一种机器人电池安全协同防护系统及电子设备的制作方法

本技术涉及机器人安全控制，尤其是涉及一种机器人电池安全协同防护系统及电子设备。

背景技术：

1、现有的机器人电池保护技术及整机安全防护体系均为基于稳态、低动态、姿态稳定的传统设备设计，未针对四足或人形机器人的高动态、不稳定、冲击性作业特性进行适配，现有电池管理系统的过流、低压、低电量、过温保护阈值均为出厂固定参数，无法适配足式机器人动态冲击工况，易出现误保护停机或漏保护损伤电芯的问题；且仅设置单一欠压断电保护，无梯度运动限制与姿态兜底逻辑，电量、电压临近阈值时直接切断动力，易造成机器人失稳倾覆，引发设备二次损坏。

2、此外，传统方案中电池防护与机器人运动控制系统相互独立，电池异常时高功耗动作仍可执行，会加剧故障形成恶性循环；现有体系未引入机身姿态、震动冲击判断机制，失衡状态下大功率放电存在起火、短路高危风险；同时保护参数固化需烧录固件修改，无在线配置能力，无法灵活适配多机型、多场景的差异化防护需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种机器人电池安全协同防护系统及电子设备，通过构建由数据采集单元、安全协同决策单元、双路冗余通信单元与运动控制单元构成的电池与运动一体化协同防护架构的机器人电池安全协同防护系统，解决现有机器人电池防护阈值固化引发的误保护与漏保护并存、单一硬断电易造成机器人失稳倾覆、电池监测与运动控制相互割裂加剧故障恶化、缺失姿态联锁防护机制、单通信链路失效即防护中断等技术问题，实现了对机器人的电池电气参数与机身姿态数据交叉联动分级判定、故障梯度约束机器人运动、通信异常时防护功能连续不中断、故障参数恢复后自动解除防护的全流程安全协同防护。

2、本技术实施例提供了一种机器人电池安全协同防护系统，所述系统包括数据采集单元、安全协同决策单元、运动控制单元和双路冗余通信单元；其中，所述安全协同决策单元与所述数据采集单元进行信号连接，所述安全协同决策单元通过所述双路冗余通信单元与所述运动控制单元建立双向通信连接；

3、所述数据采集单元，用于响应于所述机器人电池安全协同防护系统完成上电同步初始化与全链路自检，采集目标机器人设置的锂电池模组对应的电池运行数据，并采集所述目标机器人对应的机身三轴倾斜角度数据；

4、所述安全协同决策单元，用于基于预设的触发阈值、分级防护逻辑和运动约束策略，交叉校验所述电池运行数据与所述机身三轴倾斜角度数据，利用预设的多故障优先级仲裁机制确定所述锂电池模组对应的故障等级判定结果，并输出所述故障等级判定结果对应的防护控制指令；响应于监测到所述电池运行数据与所述机身三轴倾斜角度数据回升至大于或等于预设的退出回滞阈值且回升持续时间大于或等于预设稳定时长，生成并输出防护等级回退指令；

5、所述运动控制单元，用于响应于接收到所述防护控制指令，对所述目标机器人设置的一体化关节单元执行所述防护控制指令对应的约束控制，或响应于接收到所述防护等级回退指令，对所述一体化关节单元执行所述防护等级回退指令对应的解除控制；

6、所述双路冗余通信单元包括工业总线通道与硬接线安全通道；所述硬接线安全通道，用于实时监测所述工业总线通道的主控心跳信号，响应于所述主控心跳的中断时间超过预设中断时长并判定所述工业总线通道失效，独立接管分级防护逻辑，并复刻分级防护策略。

7、进一步的，所述系统还包括阈值存储管理单元；

8、所述阈值存储管理单元内置非易失性存储组件，用于存储所述触发阈值和所述触发阈值对应的所述退出回滞阈值；其中，所述触发阈值和所述退出回滞阈值均支持在线自定义配置和多工况参数模板配置切换；

9、所述触发阈值包括低电量预警阈值、严重低电量保护阈值、单体低压保护阈值、总压低压保护阈值、瞬时峰值过流阈值、持续过流阈值、电芯过温阈值、母线过温阈值、机身倾角预警阈值、机身倾角故障阈值；所述退出回滞阈值包括低电量预警退出阈值、严重低电量保护退出阈值、单体低压保护退出阈值、总压低压保护退出阈值、瞬时峰值过流退出阈值、持续过流退出阈值、电芯过温退出阈值、母线过温退出阈值、机身倾角预警退出阈值、机身倾角故障退出阈值。

