用于电机的能量管理电路和机械臂系统的制作方法

本发明实施例涉及运动控制，尤其涉及一种用于电机的能量管理电路和机械臂系统。

背景技术：

1、随着运动控制技术的发展，机器人的应用越来越广泛。

2、机器人通常包括多个机械臂，在每个机械臂的关节处通常都配有单独的电机和电机驱动电路以控制关节的运动。关节处的电机发生制动或减速等工况时，会出现反电动势，反电动势叠加到母线上会影响到母线电压的稳定性，且该反电动势不能被充分利用，造成能量的浪费。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于电机的能量管理电路和机械臂系统，以实现提高母线电压的稳定性，充分利用电机减速或制动工况下的反电动势，减少能量的浪费。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种用于电机的能量管理电路，包括检测模块、充电模块、放电模块、储能模块和控制模块；

3、检测模块通过母线与电源电连接，检测模块还与充电模块以及控制模块电连接，用于根据母线上的母线电压向控制模块输出第一检测信号，以及基于母线电压向充电模块输出第一充电电压；母线还与电机驱动电路电连接，电机驱动电路用于对电机进行驱动；

4、充电模块分别与控制模块、储能模块电连接，控制模块用于根据第一检测信号确定母线电压存在过压时，控制充电模块根据第一充电电压对储能模块进行充电；

5、放电模块分别与储能模块以及母线电连接；控制模块还用于根据第一检测信号确定母线电压存在欠压时，控制放电模块将储能模块的储存电能向母线进行释放。

6、可选的，检测模块包括电压检测电路和电压输出电路；电压检测电路分别与母线、控制模块电连接，用于根据母线电压向控制模块输出第一检测信号；电压输出电路分别与电机驱动电路、充电模块电连接，用于根据母线电压向电机驱动电路输出供电电压以及向充电模块输出第一充电电压。

7、可选的，电压检测电路包括分压单元和稳压单元，分压单元连接在母线和第一接地端之间，分压单元用于根据母线电压通过分压输出端输出第一检测信号；稳压单元连接在分压输出端和第一接地端之间。

8、可选的，检测模块还包括母线电流检测电路，母线电流检测电路分别与母线和控制模块电连接，母线电流检测电路用于根据母线上的母线电流向控制模块输出第二检测信号，控制模块还用于根据第二检测信号确定母线电流的大小，并根据母线电流控制充电模块对储能模块的充电电流。

9、可选的，母线电流检测电路包括第一检测电阻、第一放大单元；

10、第一检测电阻串联于母线，第一放大单元连接于第一检测电阻的两端，用于对第一检测电阻的两端的电压进行放大得到放大信号，第二检测信号与放大信号正相关。

11、可选的，母线电流检测电路还包括滤波单元和/或跟随单元，第一放大单元通过滤波单元连接第一检测电阻的两端，第一放大单元的输出端与跟随单元电连接，跟随单元的输出端与控制模块电连接，跟随单元用于对放大信号进行跟随并根据放大信号输出第二检测信号至控制模块。

12、可选的，第一检测电阻包括至少一个毫欧姆级电阻。

13、可选的，电压输出电路包括供电电压输出端、第一充电电压输出端和二极管，供电电压输出端用于输出供电电压，第一充电电压输出端用于输出第一充电电压；供电电压输出端分别与第一检测电阻以及二极管的阳极电连接，二极管的阴极与第一充电电压输出端电连接。

14、可选的，充电模块包括使能控制单元、开关控制单元和第一开关单元；

15、使能控制单元的控制端与控制模块电连接，使能控制单元的第一端与开关控制单元电连接，使能控制单元的第二端与第一接地端电连接；控制模块用于在母线电压过压时向使能控制单元的控制端输出第一使能信号；使能控制单元用于根据第一使能信号向开关控制单元输出第二使能信号；

16、开关控制单元的输出端与第一开关单元电连接，第一开关单元还分别与检测模块的第一充电电压输出端、储能模块和第一接地端电连接，第一充电电压输出端用于输出第一充电电压；开关控制单元用于根据第二使能信号控制第一开关单元的开关状态，以使第一开关单元向储能模块输出恒定的第二充电电压，对储能模块进行充电。

