CN114690835A - 一种机器人编码器的供电控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人编码器的供电控制***，利用信号检测电路将机器人编码器的输入电压反馈给控制模块，由控制模块根据机器人编码器的输入电压额定值与输入电压实际值的差值通过调整电源转换控制模块控制编码器电源转换模块的输出电压，直至满足机器人编码器的输入电压需求，能够实时地补偿编码器供电线缆上的压降，解决编码器供电线缆长度影响供电电压的问题，无需预先通过实验对不同长度线缆下需要的输出电压进行选取，对线缆电阻、线缆一致性等因素无要求，且不会因为选择错误导致机器人编码器损坏或无法稳定工作等问题。

Description

一种机器人编码器的供电控制***
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，特别是涉及一种机器人编码器的供电控制***。
背景技术
在工业控制领域，机器人被广泛应用，典型的机器人***包括机器人本体、用于机器人控制的机器人控制***、用于人机交互的示教器和供电电源等。其中位于机器人本体的编码器作为机器人各个关节位置的传感器与伺服驱动模块的控制芯片通信，实时反馈机器人的各个关节的位置，而编码器的电源也由机器人控制***的电源转换控制模块通过线缆提供。给编码器提供正确的供电电压与否决定了编码器能否正常工作。
图1为现有技术中的第一种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；图2为现有技术中的第二种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；图3为现有技术中的第三种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；图4为现有技术中的第四种机器人编码器的供电控制***的结构示意图。
如图1所示，在机器人控制***中，电源管理模块100包括编码器电源转换模块101和其他电源转换模块102，编码器电源转换模块101通过编码器供电线缆为位于机器人本体中的机器人编码器120提供电源，其他电源转换模块102为控制芯110片提供电源，机器人编码器120与机器人控制芯片110连接以反馈编码器信息。这种方案最直接也是目前使用最为广泛的方法。但在实际应用中，由于现场部署需求不同，机器人控制***和机器人本体之间的距离较远(可达几十米)，导致编码器供电线缆的长度随之增加，为了满足机器人编码器120输入电压的需求(如5V供电，精度要求5％)，对编码器供电线缆的电阻要求较为严苛，并且严苛程度随着部署距离的增加而增加，这就带来了线缆直径的增加以及成本的大幅增加。
为了改进图1方案的问题，如图2所示，现有技术中的另一种方案在于将编码器电源转换模块101放在机器人本体中，并且通过电源转换模块201将高于机器人编码器120所需的输入电压的电源通过编码器供电线缆传输给机器人本体，这样避免长距离传输带来的编码器电源电压的降低问题，并且降低了对线缆的电阻的要求，能够降低线缆的直径和成本。但编码器电源转换模块101集成到机器人本体里，对机器人本体的防护等级要求有所提高，也会增加设计复杂度和成本。
如图3所示，现有技术中的另一种方案通过在机器人控制***里设计拨码开关，在电源管理模块100中设置电源转换控制模块302，电源转换控制模块302可以根据拨码开关301或类似装置的输入控制编码器电源转换模块101的输出电压，当编码器供电线缆长度增加时，通过改变拨码开关301或类似装置的状态使得电源转换控制模块302控制编码器电源转换模块101输出更高的电压来补偿编码器供电线缆的压降。这种方法同样降低了对编码器供电线缆的电阻的要求，能够降低线缆直径和成本。但是在设计时需要通过实验对不同长度线缆下需要的输出电压进行选取，带来了设计的复杂度，且对线缆的一致性有一定的要求，若阻抗变化较大可能会使事先选取好的电压不能满足要求，且需要预留拨码开关或类似装置，如选择错误可能会造成机器人编码器120损坏或者无法稳定工作。
如图4所示，现有技术中的另一种方案通过示教器400的人机交互界面供用户设置编码器电源转换模块101的输出电压来匹配机器人供电线缆的长度。其控制逻辑与图3方案类似，且不需要预留拨码开关301或类似装置的位置，但依然存在设计复杂度较高、对线缆一致性有要求、选择错误可能会造成机器人编码器120损坏或者无法稳定工作等问题。
如何解决线缆长度影响供电电压的问题，并且不带来设计复杂度和成本的显著增加的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器人编码器的供电控制***，用于在不带来设计复杂度和成本的显著增加的前提下解决线缆长度影响供电电压的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种机器人编码器的供电控制***，包括：控制模块和信号检测电路；
其中，所述信号检测电路的第一端与机器人编码器的电源输入端连接，所述信号检测电路的第二端与所述控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与电源转换控制模块的第一端连接，所述电源转换控制模块的第二端与编码器电源转换模块连接，所述编码器电源转换模块与所述机器人编码器的电源输入端连接；
