全文摘要
本实用新型属于直流电机再生制动领域，公开了一种具有垂直性负载的再生制动能量回收装置及机器人，包括锂电池模块、防倒灌模块、电机模块、电压检测模块、充电控制模块、制动模块以及再生电阻模块；电机模块当机器人上升时，根据经过防倒灌模块输出至直流母线上的电池电流工作，当机器人下降时，输出泵升电压至直流母线；电压检测模块检测母线电压以生成检测电压；充电控制模块当检测电压大于充电电压阈值时，连通直流母线和锂电池模块，以使母线电压对锂电池模块进行充电；制动模块当检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块和电源地以使母线电压通过再生电阻模块释放能量；在提高机器人一次充电的续驶里程的同时提高了设备的可靠性。
主设计要求
1.一种具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置包括：用于当锂电池电压高于直流母线上的母线电压时，输出电池电流，当锂电池电压低于所述直流母线上的所述母线电压时，根据所述母线电压进行充电的锂电池模块；与所述锂电池模块和所述直流母线连接，用于防止所述直流母线上的电流直接流向锂电池模块的防倒灌模块；与所述直流母线连接，用于当机器人上升时，根据经过所述防倒灌模块输出至所述直流母线上的电池电流工作，当机器人下降时，输出泵升电压至所述直流母线的电机模块；与所述直流母线连接，用于检测所述母线电压以生成检测电压的电压检测模块；与所述电压检测模块连接，用于当所述检测电压大于充电电压阈值时，连通所述直流母线和所述锂电池模块，以使所述母线电压对所述锂电池模块进行充电的充电控制模块；与所述电压检测模块连接，用于当所述检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块和电源地以使所述母线电压通过所述再生电阻模块释放能量，当所述检测电压小于保护电压阈值时，断开所述再生电阻模块和电源地以使所述母线电压停止通过所述再生电阻模块释放能量的制动模块；与所述制动模块和所述直流母线连接，用于释放所述母线电压的能量的再生电阻模块。
设计方案
1.一种具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置包括：
用于当锂电池电压高于直流母线上的母线电压时，输出电池电流，当锂电池电压低于所述直流母线上的所述母线电压时，根据所述母线电压进行充电的锂电池模块；
与所述锂电池模块和所述直流母线连接，用于防止所述直流母线上的电流直接流向锂电池模块的防倒灌模块；
与所述直流母线连接，用于当机器人上升时，根据经过所述防倒灌模块输出至所述直流母线上的电池电流工作，当机器人下降时，输出泵升电压至所述直流母线的电机模块；
与所述直流母线连接，用于检测所述母线电压以生成检测电压的电压检测模块；
与所述电压检测模块连接，用于当所述检测电压大于充电电压阈值时，连通所述直流母线和所述锂电池模块，以使所述母线电压对所述锂电池模块进行充电的充电控制模块；
与所述电压检测模块连接，用于当所述检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块和电源地以使所述母线电压通过所述再生电阻模块释放能量，当所述检测电压小于保护电压阈值时，断开所述再生电阻模块和电源地以使所述母线电压停止通过所述再生电阻模块释放能量的制动模块；
与所述制动模块和所述直流母线连接，用于释放所述母线电压的能量的再生电阻模块。
2.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括：
与所述锂电池模块连接，用于根据锂电池电压生成供电电源以对各个功能模块进行供电的电源隔离模块。
3.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括：
与所述充电控制模块和所述锂电池模块连接，用于对所述母线电压进行限流和缓冲的限流缓冲模块；
所述锂电池模块具体用于根据限流和缓冲后的所述母线电压进行充电。
4.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括：
与所述直流母线连接，用于根据所述母线电压存储电能和向所述直流母线释放电流的储能模块。
5.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述充电控制模块和所述制动模块均包括开关控制单元，所述开关控制单元包括比较器、光耦、场效应管、可调电位器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻；
