一种机器人手臂掉电后阻尼下垂电路的制作方法

本技术涉及机器人，特别是指一种机器人手臂掉电后阻尼下垂电路。

背景技术：

1、在机器人应用领域，机械臂是核心执行部件，其正常运行依赖稳定的电力供应。当机器人手臂遭遇供电异常(如突然掉电)时，动作中的手臂会瞬间失去动力，在自身重力作用下快速不受控地下垂。这种情况存在严重安全隐患：轻则导致机械臂自身结构碰撞损坏，重则可能击伤周围人员或损坏周边设备。

2、为解决上述问题，行业内现有方案通常是在机械臂的每个关节模组处增设抱闸装置。以一条具备8个自由度的机械臂为例，单个机械臂需配备8个关节模组，若机器人包含2条机械臂，则需16个抱闸装置。该方案存在显著缺陷：一方面，抱闸装置的硬件成本较高，且需为每个关节模组单独设计安装结构，增加了整体设备的制造成本；另一方面，多个抱闸装置的协同控制依赖复杂的软件逻辑，易出现响应延迟或故障，降低了系统可靠性。

3、因此，亟需一种成本低、可靠性高、无需复杂软件控制的硬件保护方案，以解决机器人手臂掉电后快速下垂的安全问题。

技术实现思路

1、本实用新型提出一种机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，以解决现有技术所提到的问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种支持48v与24v机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，包括单向延迟供电模块、ldo供电模块、阈值比较模块及光电耦合驱动模块；

4、所述单向延迟供电模块的输入端接vcc_12v，输出端与光电耦合驱动模块连接，用于实现vcc_12v的延迟导通，

5、所述ldo供电模块的输入端接单向延迟供电模块的中间节点，输出端输出5v供电，为阈值比较模块及其他电路提供稳定低压；

6、所述阈值比较模块的第一输入端接vcc_5v，第二输入端接关节模组供电vcc_mot，输出端与光电耦合驱动模块连接，用于监测vcc_mot电压并输出高低电平信号；

7、所述光电耦合驱动模块的控制端接阈值比较模块的输出端，功率端接vcc_mot与地，用于根据阈值比较模块的信号控制vcc_mot与地的通断，使电机形成短路阻尼。

8、作为本实用新型的进一步方案：所述单向延迟供电模块包括二极管d1、电容c23、电阻r18、电阻r19及mos管q4；vcc_12v经二极管d1接至电容c23一端，电容c23另一端通过电阻r19接地，电阻r18并联于电容c23两端，二极管d1还接mos管q4的源极，电容c23与r18的连接节点接q4的栅极，q4的漏极即为单向延迟供电模块的输出端；所述电容c23与r19构成rc延迟电路，通过调节r19、c23的参数能够调整q4的延迟导通时间。

9、作为本实用新型的进一步方案：所述ldo供电模块包括ldo芯片u2、电容c10、电容c14、电容c17及电阻r20；ldo芯片u2的in引脚接vcc_12v，且in引脚经电容c14接地；ldo芯片u2的out引脚输出vcc_5v，且out引脚分别经c17接地；u2的gnd引脚接地；所述c10、c14、c17、c8均为滤波电容，容值分别为100nf、100nf、100nf、100nf。

10、作为本实用新型的进一步方案：所述阈值比较模块包括比较器u3、mos管q1、电阻r5、r10、r11、r12、r13、r14、稳压管d2及电容c19；vcc_5v接比较器u3的正电源端，比较器u3的负电源端接地；vcc_mot经电阻r11、电阻r10串联接地，r10与r11的连接节点接比较器u3的同相端；vcc_5v经电阻r12、电阻r13串联接地，电阻r12与电阻r13的连接节点接比较器u3的反相端；比较器u3的输出端经电阻r14接mos管q1的栅极，mos管q1的源极接地，mos管q1的漏极与光电耦合驱动模块连接；稳压管d2并联于电阻r10两端，电容c19连接于vcc_5v与地之间。

11、作为本实用新型的进一步方案：所述光电耦合驱动模块包括光电耦合器u1、mos管q2、电阻r7、电阻r8及电阻r16；vcc_12v经电阻r3接光电耦合器u1的输入端一端，光电耦合器u1的输入端另一端接电阻r5，光电耦合器u1的输出端一端连接电阻r8、电阻r7和电阻r16，电阻r8的另一端接mos管q4的漏极，光电耦合器u1的输出端另一端接电阻r17的另一端和地，电阻r16的另一端接mos管q2的栅极，mos管q2的源极接地，q2的漏极接vcc_mot。

