技术领域
[0001] 本公开是涉及一种机器人领域，特别涉及一种将电源转换装置及机器人进行整合的机器人系统。
背景技术
[0002] 近年来，随着机构学、自动化控制及计算机技术的蓬勃发展，机器人，例如机械手臂等，已经广泛地运用在各行各业，机器人可进行各种高重复性的工作，进而提供高效率及完成稳定的自动化生产与组装。
[0003] 传统机器人通常是使用一组电源转换装置，以将所接收到的电
力进行转换，进而提供给
机器人本体使用，其中电源转换装置是设置于与机器人本体为相互独立的外部电控箱中。
[0004] 然而由于传统机器人需使用设置于外部电控箱内的单组电源转换装置来供电，导致该电源转换装置需要较大的电容进行稳压，也需要较大的
散热面积，进而造成外部电控箱的体积相对较大，故传统机器人会因外部电控
箱体积较大而难以进行移动。再者，由于传统机器人的各个可转动的轴致动模
块(即关节处)内的电力装置是以并联方式连接至与外部电控箱的输出端连接的总线上，又每个关节轴部内的电力装置并未有任何稳压
电路，如此一来，当外部电控箱传递
电能至各轴致动模块时，各轴致动模块将产生压降，导致部分轴致动模块可能
电压不足而无法正常运行。
[0005] 更甚者，传统机器人通常利用
电阻等耗能元件来将各轴致动模块内的
马达所产生的再生
能源消耗，故传统机器人并无法有效利用马达所产生的再生能源。另外，当各轴致动模块内的马达为
低电压驱动的马达时，则外部电控箱在维持相同的功率下，势必须输出较大的驱动
电流至机器人本体，故传统机器人其本体内部需使用线径较粗的电源线，导致传统机器人需对其内部用来设置电源线的空间及设置的路径进行较复杂设计及规划。
[0006] 因此，实有必要发展一种将电源转换装置及机器人进行整合的机器人电源系统，以解决
现有技术所面临的问题。
发明内容
[0007] 本公开为一种机器人电源系统，从而解决传统机器人因需使用外部电控箱体积较大导致难以移动，传统机器人内的部分轴致动模块可能电压不足，传统机器人无法有效利用轴致动模块的马达所产生的再生能源，以及传统机器人需对其内部用来设置电源线的空间及设置路径进行较复杂设计及规划等缺失。
[0008] 为达上述目的，本公开的一较广义实施方式为提供一种机器人系统，是包含：
基座，是包含输入电源转换装置，输入电源转换装置的电源输入端是接收输入电压，输入电源转换装置是用以转换输入电压，而于输入电源转换装置的电源输出端输出第一电压；以及至少一轴致动模块，是安装于基座上，且包含：马达；轴电源转换装置，是包含轴输入端、第一输出端及第二输出端，轴电源转换装置的轴输入端是接收第一电压，而轴电源转换装置用以将第一电压进行转换，以于第一输出端输出具额定值的第二电压，且将轴输入端接收到的第一电压传送至第二输出端；以及驱动装置，是与马达及轴电源转换装置的第一输出端电连接，用以将第二电压转换为第三电压，以提供给马达进行运行。
附图说明
[0009] 图1为本公开的第一优选
实施例的机器人系统的架构方
框图；
[0010] 图2为图1所示的机器人系统的立体结构示意图；
[0011] 图3A为图1所示的轴电源转换装置的细节电路方块及运行原理图；
[0012] 图3B为图3A所示的轴电源转换装置在另一模式下的运行原理图；
[0013] 图4A为图1所示的输入电源转换装置的第一实施例的细节电路方块及运行原理图；
[0014] 图4B为图4A所示的输入电源转换装置在另一模式下的运行原理图；
[0015] 图5A为图1所示的输入电源转换装置的第二实施例的细节电路方块及运行原理；
[0016] 图5B为图5A所示的输入电源转换装置在另一模式下的运行原理图；
[0017] 图6为本公开的第二优选实施例的机器人系统的架构方框图。
[0018] 附图标记说明：
[0019] 1：机器人系统
[0020] 2：基座
[0021] 20：输入电源转换装置
[0022] 200：交流/直流转换器
[0024] 202：直流/交流转换器
[0025] 203：第三升压转换器
[0027] 205：输入电源转换装置的输入端
[0028] 206：输入电源转换装置的输出端
[0029] 3：轴致动模块
[0030] 30：轴电源转换装置
[0031] 300：轴电源转换装置的输入端
[0032] 301：轴电源转换装置的第一输出端
[0033] 302：轴电源转换装置的第二输出端
[0034] 303：第一降压转换器
[0035] 304：第一升压转换器
[0036] 31、31’：驱动装置