所述控制模块用于根据所述信号检测电路的检测结果确定所述机器人编码器的输入电压实际值，并根据所述机器人编码器的输入电压额定值与所述输入电压实际值的差值通过控制所述电源转换控制模块调整所述编码器电源转换模块的输出电压，直至满足所述机器人编码器的输入电压需求。
可选的，所述控制模块具体为机器人控制芯片。
可选的，所述控制模块根据所述机器人编码器的输入电压额定值与所述输入电压实际值的差值通过控制所述电源转换控制模块调整所述编码器电源转换模块的输出电压，直至满足所述机器人编码器的输入电压需求，具体包括：
在机器人***上电后，所述控制模块通过控制所述电源转换控制模块控制所述编码器电源转换模块输出所述输入电压额定值；
在所述输入电压额定值的基础上，所述控制模块每隔预设时间通过控制所述电源转换控制模块控制所述编码器电源转换模块的输出电压增加单位电压值，直至所述输入电压实际值小于所述输入电压额定值且所述输入电压实际值与所述单位电压值之和大于所述输入电压额定值，得到所述编码器电源转换模块的输出电压调整值。
可选的，所述单位电压值具体为所述电源转换控制模块可控制的最小单位电压值。
可选的，所述控制模块还用于记录所述输出电压调整值。
可选的，所述控制模块还用于在控制所述编码器电源转换模块的输出电压为所述输出电压调整值后，控制所述机器人编码器重新上电。
可选的，所述控制模块还用于在控制所述编码器电源转换模块的输出电压为所述输出电压调整值后，定时根据所述输入电压额定值与所述输入电压实际值的差值调整所述编码器电源转换模块的输出电压。
可选的，所述信号检测电路具体包括模数转换器和信号调理电路；
其中，所述信号调理电路的输入端与所述机器人编码器的电源输入端连接，所述信号调理电路的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述控制模块的输入端连接。
可选的，所述信号调理电路具体包括比例调整电路和滤波电路；
其中，所述比例调整电路的输入端与所述机器人编码器的电源输入端连接，所述比例调整电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述模数转换器的输入端连接。
可选的，所述信号调理电路还包括设于所述机器人编码器的电源输入端与所述比例调整电路的输入端之间的保护电路。
本发明所提供的机器人编码器的供电控制***，利用信号检测电路将机器人编码器的输入电压反馈给控制模块，由控制模块根据机器人编码器的输入电压额定值与输入电压实际值的差值通过控制电源转换控制模块调整编码器电源转换模块的输出电压，直至满足机器人编码器的输入电压需求，能够实时地补偿编码器供电线缆上的压降，解决编码器供电线缆长度影响供电电压的问题，无需预先通过实验对不同长度线缆下需要的输出电压进行选取，对线缆电阻、线缆一致性等因素无要求，且不会因为选择错误导致机器人编码器损坏或无法稳定工作等问题。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为现有技术中的第一种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；
图2为现有技术中的第二种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；
图3为现有技术中的第三种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；
图4为现有技术中的第四种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种信号调理电路的电路图；
图7为本发明实施例提供的另一种信号调理电路的电路图；
其中，100为电源管理模块，101为编码器电源转换模块，102为其他电源转换模块，110为机器人控制芯片，120为机器人编码器，201为电源转换单元，301为拨码开关，302为电源转换控制模块，400为示教器，510为控制模块，520为信号检测电路。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种机器人编码器的供电控制***，用于在不带来设计复杂度和成本的显著增加的前提下解决线缆长度影响供电电压的问题。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
图5为本发明实施例提供的一种机器人编码器的供电控制***的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种信号调理电路的电路图；图7为本发明实施例提供的另一种信号调理电路的电路图。
如图5所示，本发明实施例提供的机器人编码器120的供电控制***包括：控制模块510和信号检测电路520；
其中，信号检测电路520的第一端与机器人编码器120的电源输入端连接，信号检测电路520的第二端与控制模块510的输入端连接，控制模块510的输出端与电源转换控制模块302的第一端连接，电源转换控制模块302的第二端与编码器电源转换模块101连接，编码器电源转换模块101与机器人编码器120的电源输入端连接；
