[发明专利]一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统及其方法

权利要求书

1.一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，其特征是，包括：中央控制单元、动力能量管理单元、运动驱动单元以及外围传感辅助单元；所述中央控制单元与动力能量管理单元、运动驱动单元和外围传感辅助单元分别通信；

所述中央控制单元控制运动驱动单元和动力能量管理单元，同时接收外围传感辅助单元的反馈信息，实时调整运动驱动单元的控制参数，实现系统安全平稳运行；中央控制单元根据动力能量管理单元的电量控制与反馈，合理调整运动驱动单元的负载平衡；

所述运动驱动单元包括驱动管理器以及与驱动管理器分别连接的步进伺服电机、制动控制部件以及机械驱动轮；所述驱动管理器接收中央控制单元的控制指令，同时参照实时轨道位置反馈信息，对步进伺服电机进行统一驱动管理，对弯道坡道进行软件差速补偿或扭矩补偿。

2.如权利要求1所述的一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，其特征是，所述步进伺服电机直接通过连轴器与机械驱动轮连接，完全通过驱动管理器进行调速；

驱动管理器接收到中央控制单元的制动指令后，根据当前机器人运行速度与质量及刹车紧急程度，分析所需要的制动力矩F1，如果电机再生电量产生的制动力矩F2>F1，则不需要机械驱动轮的机械制动器，否则需要启动机械驱动轮的机械制动器进行辅助刹车。

3.如权利要求1所述的一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，其特征是，所述中央控制单元包括：CPU中央处理器以及与CPU中央处理器分别连接的网络通信模块、总线控制器、信号处理模块和故障防护模块。

4.如权利要求1所述的一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，其特征是，所述动力能量管理单元包括电源管理模块、电池模组、受控制动能量回收模块以及法拉电容快速能量吸收模组；

所述电源管理模块、受控制动能量回收模块以及法拉电容依次串联连接，所述电源管理模块和法拉电容分别与电池模组连接。

5.如权利要求4所述的一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，其特征是，所述电源管理模块接收中央控制单元的指令，管理受控制动能量回收模块，启动能量回收保护，将电机制动产生的反向电流由法拉电容快速能量吸收模组吸收，之后再将回收的电能回馈到电池模组中，避免紧急刹车能量以摩擦力发热的形式流失。

6.如权利要求1所述的一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统，其特征是，所述外围传感辅助单元包括信号接口以及分别与信号接口连接的定位传感器、激光安全雷达、电机运行状态反馈信号、电源安全传感器和运行故障信号；所述信号接口与中央控制单元连接。

7.一种如权利要求1所述的轻型轨道机器人四驱运动控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)设备上电自检，自检通过后进入下一步参数初始化阶段；自检超时后重新开始自检，若多次自检失败进入停止告警状态；

(2)电机运动参数初始化，参数初始化后电机处于工作就绪状态；

(3)等待中央控制单元控制运动驱动单元，驱动步进伺服电机运转；

(4)中央控制单元进行广播启/停控制实现四个电机指令同步及运动同步，运行过程中如需要刹车，进行制动控制启动能量回收；

(5)实时电机状态监测：实时监测每个电机的工作温度、工作电压、工作电流、电机轴的转速、电机输出扭矩以及电机位置反馈信息；

分析每个电机的工作电流、输出扭矩、电机转速，确定机器人在运行过程中是否有某个电机运动打滑或某个电机负载过重；分析每个电机输出位置、输出转速和输出扭矩，判定是否到达设定目标；

(6)电机驱动参数调整：运转过程中出现某个电机打滑，随时调整该电机和其他电机的转速及输出扭矩，保证机器人平衡稳定运行；

(7)电机故障处理：实时检测电机故障标志，提取电机故障码，根据故障码对电机故障类型进行判定；若为可修复故障，则中央控制单元对故障电机初始化，清除故障；若为不可修复故障，则中央控制单元发出停机指令，同时上报故障信息；

(8)停机控制：正常停止时，采用扭矩有效电机和速度有效电机的增量位置信息调整机器人位置及里程，到达设定的位置后，中央控制单元控制机器人停止运动；

故障停止时，机器人自动控制停止。

8.如权利要求7所述的一种轻型轨道机器人四驱运动控制系统的控制方法，其特征是，进行制动控制启动能量回收的具体过程为：

(1)启动制动，由于安全需要或工作巡检需要紧急刹车；

(2)制动扭矩判断，驱动管理器判定电机能量回收制动扭矩F1是否大于停车需要扭矩F2，若F1>F2不需要启动机械制动，否则需要启动机械制动进行刹车辅助；

(3)切断电机动力电源，保持电机逻辑供电，电机处于发电状态；

(4)制动能量回收控制器，对电机反向产生的能量进行电压控制，对法拉电容进行快充；制动能量回收完毕，将法拉电容电量回馈到电池中，提高能效利用率。