一种机器人制动保护电路的制作方法

本发明涉及机器人制动保护技术领域，更具体涉及一种机器人制动保护电路。

背景技术：

传统工业机器人制动保护保护电路一般由伺服驱动器自身完成，无需机器人厂家设计，只需要在通过伺服驱动器外接大功率制动电阻实现，而协作机器人一般将伺服驱动与电机以及编码器等封装成一组成关机模组置于机器人手臂上面，因此关机模组空间紧张加上空间布局的限制，所以需要在控制柜中外置制动保护功能模块；传统工业机器人驱动器内部有cpu模块，可以分配一部分资源用于制动保护，控制方案比较灵活，但是还存在一些缺点，例如只监测电流，无法避免高压脉冲对设备损坏；放电电阻阻值大，放电电流小，设备上电后一直放电。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于现有技术的机器人制动保护保护电路无法避免高压脉冲对设备损坏的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种机器人制动保护电路，包括电压监测单元、控制单元和放电单元，所述电压监测单元包括高压监测模块和低压监测模块，所述控制单元包括mos管驱动模块和时钟模块，所述放电单元包括放电模块和风扇；所述高压监测模块与所述时钟模块相连，所述低压监测模块与所述放电模块连接，所述mos管驱动模块与所述时钟模块连接，所述mos管驱动模块还与所述放电模块连接，所述放电模块与所述风扇连接。本申请是整合于一体的模块，发热很集中，通过合理空间布局，与风扇整合于一体，第一时间抽走热量，避免污染控制柜的控制单元，且没有cpu的参与，完全采用硬件模块的实现，较传统工业机器人相比，反应更快。放电电阻阻值较小，设备上电后不会一直放电，只有当电源电压超过设定安全电压时，放电模块才工作，放电电阻放电，限制电源电压值在安全值，电源断电，电压降到设定阈值，加速系统设备电量释放。

优选的，所述高压监测模块包括二极管d1、电阻r1、电阻r2、三极管q1以及电阻r3，所述二极管d1的负极与监测目标连接，监测目标电压为v1；所述二极管d1的正极顺次通过所述电阻r1和电阻r2接地，所述三极管q1的基极接在所述电阻r1与所述电阻r2的连线上，所述三极管q1的发射极接地；所述电阻r3的一端接电源vdd，另一端接所述三极管q1的集电极和所述时钟模块。二极管d1、电阻r1和电阻r2组成分压器，三极管q1为三极管开关，电阻r3为输出上拉电阻。当监测目标电压v1超过安全电压，三极管q1的基极与发射极的电压差vbe增大，大于开启电压，三极管q1导通，输出低电平使能信号，否则输出一直保持高电平。

优选的，所述低压监测模块包括二极管d2、电阻r4、电阻r5、电容c1、三极管q2、led灯d3、电阻r6、二极管d4以及二极管d5，所述二极管d2的负极与所述监测目标连接，监测目标电压为v1，所述二极管d2的正极顺次通过所述电阻r4和电阻r5接地，所述三极管q2的基极接在所述电阻r4和电阻r5的连线上；所述电容c1一端接在所述三极管q2的基极，另一端接在所述电阻r5的接地端；所述三极管q2的发射极接所述led灯d3的正极，所述led灯d3的负极接地；所述三极管q2的集电极接所述电阻r6的一端，所述电阻r6的另一端接所述二极管d2的负极；所述二极管d4的负极接所述电阻r6的一端和所述放电模块，所述二极管d4的正极接所述二极管d5的负极，所述二极管d5的正极接地。当监测目标电压v1高于设定低压，三极管q2的基极电压与发射极电压之差vbe大于开启电压，三极管q2导通，led灯d3亮，输出信号电压约等于led灯d3的二端压降，当监测目标电压v1低于设定低压，三极管q2的基极电压与发射极电压之差vbe小于开启电压，三极管q2截止，监测目标电压v1通过电阻r6、二极管d4和二极管d5形成回路，输出信号电压为二极管d4、二极管d5稳压值之和。