所述可调电位器的第一固定端、所述比较器的电源端、所述第四电阻的第一端以及所述光耦的正极共同构成所述开关控制单元的第一电源端，所述第六电阻的第二端为所述开关控制单元的第二电源端，所述可调电位器的调节端与所述第一电阻的第一端连接，所述比较器的正相是正相输入端与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接，所述比较器的反相是正相输入端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端为所述开关控制单元的控制端，所述第二电阻的第二端与所述比较器的输出端、所述第四电阻的第二端以及所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述光耦的负极连接，所述光耦的集电极与所述第六电阻的第二端连接，所述光耦的发射极与所述第七电阻的第一端和所述第八电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极为所述开关控制单元的输入端，所述场效应管的源极为所述开关控制单元的输出端，所述可调电位器的第二固定端和所述比较器的接地端共接于信号地，所述第八电阻的第二端与电源地连接。
6.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述电压检测模块包括霍尔电压传感器；
所述霍尔电压传感器的电源端为所述电压检测模块的电源端，所述霍尔电压传感器的正极电压输入端为所述电压检测模块的输入端，所述霍尔电压传感器的输出端为所述电压检测模块的输出端，所述霍尔电压传感器的负极电压输入端与信号地连接，所述霍尔电压传感器的接地端与电源地连接。
7.如权利要求3所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述限流缓冲模块包括电感的第九电阻；
所述电感的第一端为所述限流缓冲模块的输入端，所述电感的第二端与所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端为所述限流缓冲模块的输出端。
8.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述防倒灌模块包括二极管；
所述二极管的正极为所述防倒灌模块的输入端，所述二极管的负极为所述防倒灌模块的输出端。
9.如权利要求1所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，其特征在于，所述再生电阻模块包括第十电阻。
10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于直流电机再生制动领域，尤其涉及一种具有垂直性负载的再生制动能量回收装置及机器人。
背景技术
基于磁吸附的爬壁检测机器人可以吸附在金属壁面上攀爬，携带涡流检测装置、相机及附属设备，完成缺陷检测、厚度检测、强度检测等。船舶、桥梁、风塔、油罐、油管等需定期巡视检修，保障其稳定运行。高压输电线路巡检机器人是一种能够在架空地线上行走并对架空高压输电线路走廊进行巡检的特种机器人。爬壁检测机器人和高压输电线路巡检机器人可用于代替人工巡检，相对于人工巡检方式，检测机器人速度快，巡检效率高，成本低。这两类小型检测机器人通常采用动力锂电池供电，为减小体积和重量，增加负载能力，多采用体积小和重量轻的直流伺服电机和伺服驱动器。爬壁检测机器人在检测面作业时机器人会经历反复的下行和上行运行过程，有一半的行程和时间是在下行行程，且其行程距离长，高压输电线路巡检机器人在对电缆进行检测时，电缆在两个杆塔之间呈抛物线状，行程也是一段行程是下滑，一段行程是向上行。当检测机器人向上或左右行进时，伺服驱动器驱动电机，电机产生驱动转矩“推”动机器人爬行，电机处于电动状态，此时将锂电池的电能转化为检测机器人前进的动能；当检测机器人下行运行时，电机具有垂直性负载且负载向下运动，这时伺服电机必须产生与运动方向相反的制动转矩平衡重物下落产生的重力矩，“拉”动电机保持平衡并按一定的速度下行。在制动状态下，电机旋转过程中产生的动能和重物下落时产生的势能转换为电能以电流的形式回馈到供电电源，这种制动方式常称为再生制动，再生制动(又称回馈制动)将电机运动的机械能转换为电能，并将它送回电源。而对于惯量负载的动态制动，必须在短时间内消耗掉再生制动产生的大量能量，但大多数的直流伺服驱动器不能再有限的时间内储存这些能量，最终只能通过伺服驱动器内逆变回路将再生能量回馈给直流母线电源上的滤波电容，但施加到直流电机上的电压和直流电机制动产生的电压具有相同的极性，电容对电流的积分效应使电源电压升高，这种因能量回馈升高的电压称为“泵升电压”。