10、进一步的，所述故障等级判定结果包括正常作业、一级预警、二级重度故障和终极兜底故障中的一种；

11、所述系统还包括多级电池安全防护单元；所述多级电池安全防护单元集成有所述分级防护逻辑以及所述分级防护逻辑对应的运动约束策略；

12、所述分级防护逻辑包括低电量防护、严重低电量防护、低电压防护、分级过流防护、分级过温防护、分级倾角防护和终极防护；其中，所述分级过流防护包括过流预警防护和持续过流故障防护，所述分级过温防护包括过温预警防护和严重过温故障防护，所述分级倾角防护包括倾角预警防护和倾角故障防护；

13、所述运动约束策略包括一级预警策略、二级重度故障策略和终极兜底策略；其中，所述低电量防护、所述倾角预警防护、所述过流预警防护和所述过温预警防护对应所述一级预警策略；所述严重低电量防护、所述低电压防护、所述持续过流故障防护、所述严重过温故障防护和所述倾角故障防护对应所述二级重度故障策略；所述终极防护对应所述终极兜底策略。

14、进一步的，所述一级预警策略至少包括限功率和限高动态动作中的至少一种，并保留所述目标机器人的基础作业能力；所述二级重度故障策略至少包括锁止移动、强制姿态复位、切断大功率输出中的至少一种；所述终极兜底策略至少包括硬件物理断路并不可逆切断高压；

15、所述二级重度故障策略包括姿态二级故障策略和电气二级重度故障策略；所述多故障优先级仲裁机制包括：所述终极兜底策略优于所述姿态二级故障策略，所述姿态二级故障策略优于所述电气二级重度故障策略，所述电气二级重度故障策略优于所述一级预警策略；

16、其中，当多个运动约束策略同时触发时，第一优先级的所述运动约束策略对应的所述防护控制指令屏蔽第二优先级的所述运动约束策略对应的所述防护控制指令，以避免控制逻辑冲突。

17、进一步的，所述分级过流防护包括瞬时冲击与持续故障的区分识别逻辑；所述区分识别逻辑包括：

18、当所述锂电池模组的峰值放电电流的持续时长在小于或等于第一预设过流时长时，判定所述目标机器人的运动为正常冲击电流，不触发过流防护；

19、当所述锂电池模组的放电电流大于预设持续过流阈值且持续时长大于第二预设过流时长时，判定所述锂电池模组为电流故障，并触发所述分级过流防护。

20、进一步的，所述二级重度故障策略对应的时序执行逻辑包括：

21、锁止所述目标机器人的行走移动动作，并屏蔽所述目标机器人的新增作业指令；控制所述目标机器人趴卧复位或下蹲复位，并在所述趴卧复位或所述下蹲复位保持稳定后，执行大功率放电限制操作；其中，在执行所述时序执行逻辑的过程组，闭环监测所述机身三轴倾斜角度数据，以避免所述趴卧复位或所述下蹲复位的过程失稳。

22、进一步的，所述系统还包括三级硬件断路单元；所述三级硬件断路单元串联于所述锂电池模组的高压输出主回路中；

23、所述三级硬件断路单元包括依次设置的mos预分断回路、高压继电器主回路和热熔保险丝终极回路；所述三级硬件断路单元，用于响应于触发防护失效工况，切断所述高压输出主回路，以实现不可逆对所述锂电池模组的硬件兜底防护。

24、进一步的，所述安全协同决策单元还设置有表征所述系统的第一优先级下的前置防护机制的姿态联锁防护逻辑，所述姿态联锁防护逻辑包括：

25、当所述机身三轴倾斜角度数据大于或等于机身倾角预警阈值时，所述安全协同决策单元减小瞬时峰值过流阈值、持续过流阈值、电芯过温阈值、母线过温阈值，并指令所述运动控制单元仅允许触发低速姿态回正操作；

26、当所述机身三轴倾斜角度数据大于或等于机身倾角故障阈值时，所述安全协同决策单元强制切断所述锂电池模组的大功率输出，并指令所述运动控制单元控制所述目标机器人执行自主姿态回正；若所述目标机器人在预设回正时长内无法回正姿态，则锁止所述目标机器人的运动功能。

