專利名稱：機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)需要配有專用的UPS系統(tǒng)或需要配備電池以備當(dāng)突然掉電或電源性能不好時，不至于對整個機(jī)器人系統(tǒng)的主控計算機(jī)造成損壞，如果不足，需要關(guān)閉操作系統(tǒng)并提示用戶充電。另外，機(jī)器人控制系統(tǒng)為Windows，即使電量充足在關(guān)機(jī)時也要先關(guān)閉系統(tǒng)再切斷電源，否則會對磁盤造成損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是在現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)中對整個機(jī)器人系統(tǒng)的電量進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)電源工作不正常時可以發(fā)出報警，并經(jīng)過一段延時關(guān)閉機(jī)器人系統(tǒng)，增加了機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路、主控單片機(jī)和通訊電路；所述電流采樣電路和電壓采樣電路設(shè)于機(jī)器人電源接入端，分別用于對電源的電流和電壓進(jìn)行采樣并將采樣結(jié)果傳送給所述主控單片機(jī)；所述主控單片機(jī)用于根據(jù)電流采樣結(jié)果和電壓采樣結(jié)果計算電源剩余電量值，在電量低于設(shè)定值通過通訊電路向機(jī)器人的主控制板發(fā)出報警提示并在必要時通過電源控制電路切斷各電氣模塊的電源；所述電源控制電路用于根據(jù)人工控制或主控單片機(jī)的控制信號導(dǎo)通或切斷電源以給各電氣模塊供電或斷電；所述電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路和通訊電路均與所述主控單片機(jī)連接。其中，所述機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)還包括用于采集機(jī)器人溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述主控單片機(jī)。其中，所述主控單片機(jī)還用于在電流超過預(yù)設(shè)值時控制電源控制電路切斷各電氣模塊的電源。其中，所述機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)還包括鎖存器，所述鎖存器用于對上電自鎖信號進(jìn)行鎖存，所述鎖存器輸入端連接所述主控單片機(jī)，鎖存器輸出端連接所述電源控制電路。其中，所述電源控制電路包括PMOS管、三極管、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第二二極管、第三二極管和按鍵；第一分壓電阻的一端連接至電源，第一分壓電阻另一端連接第二分壓電阻的一端，第二分壓電阻的另一端通過第二二極管和按鍵接地，且第二分壓電阻的該端還連接三極管的集電極，三極管的發(fā)射極接地，三極管的基極連接至鎖存器的輸出端；按鍵與第二二極管連接的公共接點還連接第三二極管的負(fù)極，第三二極管的正極連接至所述主控單片機(jī)；第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共接點連接所述PMOS管的柵極，所述PMOS管的漏極連接至電源，源極連接所述主控單片機(jī)為主控單片機(jī)供電。其中，所述鎖存器主要由D觸發(fā)器構(gòu)成。其中，所述通訊電路中設(shè)置有串行總線接口，所述串行總線接口用于與機(jī)器人主控制板連接通訊。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在機(jī)器人系統(tǒng)中對機(jī)器人系統(tǒng)的電量進(jìn)行實時監(jiān)控，通過對電源電流和電壓的采集，計算出電源剩余電量，當(dāng)發(fā)生電量不足等供電電源異常時可以發(fā)出報警并通知上位機(jī)關(guān)閉系統(tǒng)，防止由于機(jī)器人系統(tǒng)突然失電對電氣設(shè)備造成損壞，提高機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。