通常的直流电机伺服驱动器只能吸收非垂直性负载减速制动时短时间内再生制动能量，爬壁检测机器人在检测面作业时机器人会经历反复的下行和上行运行过程，有一半的行程和时间是在下行行程，且其行程距离长；高压输电线路巡检机器人在对电缆进行检测时，电缆在两个杆塔之间呈抛物线状，行程也是一半行程是下滑，一半行程是向上爬行。检测机器人长时间长距离的下行或下滑产生的的泵升电压会远远超过伺服驱动器、动力电池、直流电机等设备的最大允许电源电压，会引起伺服驱动器过压保护，损坏连接在电源母线上设备，威胁系统的安全。如一直流伺服电机采用脉冲宽度调制桥式功放电路驱动，功放电路中滤波电容为5000uF，电容上的电压在能量回馈前为100V，负载做非垂直性运动，当电机转速从3000rpm降至零速时，滤波电容上的电压升高至222V。因此再生能量必须要在直流母线环节释放掉，常用的方法是在直流母线上连接再生电阻，当直流母线电压超过一定值，就接通再生电阻放电回路，将再生的电能转化为热能消耗掉。
与此同时，能量问题逐步成为制约检测机器人长距离、大范围巡检的关键难题之一。由于检测机器人通常采用能量有限的锂电池供电，并且机器人在线路上缺乏较为有效的能量补给手段，再加上机器人运动机构及巡检设备较大的耗电量，使得很多巡检机器人只能在有限的巡检范围内巡检。小型检测机器人携带负载能力有限，不可能无限制的增大锂电池的容量，能量短缺问题极大地阻碍了检测机器人的实际应用价值。
检测机器人在进行检测作业时，需要在检测面或高压输电电缆上反复上下行进，一方面由于检测机器人携带的电池能量有限，限制了检测距离和范围。另一方面检测机器人在检测面反复上下爬进作业时，有一半的行程和时间是在制动状态下往下行进，此时会产生泵升电压对机器人的电气设备造成损害，目前常用的方法是通过再生电阻将再生的电能转化为热能释放到大气中，白白造成能量的浪费。
传统的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置存在无法在机器人下行过程中存储势能转换的电能的同时，使母线电压一直保持在安全电压范围内的缺陷。
实用新型内容
本实用新型提供了一种具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，旨在解决传统技术具有垂直性负载的再生制动能量回收装置中存在无法在机器人下行过程中存储势能转换的电能的同时，使母线电压一直保持在安全电压范围内的问题。
本实用新型是这样实现的，一种具有垂直性负载的再生制动能量回收装置，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置包括：
用于当锂电池电压高于直流母线上的母线电压时，输出电池电流，当锂电池电压低于所述直流母线上的所述母线电压时，根据所述母线电压进行充电的锂电池模块；
与所述锂电池模块和所述直流母线连接，用于防止所述直流母线上的电流直接流向锂电池模块的防倒灌模块；
与所述直流母线连接，用于当机器人上升时，根据经过所述防倒灌模块输出至所述直流母线上的电池电流工作，当机器人下降时，输出泵升电压至所述直流母线的电机模块；
与所述直流母线连接，用于检测所述母线电压以生成检测电压的电压检测模块；
与所述电压检测模块连接，用于当所述检测电压大于充电电压阈值时，连通所述直流母线和所述锂电池模块，以使所述母线电压对所述锂电池模块进行充电的充电控制模块；
与所述电压检测模块连接，用于当所述检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块和电源地以使所述母线电压通过所述再生电阻模块释放能量，当所述检测电压小于保护电压阈值时，断开所述再生电阻模块和电源地以使所述母线电压停止通过所述再生电阻模块释放能量的制动模块；
与所述制动模块和所述直流母线连接，用于释放所述母线电压的能量的再生电阻模块。
在其中一个实施例中，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括：
与所述锂电池模块连接，用于根据锂电池电压生成供电电源以对各个功能模块进行供电的电源隔离模块。
在其中一个实施例中，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括：
与所述充电控制模块和所述锂电池模块连接，用于对所述母线电压进行限流和缓冲的限流缓冲模块；
所述锂电池模块具体用于根据限流和缓冲后的所述母线电压进行充电。
在其中一个实施例中，所述具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括：
与所述直流母线连接，用于根据所述母线电压存储电能和向所述直流母线释放电流的储能模块。
在其中一个实施例中，所述充电控制模块和所述制动模块均包括开关控制单元，所述开关控制单元包括比较器、光耦、场效应管、可调电位器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻；