27、进一步的，所述安全协同决策单元还设置有执行跨防护类型联动校验机制，所述执行跨防护类型联动校验机制包括：

28、当触发所述低电量防护时，分别减小瞬时峰值过流阈值和持续过流阈值；当触发所述分级过流防护时，减小所述锂电池模组的目标放电倍率值；当同时触发所述分级倾角防护和所述分级过流防护时，切断所述目标机器人的伺服动力输出；其中，当任两类一级预警策略叠加触发时，升级为所述二级重度故障策略。

29、本技术实施例还提供了一种机器人电池安全协同防护方法，所述方法应用于如上述的机器人电池安全协同防护系统，所述方法包括：

30、所述数据采集单元响应于所述机器人电池安全协同防护系统完成上电同步初始化与全链路自检，采集目标机器人设置的锂电池模组对应的电池运行数据，并采集所述目标机器人对应的机身三轴倾斜角度数据；

31、所述安全协同决策单元基于预设的触发阈值、分级防护逻辑和运动约束策略，交叉校验所述电池运行数据与所述机身三轴倾斜角度数据，利用预设的多故障优先级仲裁机制确定所述锂电池模组对应的故障等级判定结果，并输出所述故障等级判定结果对应的防护控制指令；

32、响应于监测到所述电池运行数据与所述机身三轴倾斜角度数据回升至大于或等于预设的退出回滞阈值且回升持续时间大于或等于预设稳定时长，生成并输出防护等级回退指令；

33、所述运动控制单元响应于接收到所述防护控制指令，对所述目标机器人设置的一体化关节单元执行所述防护控制指令对应的约束控制，或响应于接收到所述防护等级回退指令，对所述一体化关节单元执行所述防护等级回退指令对应的解除控制；

34、所述硬接线安全通道实时监测所述工业总线通道的主控心跳信号，响应于所述主控心跳的中断时间超过预设中断时长并判定所述工业总线通道失效，独立接管分级防护逻辑，并复刻分级防护策略。

35、本技术实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的机器人电池安全协同防护方法的步骤。

36、本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的机器人电池安全协同防护方法的步骤。

37、本技术实施例提供的机器人电池安全协同防护系统及电子设备，所述系统包括数据采集单元、安全协同决策单元、运动控制单元和双路冗余通信单元；其中，所述安全协同决策单元与所述数据采集单元进行信号连接，所述安全协同决策单元通过所述双路冗余通信单元与所述运动控制单元建立双向通信连接；所述数据采集单元，用于响应于所述机器人电池安全协同防护系统完成上电同步初始化与全链路自检，采集目标机器人设置的锂电池模组对应的电池运行数据，并采集所述目标机器人对应的机身三轴倾斜角度数据；所述安全协同决策单元，用于基于预设的触发阈值、分级防护逻辑和运动约束策略，交叉校验所述电池运行数据与所述机身三轴倾斜角度数据，利用预设的多故障优先级仲裁机制确定所述锂电池模组对应的故障等级判定结果，并输出所述故障等级判定结果对应的防护控制指令；响应于监测到所述电池运行数据与所述机身三轴倾斜角度数据回升至大于或等于预设的退出回滞阈值且回升持续时间大于或等于预设稳定时长，生成并输出防护等级回退指令；所述运动控制单元，用于响应于接收到所述防护控制指令，对所述目标机器人设置的一体化关节单元执行所述防护控制指令对应的约束控制，或响应于接收到所述防护等级回退指令，对所述一体化关节单元执行所述防护等级回退指令对应的解除控制；所述双路冗余通信单元包括工业总线通道与硬接线安全通道；所述硬接线安全通道，用于实时监测所述工业总线通道的主控心跳信号，响应于所述主控心跳的中断时间超过预设中断时长并判定所述工业总线通道失效，独立接管分级防护逻辑，并复刻分级防护策略。

38、与现有技术中的机器人电池保护技术及整机安全防护体系相比，通过构建由数据采集单元、安全协同决策单元、双路冗余通信单元与运动控制单元构成的电池与运动一体化协同防护架构的机器人电池安全协同防护系统，解决现有机器人电池防护阈值固化引发的误保护与漏保护并存、单一硬断电易造成机器人失稳倾覆、电池监测与运动控制相互割裂加剧故障恶化、缺失姿态联锁防护机制、单通信链路失效即防护中断等技术问题，实现了对机器人的电池电气参数与机身姿态数据交叉联动分级判定、故障梯度约束机器人运动、通信异常时防护功能连续不中断、故障参数恢复后自动解除防护的全流程安全协同防护。

39、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。