[0037] 32、32’：马达
[0038] 320’：第一中空结构
[0039] 310’：第二中空结构
[0040] 9：输入电源
[0041] U：输入电压
[0042] V1：第一电压
[0043] V2：第二电压
[0044] Vm：过渡直流电压
[0045] E1：第一再生电能
[0046] E2：第二再生电能
[0047] E3：第三再生电能
具体实施方式
[0048] 体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明的用，而非用于限制本公开。
[0049] 请参阅图1及图2，其中图1为本公开第一优选实施例的机器人系统的架构方框图，图2为图1所示的机器人系统的立体结构示意图。如图1及图2所示，本实施例中的机器人系统1可为但不限于机械手臂，且包含基座2及安装于基座2上的至少一个轴致动模块3。基座2包含输入电源转换装置20，输入电源转换装置20的电源输入端205是与输入电源9电连接，输入电源转换装置20用以转换输入电源9所提供的输入电压U，进而于输入电源转换装置20的电源输出端206输出第一电压V1(如图4A所示)。
[0050] 轴致动模块3，例如图1及图2所示的六个轴致动模块3分别构成机器人系统1的关节处，且每一轴致动模块3可与另一轴致动模块直接相连接或是通过一连接手臂相连接，又每一轴致动模块3包含轴电源转换装置30、驱动装置31及马达32。马达32与驱动装置31电连接，且由驱动装置31所驱动而运行，使得对应的关节处可进行转动，而于本实施例中，马达32可由非中空马达所构成，故不具中空结构。轴电源转换装置30包含轴输入端300、第一输出端301及第二输出端302，其
中轴输入端300接收第一电压，第一输出端301与驱动装置31电连接，而当轴电源转换装置30所对应的轴致动模块3与另一轴致动模块3相连接时，轴电源转换装置30的第二输出端302可与相连接的轴致动模块3的轴电源转换装置30的轴输入端300电连接。轴电源转换装置30用以将第一电压V1进行转换，以于第一输出端301输出可维持在额定值的第二电压V2，且将轴输入端300旁路(BYPASS)于第二输出端302，使得轴输入端300所接收到的第一电压V1可旁路而传送至第二输出端302，进而提供给相连接的另一轴致动模块3的轴电源转换装置30的轴输入端300。驱动装置31是接收由轴电源转换装置30所传来的第二电压V2，且用以将第二电压转换为第三电压，以提供给马达32进行运行。
[0051] 由上可知，本实施例的机器人系统1是将输入电源转换装置20设置于机器人系统1的基座2内，将轴电源转换装置30设置于机器人系统1的轴致动模块3内，以分别利用输入电源转换装置20及轴电源转换装置30来进行相关的电能转换，借此提供机器人系统1运行所需的电能，即机器人系统1实际上是整合了电源转换装置20及机器人，故机器人系统1并无须额外具有外部电控箱来供电源转换装置设置，因此机器人系统1适合需移动的应用。此外，由于本实施例的机器人系统1的每个轴致动模块3设置轴电源转换装置30，以将所接收到的第一电压V1转换为可维持在额定值的第二电压V2，故轴电源转换装置30实提供稳压功能，使得每个轴致动模块3皆可有足够的电压来进行运行。
[0052] 于上述实施例中，第一电压V1及第二电压V2分别为直流电压，且第一电压V1的值高于第二电压V2的值。另外，多个轴致动模块3的其中的一轴致动模块3的轴电源转换装置30的轴输入端300电连接于输入电源转换装置20的电源输出端206而接收由输入电源转换装置20传来的第一电压V1，而其余轴致动模块3的轴电源转换装置30的轴输入端300则分别电连接于对应连接的前一个轴致动模块3的第二输出端302，以接收由对应连接的前一个轴致动模块3的第二输出端302所传来的第一电压V1。另外，输入电源转换装置20可包含电源隔离元件(未图示)，例如
变压器等，而轴电源转换装置30则可不包含电源隔离元件。