圖1是本發(fā)明的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)中電源控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)中鎖存器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、電池，2、電流采樣電路，3、電壓采樣電路，4、上電電路，5、直流/直流電源，6、主控單片機(jī)，7、驅(qū)動電路，8、開關(guān)管，9、通訊電路，10、主控制板，11、溫度傳感器，12、電機(jī)控制器。
具體實施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。本發(fā)明主要是為了提供一種機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，用于對機(jī)器人系統(tǒng)中的UPS系統(tǒng)或備用電池等備用電源的電量進(jìn)行監(jiān)控，以防止電量不足對機(jī)器人系統(tǒng)的主控計算機(jī)造成損壞。參閱圖1和圖2，在本發(fā)明電量監(jiān)控系統(tǒng)的一實施例中，電量監(jiān)控系統(tǒng)包括電流采樣電路2、電壓采樣電路3、上電電路4、驅(qū)動電路7、開關(guān)管8、主控單片機(jī)6和通訊電路9 ；其中上電電路4、驅(qū)動電路7和開關(guān)管8共同構(gòu)成電源控制電路。電流采樣電路2和電壓采樣電路3設(shè)于機(jī)器人電源接入端與電池I連接分別用于對電池I的電流和電壓進(jìn)行采樣并將采樣結(jié)果傳送給所述主控單片機(jī)6的AD端口(AD0、AD1、AD5、AD6);主控單片機(jī)6可根據(jù)電流采樣結(jié)果和電壓采樣結(jié)果計算電源剩余電量值并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，主控單片機(jī)6的UART端口連接有用于與主控制板10連接通訊的通訊電路9，該通訊電路9可采用多種方式與主控制板10連接，在本例中，通訊電路9與主控制板10采用RS232串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，主控單片機(jī)6在電量低于設(shè)定值可通過通訊電路9向機(jī)器人的主控制板10發(fā)出報警提示，當(dāng)電量無法續(xù)航時，通過驅(qū)動電路7來控制開關(guān)管8切斷各電氣模塊如圖中所示的直流/直流電源5、主控制板10以及電機(jī)控制器12的電源。上電電路4的輸入端通過電流采樣電路2接電池，輸出端通過直流/直流電源5連接主控單片機(jī)6的電源端POWER，該上電電路4可根據(jù)人工控制或主控單片機(jī)6的控制信號導(dǎo)通或切斷與電池I的連接以給主控單片機(jī)6供電或斷電，直流/直流電源5對上電電路4的輸出電壓進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換以獲得符合主控單片機(jī)6工作要求的電壓。驅(qū)動電路7的輸入端連接主控單片機(jī)6的I/O端口，輸出端接開關(guān)管8的控制端,開關(guān)管8的輸入端通過電流采樣電路2連接至電池1，開關(guān)管8輸出端連接其他外設(shè)如主控制板10和電機(jī)控制器12等，主控單片機(jī)6通過I/O端口向驅(qū)動電路7發(fā)出控制信號然后該控制信號被用于對開關(guān)管8的狀態(tài)進(jìn)行控制，從而達(dá)到導(dǎo)通或截止外設(shè)電源的效果。在一具體實施例中，本發(fā)明的電量監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)器人上電后即開始工作，可以按需設(shè)置電量檢測的周期，例如設(shè)置為每2分鐘檢測一次時，電流采樣電路2和電壓采樣電路3每2分鐘對電池I的電流和電壓進(jìn)行一次采樣，主控單片機(jī)6接收電流采樣電路2和電壓采樣電路3的采樣結(jié)果，計算出電池剩余電量，然后通過通訊電路9向主控制板10發(fā)送剩余電量值。當(dāng)電量低于15% (該數(shù)值可以根據(jù)需要另行設(shè)置)時，通過通訊電路9向主控制板10發(fā)送電量低警告，建議充電；當(dāng)電量低于5% (同樣，該數(shù)值也可以根據(jù)需要設(shè)置)時，通過通訊電路9向主控制板10發(fā)送電量即將用完警告以及關(guān)閉操作系統(tǒng)的命令，通過驅(qū)動電路7控制開關(guān)管8延時10s，切斷所有電氣設(shè)備電源。當(dāng)電流超過預(yù)設(shè)值一段時間(比如5ms)時，主控單片機(jī)6控制電源控制電路切斷所有電氣設(shè)備電源以避免過流損壞設(shè)備。