12、作为本实用新型的进一步方案：所述光电耦合器u1的型号为ltv-217-c-s。

13、作为本实用新型的进一步方案：所述ldo芯片u2的型号为78l05。

14、作为本实用新型的进一步方案：所述比较器u3的型号为tlv3201aidbvr。

15、作为本实用新型的进一步方案：所述mos管q1和mos管q2均为p-mos管。

16、作为本实用新型的进一步方案：所述mos管q4为n-mos管。

17、在上述技术方案中，本实用新型提供的技术效果和优点：

18、成本低：仅需1套硬件电路即可实现所有并联关节模组的保护，无需为每个关节增设抱闸装置，大幅降低硬件成本与安装复杂度；

19、响应快：纯硬件逻辑实现保护，无需软件判断与指令传输，保护响应时间＜10ms，远快于软件控制方案；

20、可靠性高：电路结构简单，核心芯片均为通用型号，无进口“卡脖子”芯片，可替代性强，降低供应链风险；

21、安全性强：掉电时电机产生稳定阻尼力，避免手臂快速下垂，有效保护设备与人员安全；

22、维护方便：电路元件少、布局简洁，故障排查与维修难度低，可降低后期维护成本；

23、适配性广：vcc_mot适配范围48v～68v，可兼容主流机器人关节模组供电需求，无需针对性修改电路。

1.一种支持48v与24v机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，包括单向延迟供电模块、ldo供电模块、阈值比较模块及光电耦合驱动模块；

2.根据权利要求1所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述单向延迟供电模块包括二极管d1、电容c23、电阻r18、电阻r19及mos管q4；vcc_12v经二极管d1接至电容c23一端，电容c23另一端通过电阻r19接地，电阻r18并联于电容c23两端，二极管d1还接mos管q4的源极，电容c23与r18的连接节点接q4的栅极，q4的漏极即为单向延迟供电模块的输出端；所述电容c23与r19构成rc延迟电路，通过调节r19、c23的参数能够调整q4的延迟导通时间。

3.根据权利要求2所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述ldo供电模块包括ldo芯片u2、电容c10、电容c14、电容c17及电阻r20；ldo芯片u2的in引脚接vcc_12v，且in引脚经电容c14接地；ldo芯片u2的out引脚输出vcc_5v，且out引脚分别经c17接地；u2的gnd引脚接地。

4.根据权利要求3所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述阈值比较模块包括比较器u3、mos管q1、电阻r5、r10、r11、r12、r13、r14、稳压管d2及电容c19；vcc_5v接比较器u3的正电源端，比较器u3的负电源端接地；vcc_mot经电阻r11、电阻r10串联接地，r10与r11的连接节点接比较器u3的同相端；vcc_5v经电阻r12、电阻r13串联接地，电阻r12与电阻r13的连接节点接比较器u3的反相端；比较器u3的输出端经电阻r14接mos管q1的栅极，mos管q1的源极接地，mos管q1的漏极与光电耦合驱动模块连接；稳压管d2并联于电阻r10两端，电容c19连接于vcc_5v与地之间。

5.根据权利要求4所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述光电耦合驱动模块包括光电耦合器u1、mos管q2、电阻r7、电阻r8及电阻r16；vcc_12v经电阻r3接光电耦合器u1的输入端一端，光电耦合器u1的输入端另一端接电阻r5，光电耦合器u1的输出端一端连接电阻r8、电阻r7和电阻r16，电阻r8的另一端接mos管q4的漏极，光电耦合器u1的输出端另一端接电阻r17的另一端和地，电阻r16的另一端接mos管q2的栅极，mos管q2的源极接地，q2的漏极接vcc_mot。

6.根据权利要求5所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述光电耦合器u1的型号为ltv-217-c-s。

7.根据权利要求6所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述ldo芯片u2的型号为78l05。

8.根据权利要求7所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述比较器u3的型号为tlv3201aidbvr。

9.根据权利要求8所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述mos管q1和mos管q2均为p-mos管。

10.根据权利要求9所述的机器人手臂掉电后阻尼下垂电路，其特征在于，所述mos管q4为n-mos管。