所述可调电位器的第一固定端、所述比较器的电源端、所述第四电阻的第一端以及所述光耦的正极共同构成所述开关控制单元的第一电源端，所述第六电阻的第二端为所述开关控制单元的第二电源端，所述可调电位器的调节端与所述第一电阻的第一端连接，所述比较器的正相是正相输入端与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接，所述比较器的反相是正相输入端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端为所述开关控制单元的控制端，所述第二电阻的第二端与所述比较器的输出端、所述第四电阻的第二端以及所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述光耦的负极连接，所述光耦的集电极与所述第六电阻的第二端连接，所述光耦的发射极与所述第七电阻的第一端和所述第八电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极为所述开关控制单元的输入端，所述场效应管的源极为所述开关控制单元的输出端，所述可调电位器的第二固定端和所述比较器的接地端共接于信号地，所述第八电阻的第二端与电源地连接。
在其中一个实施例中，所述电压检测模块包括霍尔电压传感器；
所述霍尔电压传感器的电源端为所述电压检测模块的电源端，所述霍尔电压传感器的正极电压输入端为所述电压检测模块的输入端，所述霍尔电压传感器的输出端为所述电压检测模块的输出端，所述霍尔电压传感器的负极电压输入端与信号地连接，所述霍尔电压传感器的接地端与电源地连接。
在其中一个实施例中，所述限流缓冲模块包括电感的第九电阻；
所述电感的第一端为所述限流缓冲模块的输入端，所述电感的第二端与所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端为所述限流缓冲模块的输出端。
在其中一个实施例中，所述防倒灌模块包括二极管；
所述二极管的正极为所述防倒灌模块的输入端，所述二极管的负极为所述防倒灌模块的输出端。
在其中一个实施例中，所述再生电阻模块包括第十电阻。
本实用新型实施例还提供一种机器人，包括如上述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置。
机器人在进行检测作业时，在检测面或高压输电电缆上反复上下行进，其中有一半的行程和时间是在下行行程，本实用新型实施例通过充电控制模块当所述检测电压大于充电电压阈值时，连通所述直流母线和所述锂电池模块，以使所述母线电压对所述锂电池模块进行充电；制动模块当所述检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块和电源地以使所述母线电压通过所述再生电阻模块释放能量，当所述检测电压小于保护电压阈值时，断开所述再生电阻模块和电源地以使所述母线电压停止通过所述再生电阻模块释放能量；对母线电压进行了实时检测，机器人长时间长距离下行时，电机处于发电状态，直流母线上产生泵升电压，如母线电压在安全电压范围内，此时将机器人再生制动产生的能量部分转化为电能储存于锂电池模块内；当母线电压超过保护电压，则接通再生电阻模块放电回路，将再生的电能转化为热能消耗掉，使机器人下行过程中使母线电压一直保持在安全电压范围内，在提高机器人一次充电的续驶里程的同时提高了设备的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术实用新型，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的一种模块原理框图；
图2为本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的另一种模块原理框图；
图3为本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的另一种模块原理框图；
图4为本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的另一种模块原理框图；
图5为本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的示例电路结构图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
图1示出了本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：
具有垂直性负载的再生制动能量回收装置包括锂电池模块01、防倒灌模块 02、电机模块03、电压检测模块04、充电控制模块05、制动模块06以及再生电阻模块07。