[0053] 请参阅图3A及图3B，并配合图1及图2，其中图3A为图1所示的轴电源转换装置的细节电路方块及运行原理图，图3B为图3A所示的轴电源转换装置在另一模式下的运行原理图。如图所示，轴电源转换装置30包含第一降压转换器303，第一降压转换器303电连接于轴电源转换装置30的轴输入端300及第一输出端301之间，用以将从轴输入端300所接收到的第一电压V1进行降压，以输出为额定值的第二电压V2至第一输出端301(如图3A所示)，其中第一降压转换器303所接收到的第一电压V1可因轴电源转换装置30的轴输入端300电连接于输入电源转换装置20的输出端206而由输入电源转换装置20所提供，或因轴电源转换装置30的轴输入端300电连接于对应连接的前一个轴致动模块3的第二输出端302而由对应连接的前一个轴致动模块3的第二输出端302所提供，而由于每个轴致动模块3的轴电源转换装置30的第一降压转换器303可将所接收到的第一电压V1进行降压，以输出为额定值的第二电压V2，故第一降压转换器303实际上可提供稳压的功能，因此轴电源转换装置30便因第一降压转换器303的设置而具有稳压功能，使得每个轴致动模块3皆可有足够的电压来进行运行。另外，于其它实施例中，如图3A及图3B所示，轴电源转换装置30还可包含第一升压转换器304，第一升压转换器304电连接于轴电源转换装置3的轴输入端300及第一输出端301之间，且与轴电源转换装置30的第二输出端302电连接，用以在第一输出端301接收到第一再生电能E1时，例如接收到由驱动装置31因马达32在煞车等情况所输出的为直流的第一再生电能E1时，转换该第一再生电能E1为第二再生电能E2，并汇入至轴电源转换装置30的轴输入端300(如图3B所示)，借此将第一再生电能E1进行回收，进而有效利用马达32所产生的再生能源。其中第一再生电能E1的电压相对低于第二再生电能E2的电压。于上述实施例中，当第一降压转换器303运行时，第一升压转换器304不运行，反之，当第一升压转换器304运行时，第一降压转换器303不运行。
[0054] 请参阅图4A及图4B，并配合图1及图2，其中图4A为图1所示的输入电源转换装置的第一实施例的细节电路方块及运行原理图，图4B为图4A所示的输入电源转换装置在另一模式下的运行原理图。如图所示，于本实施例中，输入电源9可为交流电源，例如市电等，故输入电压U为交流电。输入电源转换装置20包含交流/直流转换器200及第二升压转换器201。交流/直流转换器200电连接于输入电源转换装置20的电源输入端205及第二升压转换器
201之间，且用以将经由输入电源转换装置20的电源输入端205所接收到的输入电压U转换为过渡直流电压Vm，并提供给第二升压转换器201。第二升压转换器201电连接于交流/直流转换器200及输入电源转换装置20的电源输出端206之间，第二升压转换器201用以将过渡直流电压Vm转换为直流的第一电压V1，以输出至输入电源转换装置20的电源输出端206，其中第一电压V1的电压值等于或大于过渡直流电压Vm(如图4A所示)。于其它实施例中，如第
4A、4B图所示，输入电源转换装置20还可包含直流/交流转换器202，直流/交流转换器202电连接于输入电源转换装置20的电源输入端205以及电源输出端206之间，直流/交流转换器
202用以在输入电源转换装置20的电源输出端206所接收到由对应的轴致动模块3的轴电源转换装置30的第一升压转换器304所传来的第二再生电能E2大于一
门限值，例如大于第一电压V1时，将第二再生电能E2降压并转换为交流的第三再生电能E3，再汇入至输入电源转换装置20的电源输入端205，进而由输入电源9进行回收(如图4B所示)，借此有效回收第二再生电能E2。于上述实施例中，当交流/直流转换器200及第二升压转换器201运行时，直流/交流转换器202不运行，反之，当直流/交流转换器202运行时，交流/直流转换器200及第二升压转换器201不运行。
[0055] 于上述实施例中，由于输入电源转换装置20包含第二升压转换器201，借此将过渡直流电压Vm的电压值提升为第一电压V1，又第一电压V1可提供至每个轴致动模块3的轴电源转换装置30，后续再由轴电源转换装置30将第一电压V1转换为相对低压的第二电压V2，因此虽本公开的机器人系统1的马达32仍选用低压马达，然因输入电源转换装置20已将输入电压U先进行升压，故本公开的机器人系统1的内部所存在的大部分电源线便可选用线径较小的电源线来构成，例如存在于输入电源转换装置20与轴致动模块3之间的电源线，及轴致动模块3与轴致动模块3之间的电源线等，举例而言，假设轴致动模块内的马达功率皆为400W，若传统机器人提供给轴致动模块的低电压为48V，则电流约需8.33Amp，故传统机器人的电源线须选用实心导体直径约为1.2950mm的线材，然而本公开通过第二升压转换器201的设置，故可将提供给轴致动模块3的第一电压提升至例如156V，故电流约需2.56Amp，因此本公开的机器人系统1的大部分的电源线可选用实心导体直径约为0.7240mm的线材，由此可知，本公开的机器人系统1的电源线的线径相较于传统机器人的电源线的线径由
