專利名稱：機器人電量監控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人控制領域，尤其涉及一種機器人電量監控系統。
背景技術：
現有的機器人系統需要配有專用的UPS系統或需要配備電池以備當突然掉電或電源性能不好時，不至于對整個機器人系統的主控計算機造成損壞，如果不足，需要關閉操作系統并提示用戶充電。另外，機器人控制系統為Windows，即使電量充足在關機時也要先關閉系統再切斷電源，否則會對磁盤造成損壞。

發明內容
本發明主要是在現有的機器人系統中對整個機器人系統的電量進行實時監控，當電源工作不正常時可以發出報警，并經過一段延時關閉機器人系統，增加了機器人系統的穩定性和安全性。為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種機器人電量監控系統，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路、主控單片機和通訊電路；所述電流采樣電路和電壓采樣電路設于機器人電源接入端，分別用于對電源的電流和電壓進行采樣并將采樣結果傳送給所述主控單片機；所述主控單片機用于根據電流采樣結果和電壓采樣結果計算電源剩余電量值，在電量低于設定值通過通訊電路向機器人的主控制板發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人工控制或主控單片機的控制信號導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連接。其中，所述機器人電量監控系統還包括用于采集機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。其中，所述主控單片機還用于在電流超過預設值時控制電源控制電路切斷各電氣模塊的電源。其中，所述機器人電量監控系統還包括鎖存器，所述鎖存器用于對上電自鎖信號進行鎖存，所述鎖存器輸入端連接所述主控單片機，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極，第三二極管的正極連接至所述主控單片機；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為主控單片機供電。其中，所述鎖存器主要由D觸發器構成。其中，所述通訊電路中設置有串行總線接口，所述串行總線接口用于與機器人主控制板連接通訊。本發明的有益效果是:本發明在機器人系統中對機器人系統的電量進行實時監控，通過對電源電流和電壓的采集，計算出電源剩余電量，當發生電量不足等供電電源異常時可以發出報警并通知上位機關閉系統，防止由于機器人系統突然失電對電氣設備造成損壞，提高機器人系統運行的穩定性和安全性。


圖1是本發明的機器人電量監控系統的系統框圖。圖2是本發明的機器人電量監控系統的電路結構示意圖。圖3是本發明的機器人電量監控系統中電源控制電路的結構示意圖。圖4是本發明的機器人電量監控系統中鎖存器的結構示意圖。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，7、驅動電路，8、開關管，9、通訊電路，10、主控制板，11、溫度傳感器，12、電機控制器。
具體實施例方式為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。本發明主要是為了提供一種機器人電量監控系統，用于對機器人系統中的UPS系統或備用電池等備用電源的電量進行監控，以防止電量不足對機器人系統的主控計算機造成損壞。參閱圖1和圖2，在本發明電量監控系統的一實施例中，電量監控系統包括電流采樣電路2、電壓采樣電路3、上電電路4、驅動電路7、開關管8、主控單片機6和通訊電路9 ；其中上電電路4、驅動電路7和開關管8共同構成電源控制電路。電流采樣電路2和電壓采樣電路3設于機器人電源接入端與電池I連接分別用于對電池I的電流和電壓進行采樣并將采樣結果傳送給所述主控單片機6的AD端口(AD0、AD1、AD5、AD6);主控單片機6可根據電流采樣結果和電壓采樣結果計算電源剩余電量值并產生相應的控制信號，主控單片機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串行總線進行數據通訊，主控單片機6在電量低于設定值可通過通訊電路9向機器人的主控制板10發出報警提示，當電量無法續航時，通過驅動電路7來控制開關管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6的電源端POWER，該上電電路4可根據人工控制或主控單片機6的控制信號導通或切斷與電池I的連接以給主控單片機6供電或斷電，直流/直流電源5對上電電路4的輸出電壓進行電源轉換以獲得符合主控單片機6工作要求的電壓。驅動電路7的輸入端連接主控單片機6的I/O端口，輸出端接開關管8的控制端,開關管8的輸入端通過電流采樣電路2連接至電池1，開關管8輸出端連接其他外設如主控制板10和電機控制器12等，主控單片機6通過I/O端口向驅動電路7發出控制信號然后該控制信號被用于對開關管8的狀態進行控制，從而達到導通或截止外設電源的效果。在一具體實施例中，本發明的電量監控系統在機器人上電后即開始工作，可以按需設置電量檢測的周期，例如設置為每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的電流和電壓進行一次采樣，主控單片機6接收電流采樣電路2和電壓采樣電路3的采樣結果，計算出電池剩余電量，然后通過通訊電路9向主控制板10發送剩余電量值。當電量低于15% (該數值可以根據需要另行設置)時，通過通訊電路9向主控制板10發送電量低警告，建議充電；當電量低于5% (同樣，該數值也可以根據需要設置)時，通過通訊電路9向主控制板10發送電量即將用完警告以及關閉操作系統的命令，通過驅動電路7控制開關管8延時10s，切斷所有電氣設備電源。當電流超過預設值一段時間(比如5ms)時，主控單片機6控制電源控制電路切斷所有電氣設備電源以避免過流損壞設備。