锂电池模块01用于当锂电池电压高于直流母线上的母线电压时，输出电池电流，当锂电池电压低于直流母线上的母线电压时，根据母线电压进行充电；防倒灌模块02与锂电池模块01和直流母线连接，用于防止直流母线上的电流直接流向锂电池模块01；电机模块03与直流母线连接，用于当机器人上升时，根据经过防倒灌模块02输出至直流母线上的电池电流工作，当机器人下降时，输出泵升电压至直流母线；电压检测模块04与直流母线连接，用于检测母线电压以生成检测电压；充电控制模块05与电压检测模块04连接，用于当检测电压大于充电电压阈值时，连通直流母线和锂电池模块01，以使母线电压对锂电池模块01进行充电；制动模块06与电压检测模块04连接，用于当检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块07和电源地以使母线电压通过再生电阻模块07释放能量，当检测电压小于保护电压阈值时，断开再生电阻模块07和电源地以使母线电压停止通过再生电阻模块07释放能量；再生电阻模块07与制动模块06和直流母线连接，用于释放母线电压的能量。
其中，再生电阻模块07为能耗电阻，用来消耗掉过高的制动能量，抑制并保持母线电压在安全限值内，对设备进行过压保护，同时延长电池充电时间。
当母线电压达到充电电压，则检测电压达到充电电压阈值；当母线电压达到保护电压，则检测电压达到保护电压阈值。
如图2所示，具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括电源隔离模块08。
电源隔离模块08与锂电池模块01连接，用于根据锂电池电压生成供电电源以对各个功能模块进行供电。
通过对锂电池电压进行隔离转换以生成供电电源，提高了各个功能模块的供电源的稳定性。
如图3所示，具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括限流缓冲模块09。
限流缓冲模块09与充电控制模块05和锂电池模块01连接，用于对母线电压进行限流和缓冲；锂电池模块01具体用于根据限流和缓冲后的母线电压进行充电。
通过在充电控制模块05和锂电池模块01之间串接限流缓冲模块09，可减缓直流母线上的电流变化给锂电池充电造成的冲击。
如图4所示，具有垂直性负载的再生制动能量回收装置还包括储能模块10。
储能模块10与直流母线连接，用于根据母线电压存储电能和向直流母线释放电流。
在制动工况时，机器人再生制动回馈能量先存储于储能模块10中，在机器人启动加速时，储能模块10中储存的能量以瞬间高能量大电流的形式释放出来，与锂电池模块01并联向电机模块03供电，以满足机器人起动和加速的需求。
图5示出了本实用新型实施例提供的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：
充电控制模块05和制动模块06均包括开关控制单元，开关控制单元包括比较器U1、光耦U2、场效应管M1、可调电位器RW、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8。其中，比较器U1可以为滞回比较器。
可调电位器RW的第一固定端、比较器U1的电源端、第四电阻R4的第一端以及光耦U2的正极共同构成开关控制单元的第一电源端，第六电阻R6的第二端为开关控制单元的第二电源端，可调电位器RW的调节端与第一电阻R1的第一端连接，比较器U1的正相是正相输入端与第一电阻R1的第二端和第二电阻 R2的第一端连接，比较器U1的反相是正相输入端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端为开关控制单元的控制端，第二电阻R2的第二端与比较器U1的输出端、第四电阻R4的第二端以及第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端与光耦U2的负极连接，光耦U2的集电极与第六电阻R6的第二端连接，光耦U2的发射极与第七电阻R7的第一端和第八电阻R8的第一端连接，第七电阻R7的第二端与场效应管M1的栅极连接，场效应管M1的漏极为开关控制单元的输入端，场效应管M1的源极为开关控制单元的输出端，可调电位器RW 的第二固定端和比较器U1的接地端共接于信号地，第八电阻R8的第二端与电源地连接。
电压检测模块04包括霍尔电压传感器U3。
霍尔电压传感器U3的电源端VCC为电压检测模块04的电源端，霍尔电压传感器U3的正极电压输入端V+为电压检测模块04的输入端，霍尔电压传感器 U3的输出端为电压检测模块04的输出端，霍尔电压传感器U3的负极电压输入端V-与信号地连接，霍尔电压传感器U3的接地端GND与电源地连接。
限流缓冲模块09包括电感L1的第九电阻R9。
电感L1的第一端为限流缓冲模块09的输入端，电感L1的第二端与第九电阻R9的第一端连接，第九电阻R9的第二端为限流缓冲模块09的输出端。
防倒灌模块02包括二极管D1。
二极管D1的正极为防倒灌模块02的输入端，二极管D1的负极为防倒灌模块02的输出端。
再生电阻模块07包括第十电阻R10。
储能模块10包括第一电容C1。