优选的，所述时钟模块包括施密特触发器u1、电容c2、电容c3以及电阻r7，所述施密特触发器u1的第一引脚和第二引脚均接所述电阻r3的另一端，所述施密特触发器u1的第三引脚接所述mos管驱动模块，所述施密特触发器u1的第四引脚与其第九引脚连接，所述电阻r7的一端与所述施密特触发器u1的第四引脚连接，电阻r7的另一端通过所述电容c3接地；所述施密特触发器u1的第五引脚接电源vdd，第六引脚接所述电阻r7的另一端，第七引脚接地，第八引脚接电源vdd；所述施密特触发器u1的第十引脚接所述mos管驱动模块，所述施密特触发器u1的第十四引脚接所述电容c2的一端，所述电容c2的一端接电源vdd，另一端接地。施密特触发器u1的一路与非门与电阻r7、电容c3组成振荡电路，产生固定频率时钟给mos管驱动模块。

优选的，所述施密特触发器u1的型号为hef4093bt。

优选的，所述mos管驱动模块包括移位寄存器u2、电容c4和八路推挽电路即第一推挽电路至第八推挽电路，所述移位寄存器u2的第十六引脚接所述电容c4的一端，所述电容c4的一端接电源vdd，另一端接地；所述移位寄存器u2的第六引脚、第八引脚以及第十四引脚均接地；所述移位寄存器u2的第一引脚和第九引脚均与所述施密特触发器u1的第十引脚连接；所述移位寄存器u2的第十五引脚与所述施密特触发器u1的第三引脚连接；所述第一推挽电路至第八推挽电路分别与所述移位寄存器u2的第十三引脚、第十二引脚、第十一引脚、第二引脚、第五引脚、第四引脚、第三引脚以及第十引脚连接。移位寄存器u2是双串入并出四位移位寄存器，时钟源为时钟模块产生的时钟，以时钟频率对高压监测电路输出信号采样并依次输出，当采到低电平有效放电使能信号，8路io输出以时钟频率依次输出高电平，后续不断定时更新io状态。

优选的，所述移位寄存器u2的型号为hef4015bt。

优选的，每路所述推挽电路均由两个三极管构成，所述第一推挽电路包括三极管q3和三极管q4，所述三极管q3和三极管q4的基极均与所述移位寄存器u2的第十三引脚连接，所述三极管q3的集电极接电源vdd，所述三极管q3的发射极分别与所述三极管q4的发射极以及所述放电模块连接，所述三极管q4的集电极接地。推挽电路，提高驱动能力。

优选的，所述放电模块包括九路放电电路即第一放电电路至第九放电电路，所述第一放电电路与所述低压监测模块连接，所述第二放电电路至所述第九放电电路分别与所述第一推挽电路至第八推挽电路连接，所述第一放电电路至所述第九放电电路均与所述监测目标连接。

优选的，每路所述放电电路均包括一个mos管，二个电阻和二个二极管；所述第一放电电路包括mos管q19、电阻r8和电阻r9、二极管d6以及led灯d7，所述mos管q19的栅极接所述二极管d4的负极，所述mos管q19的源极接地，所述mos管q19的漏极分别接所述二极管d6的正极和所述电阻r9的一端，所述led灯d7的负极接所述电阻r9的一端，所述电阻r9的另一端接所述监测目标，所述led灯d7的正极接所述电阻r8的一端，所述二极管d6的负极接所述电阻r8的另一端，所述电阻r8的另一端接所述监测目标；所述第二放电电路包括mos管q20、电阻r10和电阻r11、二极管d8以及led灯d9，与所述第一放电电路不同的是，所述第二放电电路的mos管q20的栅极接所述三极管q3的发射。放电模块由多路放电电路和风扇组成，风扇用于加快放电电阻热量散发，可根据实际需要缩减放电电路数量，电阻r9为大功率水泥电阻，一端接监测目标电源线，另一端受mos管q19控制。当电压监测单元监测到过高或过低电压，mos管q19的栅极电压mos_driver1为高电平vdd，mos管q19工作在恒流区，mos管q19导通，电阻r9消耗能量，led灯d7亮。监测目标电压v1在正常范围内，mos管q19处于夹断区，监测目标电压v1对地断开。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)提供电压监测单元，实时监测电源高压和低压，当电源电压超过设定安全电压时，放电模块工作，放电电阻放电，限制电源电压值在安全值，电源断电，电压降到设定阈值，加速系统设备电量释放，避免高压脉冲对设备损坏。