1.2950mm降为0.7240mm，即线径缩小了44.09％[(1.295-0.724)/1.295]，而若使用功率更高的马达，则本公开的机器人系统1的电源线的线径与传统机器人的电源线的线径的差距会越大，是以因本公开的机器人系统1可选用线径较小的电源线，使得本公开的机器人系统
1的内部空间及电源线的设置的路径较为简单。
[0056] 请参阅图5A、图5B，并配合图1及图2，其中图5A为图1所示的输入电源转换装置的第二实施例的细节电路方块及运行原理图，图5B为图5A所示的输入电源转换装置在另一模式下的运行原理图。如图所示，于本实施例中，输入电源9可为储能
电池而提供为直流的输入电压U。输入电源转换装置20包含第三升压转换器203。第三升压转换器203电连接于输入电源转换装置20的电源输入端205及电源输出端206之间，且用以将经由输入电源转换装置20的电源输入端205所接收到的输入电压U转换为第一电压V1，并输出至输入电源转换装置
20的电源输出端206(如图5A所示)，其中第一电压V1的电压值是等于或大于输入电压U。于其它实施例中，如图5A、图5B所示，输入电源转换装置20还可包含第二降压转换器204，第二降压转换器204电连接于输入电源转换装置20的电源输入端205以及电源输出端206之间，第二降压转换器204用以在输入电源转换装置20的电源输出端206所接收到由对应的轴致动模块3的轴电源转换装置30的第一升压转换器304所传来的第二再生电能E2大于一门限值，例如大于第一电压V1时，将第二再生电能E2转换为直流的第三再生电能E3，并汇入输入电源转换装置20的电源输入端205，进而对输入电源9进行充电(如图5B所示)，借此有效回收第二再生电能E2。于上述实施例中，当第三升压转换器203运行时，第二降压转换器204不运行，反之，当第二降压转换器204运行时，第三升压转换器203不运行。
[0057] 请参阅图6，其为本公开第二优选实施例的机器人系统的架构方框图。如图6所示，于本实施例中，机器人系统1的架构和作动原理皆与图1所示的机器人系统1的架构和作动原理相似，故于此仅以相同符号标示来代表元件的结构及作动相似而不再进行赘述。唯相较于图1所示的机器人系统1的每一轴致动模块3的马达32不具有中空结构，本实施例的机器人系统1的每一轴致动模块3的马达32’是由中空马达所构成，因此马达32包含第一中空结构320’，第一中空结构320’用以容置至少一线材，例如电源线及/或
信号线等，而如图6所例示，第一中空结构320’可容置电连接于自身所对应的轴电源转换装置30的第二输出端302至相连接的另一轴致动模块3的轴电源转换装置30的轴输入端300之间的电源线。当然，于其它实施例中，驱动装置31’可包含柔性
电路板，该柔性电路板可弯折成中空的环形结构或半环形结构，使得驱动装置31’通过该柔性电路板的中心结构而具有第二中空结构310’，且用以容置至少一线材，例如电源线及/或信号线等，而如图6所例示，第二中空结构310’可容置电连接于自身所对应的轴电源转换装置30的第二输出端302至相连接的另一轴致动模块3的轴电源转换装置30的轴输入端300之间的电源线。
[0058] 综上所述，本公开为一种机器人系统，该机器人系统是将输入电源转换装置设置于机器人系统的基座内，将轴电源转换装置设置于机器人系统的轴致动模块内，以分别利用输入电源转换装置及轴电源转换装置来进行相关的电能转换，借此提供机器人系统运行所需的电能，故机器人系统并无须额外设置外部电控箱，使机器人系统可便于移动。此外，由于本公开的机器人系统的每个轴致动模块是设置轴电源转换装置，以将所接收到的第一电压转换为可维持在额定值的第二电压，故轴电源转换装置可提供稳压功能，使得每个轴致动模块皆可有足够的电压来进行运行。另外，由于本公开的机器人系统的轴电源转换装置包含第一升压转换器，而输入电源转换装置包含了直流/交流转换器或第二降压转换器，进而利用第一升压转换器，以及利用直流/交流转换器或第二降压转换器而有效回收由马达所产生的再生电能。更甚者，由于本公开的机器人系统是先通过输入电源转换装置将所接收到的输入电压转换成相对高压的第一电压，并可提供至每个轴致动模块的轴电源转换装置，后续再由轴电源转换装置将第一电压转换为相对低压的第二电压，故本公开的机器人系统的内部所存在的大部分电源线便可选用线径较小的电源线来构成，因此本公开的机器人系统的内部空间及电源线的设置的路径较为简单。