除了對電源的電流和電壓進(jìn)行采樣得到電量數(shù)據(jù)外，主控單片機(jī)6還可以擴(kuò)展連接溫度傳感器11，溫度傳感器11對機(jī)器人系統(tǒng)的溫度進(jìn)行實時監(jiān)控，主控單片機(jī)6在溫度異常時相應(yīng)地傳送相關(guān)信號通知主控制板10作出關(guān)閉系統(tǒng)等消除危險的動作。為了防止當(dāng)CPU工作不正常時，I/O的狀態(tài)突然改變導(dǎo)致不安全關(guān)機(jī)，可以采用芯片電源處加大容量電容的方案，這樣可以使當(dāng)CPU重啟動時，保證自鎖的信號可以輸出短時間的高電平信號，但由于采用電容的方案時只能保持很短的時間，因此，在一實施例中，電量監(jiān)控系統(tǒng)中還包括一鎖存器，用于對上電自鎖信號進(jìn)行鎖存，鎖存器輸入端連接主控單片機(jī)，鎖存器輸出端連接上電電路。參閱圖4，在一具體的鎖存信號設(shè)計中，采用D觸發(fā)器對上電自鎖信號進(jìn)行鎖存，鎖存器U3由主控單片機(jī)6向其電源端VCC提供3.3V電壓對其供電，輸入鎖存器U3的輸入端Dl的信號P12即為主控單片機(jī)6由I/O端口輸出的自鎖信號，鎖存器U3的輸出端Ql輸出信號012連接至上電電路，對上電電路的上電進(jìn)行控制。圖3給出了機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)中電源控制電路的一具體電路結(jié)構(gòu)，電源控制電路包括PMOS管Q1、三極管Q2、第一分壓電阻R6、第二分壓電阻R9、第二二極管D2、第三二極管D3和按鍵SW2 ;第一分壓電阻R6的一端連接至電源，第一分壓電阻R6另一端連接第二分壓電阻R9的一端，第二分壓電阻R9的另一端通過第二二極管D2和按鍵SW2接地，且第二分壓電阻R9的該端還連接三極管Q2的集電極，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的基極經(jīng)電阻R8、R7接地，電阻R8與電阻R7連接的公共接點連接至鎖存器的輸出端；按鍵SW2與第二二極管D2連接的公共接點還連接第三二極管D3的負(fù)極，第三二極管D3的正極連接至所述主控單片機(jī)；第一分壓電阻R6與第二分壓電阻R9的公共接點連接所述PMOS管Ql的柵極，所述PMOS管Ql的漏極連接至電源，源極連接所述主控單片機(jī)為主控單片機(jī)供電。機(jī)器人使用電池或外接電源供電，有一總開關(guān)控制總電源通斷?？傞_關(guān)一般處于常開狀態(tài)，電流經(jīng)過總開關(guān)到達(dá)電源控制模塊。電源控制模塊由安裝在機(jī)器人外罩明顯處的按鈕控制。當(dāng)機(jī)器人未上電時，用戶按一下按鍵SW2，24V(D24)經(jīng)過電阻R6、R9、二極管D2和按鍵SW2到GND，此時電阻R6兩端的電壓壓降使PMOS管Ql的漏極和源極開通，24V輸入電壓(D24)經(jīng)PMOS管Ql的源極輸出(E24)，主控單片機(jī)6上電，主控單片機(jī)6上電后使P12 口輸出高電平，該信號P12輸入至鎖存器U3的輸入端，鎖存器輸出信號012使三極管Q2集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，此時24V(D24)通過電阻R6、R9、三極管Q2到GND，此時仍可以保證電阻R6兩端的電壓差，使PMOS管Ql持續(xù)開通，上電成功。開機(jī)后，主控單片機(jī)6設(shè)置P19為高電平，當(dāng)按下按鍵SW2時P19為低電平，當(dāng)長按按鍵4秒，P19接受到超過4秒的低電平時，主控單片機(jī)6產(chǎn)生關(guān)機(jī)信號，通知外設(shè)關(guān)閉，當(dāng)所有外設(shè)關(guān)閉后，單片機(jī)使P12輸出為低電平，將自己關(guān)閉。本發(fā)明在機(jī)器人系統(tǒng)中對機(jī)器人系統(tǒng)的電量進(jìn)行實時監(jiān)控，通過對電源電流和電壓的采集，計算出電源剩余電量，當(dāng)發(fā)生電量不足等供電電源異常時可以發(fā)出報警并通知上位機(jī)關(guān)閉系統(tǒng)，防止由于機(jī)器人系統(tǒng)突然失電對電氣設(shè)備造成損壞，提高機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。另外也可以在電流過大時關(guān)閉機(jī)器人系統(tǒng)提供過流保護(hù)；此外還能提供溫度參數(shù)的采集防止機(jī)器人過熱。進(jìn)一步提高機(jī)器人系統(tǒng)的安全性。