(2)提供基于mos管控制的放电单元，放电电阻阻值较小，设备上电后不会一直放电，只有当电源电压超过设定安全电压时，放电模块才工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对发明描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实施例所公开的一种机器人制动保护电路的结构框图；

图2是本发明实施例所公开的一种机器人制动保护电路的高压监测模块的电路原理图；

图3是本发明实施例所公开的一种机器人制动保护电路的低压监测模块的电路原理图；

图4是本发明实施例所公开的一种机器人制动保护电路的时钟模块的电路原理图；

图5是本发明实施例所公开的一种机器人制动保护电路的mos管驱动模块的电路原理图；

图6是本发明实施例所公开的一种机器人制动保护电路的放电模块的电路原理图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种机器人制动保护电路，包括电压监测单元、控制单元和放电单元，所述电压监测单元包括高压监测模块和低压监测模块，所述控制单元包括mos管驱动模块和时钟模块，所述放电单元包括放电模块和风扇；所述高压监测模块与所述时钟模块相连，所述低压监测模块与所述放电模块连接，所述mos管驱动模块与所述时钟模块连接，所述mos管驱动模块还与所述放电模块连接，所述放电模块与所述风扇连接。

如图2所示，所述高压监测模块包括二极管d1、电阻r1、电阻r2、三极管q1以及电阻r3，所述二极管d1的负极与监测目标连接，监测目标电压为v1；所述二极管d1的正极顺次通过所述电阻r1和电阻r2接地，所述三极管q1的基极接在所述电阻r1与所述电阻r2的连线上，所述三极管q1的发射极接地；所述电阻r3的一端接电源vdd，另一端接所述三极管q1的集电极。

如图3所示，所述低压监测模块包括二极管d2、电阻r4、电阻r5、电容c1、三极管q2、led灯d3、电阻r6、二极管d4以及二极管d5，所述二极管d2的负极与所述监测目标连接，监测目标电压为v1，所述二极管d2的正极顺次通过所述电阻r4和电阻r5接地，所述三极管q2的基极接在所述电阻r4和电阻r5的连线上；所述电容c1一端接在所述三极管q2的基极，另一端接在所述电阻r5的接地端；所述三极管q2的发射极接所述led灯d3的正极，所述led灯d3的负极接地；所述三极管q2的集电极接所述电阻r6的一端，所述电阻r6的另一端接所述二极管d2的负极；所述二极管d4的负极接所述电阻r6的一端，所述二极管d4的正极接所述二极管d5的负极，所述二极管d5的正极接地。

如图4所示，所述时钟模块包括施密特触发器u1、电容c2、电容c3以及电阻r7，所述施密特触发器u1的型号为hef4093bt。所述施密特触发器u1的第一引脚和第二引脚均接所述电阻r3的另一端，所述施密特触发器u1的第四引脚与其第九引脚连接，所述电阻r7的一端与所述施密特触发器u1的第四引脚连接，电阻r7的另一端通过所述电容c3接地；所述施密特触发器u1的第五引脚接电源vdd，第六引脚接所述电阻r7的另一端，第七引脚接地，第八引脚接电源vdd；所述施密特触发器u1的第十四引脚接所述电容c2的一端，所述电容c2的一端接电源vdd，另一端接地。

如图5所示，所述mos管驱动模块包括移位寄存器u2、电容c4和八路推挽电路即第一推挽电路至第八推挽电路，所述移位寄存器u2的型号为hef4015bt。所述移位寄存器u2的第十六引脚接所述电容c4的一端，所述电容c4的一端接电源vdd，另一端接地；所述移位寄存器u2的第六引脚、第八引脚以及第十四引脚均接地；所述移位寄存器u2的第一引脚和第九引脚均与所述施密特触发器u1的第十引脚连接；所述移位寄存器u2的第十五引脚与所述施密特触发器u1的第三引脚连接；所述第一推挽电路至第八推挽电路分别与所述移位寄存器u2的第十三引脚、第十二引脚、第十一引脚、第二引脚、第五引脚、第四引脚、第三引脚以及第十引脚连接。每路所述推挽电路均由两个三极管构成，本实施例以第一推挽电路为例对电路连接关系进行描述，第二推挽电路至第八推挽电路与第一推挽电路结构相同，在此不做赘述。所述第一推挽电路包括三极管q3和三极管q4，所述三极管q3和三极管q4的基极均与所述移位寄存器u2的第十三引脚连接，所述三极管q3的集电极接电源vdd，所述三极管q3的发射极接所述三极管q4的发射极，所述三极管q4的集电极接地。