控制模块510用于根据信号检测电路520的检测结果确定机器人编码器120的输入电压实际值，并根据机器人编码器120的输入电压额定值与输入电压实际值的差值通过控制电源转换控制模块302调整编码器电源转换模块101的输出电压，直至满足机器人编码器120的输入电压需求。
在具体实施中，控制模块510可以采用机器人控制芯片110。通过电源管理模块100中的其他电源转换模块102为控制模块510提供电源，控制模块510除了接收机器人编码器120反馈的编码器信息外，还通过信号检测电路520与机器人编码器120的电源输入端连接，进而通过控制控制模块510后顺次连接的电源转换控制模块302和编码器电源转换模块101调整对机器人编码器120的输入电压。通过在控制模块510中预先写入编码器电压调节脚本，实现控制模块510对机器人编码器120输入电压的调节功能。
信号检测电路520需实现将机器人编码器120的输入电压这个模拟信号转换为控制模块510可以接受的数字信号的模数转换器。在实际应用中，若控制模块510(如机器人控制芯片110)中包含模数转换器，可以直接采用控制模块510中的模数转换器进行信号转换；若控制模块510中不包含模数转换器，则需要采用机器人控制***中预留的模数转换器或增设模数转换器。
优选的，信号检测电路520具体包括模数转换器和信号调理电路；其中，信号调理电路的输入端与机器人编码器120的电源输入端连接，信号调理电路的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与控制模块510的输入端连接。通过信号调理电路对机器人编码器120的输入电压信号进行处理，提高反馈给控制模块510的信号的质量，降低信号波动所带来的误控制等问题。
进一步的，信号调理电路具体可以包括比例调整电路和滤波电路；其中，比例调整电路的输入端与机器人编码器120的电源输入端连接，比例调整电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端与模数转换器的输入端连接。在此基础上，信号调理电路还可以包括设于机器人编码器120的电源输入端与比例调整电路的输入端之间的保护电路。
如图6所示，在本发明实施例提供的一种信号调理电路中，保护电路可以采用瞬态电压抑制二极管TVS1搭建，比例调整电路可以采用电阻R1和电阻R2分压的形式来实现信号的比例缩小，滤波电路可以采用电阻R3和电容C1构成一阶无源低通滤波器。具体的，瞬态电压抑制二极管TVS1的第一端分别与机器人编码器120的电源输入端及电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端分别与电阻R2的第一端与电阻R3的第二端连接，电阻R2的第二端接地，电阻R3的第二端分别与模数转换器的输入端及电容C1的第一端连接，电容C1的第二端接地。
如图7所示，在本发明实施例提供的另一种信号调理电路中，保护电路可以采用防护能力更强的气体放电管GDT1、电阻R4和瞬态电压抑制二极管TVS2搭建，比例调整电路采用与运算放大器U1A和电阻R5、R6、R7、R8构成典型的差动放大电路实现信号的偏置和比例调整，滤波电路采用运算放大器U2A、电阻R9、电阻R10和电容C2构成一阶有源低通滤波器。具体的，气体放电管GDT1的第一端与电阻R4的第一端及机器人编码器120的电压输入端连接，电阻R4的第二端与瞬态电压抑制二极管TVS2的第一端及电阻R7的第一端连接，瞬态电压抑制二极管TVS2的第二端接地，电阻R7的第二端与运算放大器U1A的正极输入端及电阻R8的第一端连接，电阻R8的第二端接地，电阻R5的第一端接收参考电压信号VREF，电阻R5的第二端与运算放大器U1A的负极输入端及电阻R6的第一端连接，电阻R6的第二端与运算放大器U1A的输出端及电阻R9的第一端连接，电阻R9的第二端与运算放大器U2A的正极输入端及电容C1的第一端连接，电容C1的第二端接地，电阻R10的第一端与运算放大器U2A的负极输入端连接，电阻R10的第二端与运算放大器U2A的输出端及模数转换器的输入端连接。
本发明实施例提供的机器人编码器的供电控制***，利用信号检测电路将机器人编码器的输入电压反馈给控制模块，由控制模块根据机器人编码器的输入电压额定值与输入电压实际值的差值通过控制电源转换控制模块调整编码器电源转换模块的输出电压，直至满足机器人编码器的输入电压需求，能够实时地补偿编码器供电线缆上的压降，解决编码器供电线缆长度影响供电电压的问题，无需预先通过实验对不同长度线缆下需要的输出电压进行选取，对线缆电阻、线缆一致性等因素无要求，且不会因为选择错误导致机器人编码器损坏或无法稳定工作等问题。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的机器人编码器的供电控制***中，控制模块510根据机器人编码器120的输入电压额定值与输入电压实际值的差值通过控制电源转换控制模块302调整编码器电源转换模块101的输出电压，直至满足机器人编码器120的输入电压需求，具体可以包括：
在机器人***上电后，控制模块510通过控制电源转换控制模块302控制编码器电源转换模块101输出输入电压额定值；
在输入电压额定值的基础上，控制模块510每隔预设时间通过控制电源转换控制模块302控制编码器电源转换模块101的输出电压增加单位电压值，直至输入电压实际值小于输入电压额定值且输入电压实际值与单位电压值之和大于输入电压额定值，得到编码器电源转换模块101的输出电压调整值。
