制电路，其特征在于：还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端与所述急停开关的输出端连接，所述过压保护电路的输出端与所述控制电路的过压控制输入端连接。
4.根据权利要求1所述机器人急停控制电路，其特征在于：所述控制电路包括MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7、MOS管Q8、电阻R3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、运算放大器U1和比较器U2，
MOS管Q5的栅极和MOS管Q6的栅极均经电阻R3与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q5的源极与电源连接，MOS管Q6的源极接地，MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的漏极均与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，比较器U2的同相端与电阻R7和电容C3的公共连接点连接，比较器U2的反相端与基准电压连接,比较器U2的输出端与MOS管Q8的栅极连接，MOS管Q8的漏极与MOS管Q7的源极连接，MOS管Q7的漏极与电源连接，电阻R8设置于所述执行机构与所述执行机构的接地端之间，用于采集所述执行机构的电流，运算放大器U1的同相端与电阻R8的非接地端连接，电阻R9的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R9的另一端经电阻R10接地，运算放大器U1的反相端与电阻R9和电阻R10的公共连接点连接，比较器U1的输出端与MOS管Q7的栅极连接，MOS管Q8的源极为所述控制电路的输出都安，所述MOS管Q5为P道沟增强型MOS管，MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8均为N道沟增强型MOS管。
5.根据权利要求1所述机器人急停控制电路，其特征在于：所述零类急停电路包括MOS管Q9、继电器J1和电阻R11，MOS管Q9的栅极与所述控制电路的输出端连接，MOS管Q9的源极与电源连接，MOS管Q9的漏极与继电器J1的线圈的一端连接，继电器J1的线圈的另一端接地，继电器J1的开关设置于电源与所述驱动器的电源端之间，用于控制驱动器电源端的通断，所述MOS管Q9为P道沟增强型MOS管，继电器J1为得电常闭型继电器。
6.根据权利要求1所述机器人急停控制电路，其特征在于：所述一类急停电路包括电阻R2，电阻R2的一端与所述急停开关的输出端连接，电阻R2的另一端与所述驱动器的急停端子连接。
7.根据权利要求2所述机器人急停控制电路，其特征在于：所述短路自锁电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、电容C2和电阻R1，MOS管Q1的源极与电源连接，MOS管Q1的漏极经电阻R1接地，电容C1的一端与电源连接，电容C1的另一端与MOS管Q1的栅极连接，电容C2的一端与电源连接，电容C2的另一端与MOS管Q2的栅极连接，MOS管Q2的源极与电源连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q1和电阻R1的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极与电容C1和MOS管Q1的栅极的公共连接点连接，同时MOS管Q2的漏极为所述短路自锁电路的输出端，其中，MOS管Q1和MOS管Q2均为P道沟增强型MOS管。
8.据权利要求3所述机器人急停控制电路，其特征在于：所述过压保护电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管DW1、MOS管Q3和MOS管Q4，电阻R4的一端与所述急停开关的输出端连接，电阻R4的另一端与稳压二极管DW1的负极连接，稳压二极管DW1的正极接地，电阻R5的一端与电阻R4和稳压二极管负极的公共连接点连接，电阻R5的另一端与MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q4的源极与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q4的漏极经电阻R6接地，MOS管Q3的源极与所述急停开关的输出端连接，MOS管Q3的栅极与MOS管Q4的漏极和电阻R6的公共连接点连接，MOS管Q3的漏极为过压保护电路的输出端，其中，MOS管Q1和MOS管Q2均为P道沟增强型MOS管。
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