如图6所示，所述放电模块包括九路放电电路即第一放电电路至第九放电电路，所述放电模块可根据实际需要缩减放电电路数量，所述第一放电电路与所述低压监测模块连接，所述第二放电电路至所述第九放电电路分别与所述第一推挽电路至第八推挽电路连接，所述第一放电电路至所述第九放电电路均与所述监测目标连接。每路所述放电电路均包括一个mos管，二个电阻和二个二极管；所述第一放电电路包括mos管q19、电阻r8和电阻r9、二极管d6以及led灯d7，所述mos管q19的栅极接所述二极管d4的负极，所述mos管q19的源极接地，所述mos管q19的漏极分别接所述二极管d6的正极和所述电阻r9的一端，所述led灯d7的负极接所述电阻r9的一端，所述电阻r9的另一端接所述监测目标，所述led灯d7的正极接所述电阻r8的一端，所述二极管d6的负极接所述电阻r8的另一端，所述电阻r8的另一端接所述监测目标；所述第二放电电路包括mos管q20、电阻r10和电阻r11、二极管d8以及led灯d9，与所述第一放电电路不同的是，所述第二放电电路的mos管q20的栅极接所述三极管q3的发射。第三放电电路至第九放电电路结构与第二放电电路相同，在此不做赘述。

本发明的工作过程及工作原理为：高压监测模块中，二极管d1、电阻r1和电阻r2组成分压器，三极管q1为三极管开关，电阻r3为输出上拉电阻。当监测目标电压v1超过安全电压，三极管q1的基极与发射极的电压差vbe增大，大于开启电压，三极管q1导通，输出低电平使能信号，否则输出一直保持高电平。低压监测模块中，当监测目标电压v1高于设定低压，三极管q2的基极电压与发射极电压之差vbe大于开启电压，三极管q2导通，led灯d3亮，输出信号电压约等于led灯d3的二端压降，当监测目标电压v1低于设定低压，三极管q2的基极电压与发射极电压之差vbe小于开启电压，三极管q2截止，监测目标电压v1通过电阻r6、二极管d4和二极管d5形成回路，输出信号电压为二极管d4、二极管d5稳压值之和。

时钟模块的输入信号为高压监测模块的输出，施密特触发器u1的一路与非门与电阻r7、电容c3组成振荡电路，产生固定频率时钟给mos管驱动模块。mos管驱动模块中，移位寄存器u2是双串入并出四位移位寄存器，时钟源为时钟模块产生的时钟，以时钟频率对高压监测电路输出信号采样并依次输出，当采到低电平有效放电使能信号，8路io输出以时钟频率依次输出高电平，后续不断定时更新io状态。每路驱动由二个三极管构成推挽电路，提高驱动能力。

放电模块由多路放电电路和风扇组成，风扇用于加快放电电阻热量散发，可根据实际需要缩减放电电路数量，电阻r9为大功率水泥电阻，一端接监测目标电源线，另一端受mos管q19控制。当电压监测单元监测到过高或过低电压，mos管q19的栅极电压mos_driver1为高电平vdd，mos管q19工作在恒流区，mos管q19导通，电阻r9消耗能量，led灯d7亮。监测目标电压v1在正常范围内，mos管q19处于夹断区，监测目标电压v1对地断开。

通过以上技术方案，本申请提供的一种机器人制动保护电路是整合于一体的模块，发热很集中，通过合理空间布局，与风扇整合于一体，第一时间抽走热量，避免污染控制柜的控制单元，且没有cpu的参与，完全采用硬件模块的实现，较传统工业机器人相比，反应更快。放电电阻阻值较小，设备上电后不会一直放电，只有当电源电压超过设定安全电压时，放电模块才工作，放电电阻放电，限制电源电压值在安全值，电源断电，电压降到设定阈值，加速系统设备电量释放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。