在具体实施中，可以以机器人编码器120的输入电压额定值为编码器电源转换模块101输出的初始电压U0。基于信号检测电路520的反馈，控制模块510可以每隔预设时间t将编码器电源转换模块101的输出电压增加单位电压值u(为保证调节精度，参考电压转换控制模块302的分辨率来设置单位电压值u，即单位电压值u具体可以为电源转换控制模块302可控制的最小单位电压值)，并记录此时的采样值Si(i＝0,1，……S0为首次采样获取到的输入电压实际值)，直至采样得到的输入电压实际值满足Sn≤U0且Sn+1≥U0，得到当前编码器电源转换模块101的输出电压U0+nu作为输出电压调整值。
为便于重复利用，控制模块510还记录输出电压调整值。
有些机器人编码器120在输入电压不符合要求时会进入报错状态，无法正常工作，因此控制模块510在控制编码器电源转换模块101的输出电压为输出电压调整值后，控制机器人编码器120重新上电，以激活机器人编码器120。
进一步的，在机器人***正常工作后，控制模块510还用于在控制编码器电源转换模块101的输出电压为输出电压调整值后，定时根据输入电压额定值与输入电压实际值的差值调整编码器电源转换模块101的输出电压，保证机器人编码器120的供电准确性。
以上对本发明所提供的一种机器人编码器的供电控制***进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种机器人编码器的供电控制***，其特征在于，包括：控制模块和信号检测电路；
其中，所述信号检测电路的第一端与机器人编码器的电源输入端连接，所述信号检测电路的第二端与所述控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与电源转换控制模块的第一端连接，所述电源转换控制模块的第二端与编码器电源转换模块连接，所述编码器电源转换模块与所述机器人编码器的电源输入端连接；
所述控制模块用于根据所述信号检测电路的检测结果确定所述机器人编码器的输入电压实际值，并根据所述机器人编码器的输入电压额定值与所述输入电压实际值的差值通过控制所述电源转换控制模块调整所述编码器电源转换模块的输出电压，直至满足所述机器人编码器的输入电压需求。
2.根据权利要求1所述的供电控制***，其特征在于，所述控制模块具体为机器人控制芯片。
3.根据权利要求1所述的供电控制***，其特征在于，所述控制模块根据所述机器人编码器的输入电压额定值与所述输入电压实际值的差值通过控制所述电源转换控制模块调整所述编码器电源转换模块的输出电压，直至满足所述机器人编码器的输入电压需求，具体包括：
在机器人***上电后，所述控制模块通过控制所述电源转换控制模块控制所述编码器电源转换模块输出所述输入电压额定值；
在所述输入电压额定值的基础上，所述控制模块每隔预设时间通过控制所述电源转换控制模块控制所述编码器电源转换模块的输出电压增加单位电压值，直至所述输入电压实际值小于所述输入电压额定值且所述输入电压实际值与所述单位电压值之和大于所述输入电压额定值，得到所述编码器电源转换模块的输出电压调整值。
4.根据权利要求3所述的供电控制***，其特征在于，所述单位电压值具体为所述电源转换控制模块可控制的最小单位电压值。
5.根据权利要求3所述的供电控制***，其特征在于，所述控制模块还用于记录所述输出电压调整值。
6.根据权利要求3所述的供电控制***，其特征在于，所述控制模块还用于在控制所述编码器电源转换模块的输出电压为所述输出电压调整值后，控制所述机器人编码器重新上电。
7.根据权利要求3所述的供电控制***，其特征在于，所述控制模块还用于在控制所述编码器电源转换模块的输出电压为所述输出电压调整值后，定时根据所述输入电压额定值与所述输入电压实际值的差值调整所述编码器电源转换模块的输出电压。
8.根据权利要求1所述的供电控制***，其特征在于，所述信号检测电路具体包括模数转换器和信号调理电路；
其中，所述信号调理电路的输入端与所述机器人编码器的电源输入端连接，所述信号调理电路的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述控制模块的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的供电控制***，其特征在于，所述信号调理电路具体包括比例调整电路和滤波电路；
其中，所述比例调整电路的输入端与所述机器人编码器的电源输入端连接，所述比例调整电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述模数转换器的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的供电控制***，其特征在于，所述信号调理电路还包括设于所述机器人编码器的电源输入端与所述比例调整电路的输入端之间的保护电路。
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CN117329454A (zh) * 2023-09-11 2024-01-02 深圳市博铭维技术股份有限公司 管网检测方法、装置、终端设备以及存储介质

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