以下结合工作原理对图5所示的作进一步说明：
在具体实施过程中，锂电池模块01通过二极管D1输出电压至直流母线为电机模块03供电。大容量储能电容C1直接连接直流母线。霍尔电压传感器U3 的正极电压输入端V+和霍尔电压传感器U3的负极电压输入端V-分别连接直流母线和电源地，霍尔电压传感器U3根据母线电压生成检测电压并从霍尔电压传感器U3的输出端VO输出至充电控制模块05和制动模块06中的比较器U1的反相输入端。
在充电控制模块05中，调节可调电位器RW的阻值，使比较器U1的下限值大于锂电池的充电电压阈值，比较器U1的上限值小于保护电压阈值。具体实施中，改变第一电阻R1和第二电阻R2的比值可以改变比较器U1的下限值与比较器U1的上限值的范围。
在制动模块06中，调节可调电位器RW的阻值，使比较器U1的下限值小于保护电压阈值，比较器U1的上限值大于保护电压阈值且小于系统的最大安全工作电压限值。改变第一电阻R1和第二电阻R2的比值可以改变比较器U1的下限值与比较器U1的上限值的范围。
当检测机器人上行时，此时母线电压为锂电池电压，低于锂电池充电电压，此时两路比较器输出高电平，两个场效应管M1的栅极为低电平，且均为为截止状态。
当机器人减速制动或持续下行时，即电动机快速制动或者带位势负载时，此时电动机工作于发电状态，能量将在伺服驱动器内的滤波电容和母线电压上的储能电容C1上累积，产生泵升电压，当母线电压大于锂电池电压时，此时二极管D1对锂电池起隔离保护作用。此时机器人所需的制动力有再生制动能量提供，锂电池此时只通电源隔离模块08输出供电电源。
当霍尔电压传感器检测到母线电压达到或大于锂电池充电电压时，充电控制模块05的比较器U1输出低电平，充电控制模块05光耦U2导通，充电控制模块05的场效应管M1导通，此时由于二极管D1的存在直流母线上的电流只能经充电控制模块05的场效应管M1、第九电阻R9和电感L1流向锂电池模块01，向锂电池模块01充电，这里电感L1可减缓电流变化给锂电池充电造成的冲击。
当母线电压上升达到保护电压时，这个保护电压是机器人的系统中各部件和元器件中最大工作电压的最小值，制动模块06的比较器U1输出变为低电平，制动模块06的光耦U2导通，制动模块06的场效应管M1导通，直流母线上的泵升电压通过再生电阻模块07中的第十电阻R10泄放掉，抑制母线电压继续升高。
当母线电压下降至保护电压时，制动模块06的比较器U1输出变为高电平使制动模块06的场效应管M1截止，制动可在机器人下行过程中使母线电压一致保持在安全电压范围内。
当直流母线电压低于锂电池充电电压值时，充电控制模块05的比较器U1 输出高电平，充电控制模块05的场效应管M1截止，停止锂电池模块01的充电。
本实用新型实施例还提供一种机器人，其特征在于，包括如上述的具有垂直性负载的再生制动能量回收装置。
本实用新型实施例通过包括锂电池模块、防倒灌模块、电机模块、电压检测模块、充电控制模块、制动模块以及再生电阻模块；电机模块当机器人上升时，根据经过防倒灌模块输出至直流母线上的电池电流工作，当机器人下降时，输出泵升电压至直流母线；电压检测模块检测母线电压以生成检测电压；充电控制模块当检测电压大于充电电压阈值时，连通直流母线和锂电池模块，以使母线电压对锂电池模块进行充电；制动模块当检测电压大于保护电压阈值时，连通再生电阻模块和电源地以使母线电压通过再生电阻模块释放能量，当检测电压小于保护电压阈值时，断开再生电阻模块和电源地以使母线电压停止通过再生电阻模块释放能量；由于当检测机器人向下运动时，实时监测母线电压，当母线电压大于锂电池的充电电压且在保护电压之内时，充电控制模块启动对锂电池模块的充电，将再生制动能量回收；当母线电压超出保护电压时，制动模块接通再生电阻模块消耗掉过高的制动能量，对设备进行过压保护；故实现了在机器人下行过程中存储势能转换的电能的同时，使母线电压一直保持在安全电压范围内，在提高机器人一次充电的续驶里程的同时提高了设备的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920032392.8
申请日:2019-01-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209402226U
授权时间:20190917
主分类号:H02J 7/32
专利分类号:H02J7/32
范畴分类:37C;38G;
申请人:中国科学院深圳先进技术研究院
第一申请人:中国科学院深圳先进技术研究院
申请人地址:518000 广东省深圳市南山区深圳大学城学苑大道1068号
发明人:耿永清;何凯;方海涛
第一发明人:耿永清
当前权利人:中国科学院深圳先进技术研究院
代理人:高星
代理机构:44237
代理机构编号:深圳中一专利商标事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计