17、可选的，使能控制单元包括第一晶体管，第一晶体管的控制极作为使能控制单元的控制端，第一晶体管的第一极作为使能控制单元的第一端，第一晶体管的第二极作为使能控制单元的第二端。

18、可选的，开关控制单元包括第一输出端和第二输出端，第一开关单元包括第二晶体管、第三晶体管和电感，第二晶体管的控制极与第一输出端电连接，第二晶体管的第一极与充电电压输出端电连接，第二晶体管的第二极与电感的第一端电连接；

19、第三晶体管的控制极与第二输出端电连接，第三晶体管的第一极与电感的第一端电连接，第三晶体管的第二极与第一接地端电连接；

20、开关控制单元用于在接收到第二使能信号时，根据充电电压调整第二晶体管和第三晶体管的导通时间，以使充电模块输出恒定的第二充电电压；其中，第二晶体管和第三晶体管的导通时段不交叠。

21、可选的，用于电机的能量管理电路还包括充放电电流检测模块，充放电电流检测模块包括第二检测电阻和第二放大单元，第二检测电阻连接于第一接地端和第二接地端之间，第二放大单元连接于第二检测电阻的两端，用于将第二检测电阻上的电压进行放大后产生第三检测信号传输至控制模块，控制模块用于根据第三检测信号确定充电电流大于预设电流阈值时，控制减小第一使能信号的输出时间；其中，储能模块包括电池包，第二接地端为连接所述电池包负极的负极连接端。

22、可选的，控制模块还用于根据母线电流调整第一使能信号的输出时长，在设定母线电流范围内，第一使能信号的输出时长与母线电流正相关。

23、可选的，放电模块包括第二开关单元和第三开关单元，第二开关单元的控制端与控制模块电连接，第二开关单元的第一端与检测模块的供电电压输出端电连接，供电电压输出端用于输出供电电压，第二开关单元的第二端与第一接地端电连接；

24、第三开关单元的控制端与第二开关单元的第一端电连接，第三开关单元的第一端与供电电压输出端电连接，第三开关单元的第二端与储能模块电连接；

25、控制模块还用于在母线电压欠压时向第二开关单元发送第一导通控制信号，以使第二开关单元导通后向第三开关单元的控制端传输第二导通控制信号，第三开关单元用于根据第二导通控制信号导通，使储能模块通过放电模块向母线放电。

26、第二方面，本发明实施例还提供了一种机械臂系统，包括至少一个第一方面用于电机的能量管理电路；还包括电源、至少一个电机和至少一个电机驱动电路，电机驱动电路与对应的电机电连接。

27、可选的，电机驱动电路包括连接端，电机驱动电路通过连接端与母线电连接，能量管理电路连接于电源和电机驱动电路的连接端之间的母线；

28、电源与能量管理电路之间的母线的长度，大于能量管理电路与电机驱动电路之间的母线长度。

29、可选的，各电机驱动电路的连接端顺次连接于母线，每一电机驱动电路对应连接于能量管理电路。

30、本发明实施例的用于电机的能量管理电路和机械臂系统，通过测模块可以根据母线电压向控制模块输出第一检测信号，根据第一检测信号可以确定出母线电压存在过压时，控制充电模块根据第一充电电压对储能模块进行充电，使得电机在制动或减速过程中产生的反电动势能够及时存储到储能模块，使得电机在制动或减速过程中母线电压可以保持稳定。控制模块在根据第一检测信号确定母线电压存在欠压时，控制放电模块将储能模块储存的电能释放到母线上，使得电机在加速过程中母线电压依然可以保持稳定。如此，电机在制动或减速过程中产生的反电动势及时被储存在储能模块，并在电机加速过程中释放到母线上，使得电机在制动或减速过程中产生的反电动势被充分利用，减少能量的浪费，并提高了母线电压的稳定性。