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路、主控單片機(jī)和通訊電路； 所述電流采樣電路和電壓采樣電路設(shè)于機(jī)器人電源接入端，分別用于對電源的電流和電壓進(jìn)行采樣并將采樣結(jié)果傳送給所述主控單片機(jī)； 所述主控單片機(jī)用于根據(jù)電流采樣結(jié)果和電壓采樣結(jié)果計算電源剩余電量值，在電量低于設(shè)定值通過通訊電路向機(jī)器人的主控制板發(fā)出報警提示并在必要時通過電源控制電路切斷各電氣模塊的電源； 所述電源控制電路用于根據(jù)人工控制或主控單片機(jī)的控制信號導(dǎo)通或切斷電源以給各電氣模塊供電或斷電； 所述電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路和通訊電路均與所述主控單片機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于采集機(jī)器人溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述主控單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述主控單片機(jī)還用于在電流超過預(yù)設(shè)值時控制電源控制電路切斷各電氣模塊的電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括鎖存器，所述鎖存器用于對上電自鎖信號進(jìn)行鎖存，所述鎖存器輸入端連接所述主控單片機(jī)，鎖存器輸出端連接所述電源控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述電源控制電路包括PMOS管、三極管、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第二二極管、第三二極管和按鍵； 第一分壓電阻的一端連接至電源，第一分壓電阻另一端連接第二分壓電阻的一端，第二分壓電阻的另一端通過第二二極管和按鍵接地，且第二分壓電阻的該端還連接三極管的集電極，三極管的發(fā)射極接地，三極管的基極連接至鎖存器的輸出端；按鍵與第二二極管連接的公共接點還連接第三二極管的負(fù)極，第三二極管的正極連接至所述主控單片機(jī)； 第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共接點連接所述PMOS管的柵極，所述PMOS管的漏極連接至電源，源極連接所述主控單片機(jī)為主控單片機(jī)供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述鎖存器主要由D觸發(fā)器構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述通訊電路中設(shè)置有串行總線接口，所述串行總線接口用于與機(jī)器人主控制板連接通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)器人電量監(jiān)控系統(tǒng)，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路、主控單片機(jī)和通訊電路；電流采樣電路和電壓采樣電路設(shè)于機(jī)器人電源接入端，分別用于對電源的電流和電壓進(jìn)行采樣并將采樣結(jié)果傳送給主控單片機(jī)；主控單片機(jī)用于根據(jù)電流采樣結(jié)果和電壓采樣結(jié)果計算電源剩余電量值，在電量低于設(shè)定值通過通訊電路向機(jī)器人的主控制板發(fā)出報警提示并在必要時通過電源控制電路切斷各電氣模塊的電源；電源控制電路用于給各電氣模塊供電或斷電；電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路和通訊電路均與所述主控單片機(jī)連接。本發(fā)明可對機(jī)器人的電量進(jìn)行實時監(jiān)控，在供電不正常時報警提示，提高機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
文檔編號H02H3/00GK103197578SQ20121000373
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者曲道奎, 賈凱, 徐方, 褚明杰, 於曉龍, 楊奇峰, 劉一恒, 陳廷輝 申請人:沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司