除了對電源的電流和電壓進行采樣得到電量數據外，主控單片機6還可以擴展連接溫度傳感器11，溫度傳感器11對機器人系統的溫度進行實時監控，主控單片機6在溫度異常時相應地傳送相關信號通知主控制板10作出關閉系統等消除危險的動作。為了防止當CPU工作不正常時，I/O的狀態突然改變導致不安全關機，可以采用芯片電源處加大容量電容的方案，這樣可以使當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，電量監控系統中還包括一鎖存器，用于對上電自鎖信號進行鎖存，鎖存器輸入端連接主控單片機，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計中，采用D觸發器對上電自鎖信號進行鎖存，鎖存器U3由主控單片機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行控制。圖3給出了機器人電量監控系統中電源控制電路的一具體電路結構，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的發射極接地，三極管Q2的基極經電阻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的負極，第三二極管D3的正極連接至所述主控單片機；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為主控單片機供電。機器人使用電池或外接電源供電，有一總開關控制總電源通斷。總開關一般處于常開狀態，電流經過總開關到達電源控制模塊。電源控制模塊由安裝在機器人外罩明顯處的按鈕控制。當機器人未上電時，用戶按一下按鍵SW2，24V(D24)經過電阻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PMOS管Ql的源極輸出(E24)，主控單片機6上電，主控單片機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集電極和發射極導通，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持續開通，上電成功。開機后，主控單片機6設置P19為高電平，當按下按鍵SW2時P19為低電平，當長按按鍵4秒，P19接受到超過4秒的低電平時，主控單片機6產生關機信號，通知外設關閉，當所有外設關閉后，單片機使P12輸出為低電平，將自己關閉。本發明在機器人系統中對機器人系統的電量進行實時監控，通過對電源電流和電壓的采集，計算出電源剩余電量，當發生電量不足等供電電源異常時可以發出報警并通知上位機關閉系統，防止由于機器人系統突然失電對電氣設備造成損壞，提高機器人系統運行的穩定性和安全性。另外也可以在電流過大時關閉機器人系統提供過流保護；此外還能提供溫度參數的采集防止機器人過熱。進一步提高機器人系統的安全性。以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
1.一種機器人電量監控系統，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、主控單片機和通訊電路； 所述電流采樣電路和電壓采樣電路設于機器人電源接入端，分別用于對電源的電流和電壓進行采樣并將采樣結果傳送給所述主控單片機； 所述主控單片機用于根據電流采樣結果和電壓采樣結果計算電源剩余電量值，在電量低于設定值通過通訊電路向機器人的主控制板發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人工控制或主控單片機的控制信號導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連接。
2.根據權利要求1所述的機器人電量監控系統，其特征在于:還包括用于采集機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。
3.根據權利要求1所述的機器人電量監控系統，其特征在于:所述主控單片機還用于在電流超過預設值時控制電源控制電路切斷各電氣模塊的電源。
4.根據權利要求1所述的機器人電量監控系統，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行鎖存，所述鎖存器輸入端連接所述主控單片機，鎖存器輸出端連接所述電源控制電路。
5.根據權利要求4所述的機器人電量監控系統，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極，第三二極管的正極連接至所述主控單片機； 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為主控單片機供電。
6.根據權利要求4所述的機器人電量監控系統，其特征在于:所述鎖存器主要由D觸發器構成。
7.根據權利要求1-6任一項所述的機器人電量監控系統，其特征在于:所述通訊電路中設置有串行總線接口，所述串行總線接口用于與機器人主控制板連接通訊。
全文摘要
本發明公開了一種機器人電量監控系統，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、電源控制電路、主控單片機和通訊電路；電流采樣電路和電壓采樣電路設于機器人電源接入端，分別用于對電源的電流和電壓進行采樣并將采樣結果傳送給主控單片機；主控單片機用于根據電流采樣結果和電壓采樣結果計算電源剩余電量值，在電量低于設定值通過通訊電路向機器人的主控制板發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連接。本發明可對機器人的電量進行實時監控，在供電不正常時報警提示，提高機器人系統的穩定性和安全性。
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 優先權日2012年1月6日
發明者曲道奎, 賈凱, 徐方, 褚明杰, 於曉龍, 楊奇峰, 劉一恒, 陳廷輝 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司