专利名称：机器人电量监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机器人电量监控系统。
背景技术：
现有的机器人系统需要配有专用的UPS系统或需要配备电池以备当突然掉电或电源性能不好时，不至于对整个机器人系统的主控计算机造成损坏，如果不足，需要关闭操作系统并提示用户充电。另外，机器人控制系统为Windows，即使电量充足在关机时也要先关闭系统再切断电源，否则会对磁盘造成损坏。
发明内容
本发明主要是在现有的机器人系统中对整个机器人系统的电量进行实时监控，当电源工作不正常时可以发出报警，并经过一段延时关闭机器人系统，增加了机器人系统的稳定性和安全性。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种机器人电量监控系统，包括电流采样电路、电压采样电路、电源控制电路、主控单片机和通讯电路；所述电流采样电路和电压采样电路设于机器人电源接入端，分别用于对电源的电流和电压进行采样并将采样结果传送给所述主控单片机；所述主控单片机用于根据电流采样结果和电压采样结果计算电源剩余电量值，在电量低于设定值通过通讯电路向机器人的主控制板发出报警提示并在必要时通过电源控制电路切断各电气模块的电源；所述电源控制电路用于根据人工控制或主控单片机的控制信号导通或切断电源以给各电气模块供电或断电；所述电流采样电路、电压采样电路、电源控制电路和通讯电路均与所述主控单片机连接。其中，所述机器人电量监控系统还包括用于采集机器人温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述主控单片机。其中，所述主控单片机还用于在电流超过预设值时控制电源控制电路切断各电气模块的电源。其中，所述机器人电量监控系统还包括锁存器，所述锁存器用于对上电自锁信号进行锁存，所述锁存器输入端连接所述主控单片机，锁存器输出端连接所述电源控制电路。其中，所述电源控制电路包括PMOS管、三极管、第一分压电阻、第二分压电阻、第二二极管、第三二极管和按键；第一分压电阻的一端连接至电源，第一分压电阻另一端连接第二分压电阻的一端，第二分压电阻的另一端通过第二二极管和按键接地，且第二分压电阻的该端还连接三极管的集电极，三极管的发射极接地，三极管的基极连接至锁存器的输出端；按键与第二二极管连接的公共接点还连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接至所述主控单片机；第一分压电阻与第二分压电阻的公共接点连接所述PMOS管的栅极，所述PMOS管的漏极连接至电源，源极连接所述主控单片机为主控单片机供电。其中，所述锁存器主要由D触发器构成。其中，所述通讯电路中设置有串行总线接口，所述串行总线接口用于与机器人主控制板连接通讯。本发明的有益效果是:本发明在机器人系统中对机器人系统的电量进行实时监控，通过对电源电流和电压的采集，计算出电源剩余电量，当发生电量不足等供电电源异常时可以发出报警并通知上位机关闭系统，防止由于机器人系统突然失电对电气设备造成损坏，提高机器人系统运行的稳定性和安全性。
图1是本发明的机器人电量监控系统的系统框图。图2是本发明的机器人电量监控系统的电路结构示意图。图3是本发明的机器人电量监控系统中电源控制电路的结构示意图。图4是本发明的机器人电量监控系统中锁存器的结构示意图。图中:1、电池，2、电流采样电路，3、电压采样电路，4、上电电路，5、直流/直流电源，6、主控单片机，7、驱动电路，8、开关管，9、通讯电路，10、主控制板，11、温度传感器，12、电机控制器。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。本发明主要是为了提供一种机器人电量监控系统，用于对机器人系统中的UPS系统或备用电池等备用电源的电量进行监控，以防止电量不足对机器人系统的主控计算机造成损坏。参阅图1和图2，在本发明电量监控系统的一实施例中，电量监控系统包括电流采样电路2、电压采样电路3、上电电路4、驱动电路7、开关管8、主控单片机6和通讯电路9 ；其中上电电路4、驱动电路7和开关管8共同构成电源控制电路。电流采样电路2和电压采样电路3设于机器人电源接入端与电池I连接分别用于对电池I的电流和电压进行采样并将采样结果传送给所述主控单片机6的AD端口(AD0、AD1、AD5、AD6);主控单片机6可根据电流采样结果和电压采样结果计算电源剩余电量值并产生相应的控制信号，主控单片机6的UART端口连接有用于与主控制板10连接通讯的通讯电路9，该通讯电路9可采用多种方式与主控制板10连接，在本例中，通讯电路9与主控制板10采用RS232串行总线进行数据通讯，主控单片机6在电量低于设定值可通过通讯电路9向机器人的主控制板10发出报警提示，当电量无法续航时，通过驱动电路7来控制开关管8切断各电气模块如图中所示的直流/直流电源5、主控制板10以及电机控制器12的电源。上电电路4的输入端通过电流采样电路2接电池，输出端通过直流/直流电源5连接主控单片机6的电源端POWER，该上电电路4可根据人工控制或主控单片机6的控制信号导通或切断与电池I的连接以给主控单片机6供电或断电，直流/直流电源5对上电电路4的输出电压进行电源转换以获得符合主控单片机6工作要求的电压。驱动电路7的输入端连接主控单片机6的I/O端口，输出端接开关管8的控制端,开关管8的输入端通过电流采样电路2连接至电池1，开关管8输出端连接其他外设如主控制板10和电机控制器12等，主控单片机6通过I/O端口向驱动电路7发出控制信号然后该控制信号被用于对开关管8的状态进行控制，从而达到导通或截止外设电源的效果。在一具体实施例中，本发明的电量监控系统在机器人上电后即开始工作，可以按需设置电量检测的周期，例如设置为每2分钟检测一次时，电流采样电路2和电压采样电路3每2分钟对电池I的电流和电压进行一次采样，主控单片机6接收电流采样电路2和电压采样电路3的采样结果，计算出电池剩余电量，然后通过通讯电路9向主控制板10发送剩余电量值。当电量低于15% (该数值可以根据需要另行设置)时，通过通讯电路9向主控制板10发送电量低警告，建议充电；当电量低于5% (同样，该数值也可以根据需要设置)时，通过通讯电路9向主控制板10发送电量即将用完警告以及关闭操作系统的命令，通过驱动电路7控制开关管8延时10s，切断所有电气设备电源。当电流超过预设值一段时间(比如5ms)时，主控单片机6控制电源控制电路切断所有电气设备电源以避免过流损坏设备。除了对电源的电流和电压进行采样得到电量数据外，主控单片机6还可以扩展连接温度传感器11，温度传感器11对机器人系统的温度进行实时监控，主控单片机6在温度异常时相应地传送相关信号通知主控制板10作出关闭系统等消除危险的动作。为了防止当CPU工作不正常时，I/O的状态突然改变导致不安全关机，可以采用芯片电源处加大容量电容的方案，这样可以使当CPU重启动时，保证自锁的信号可以输出短时间的高电平信号，但由于采用电容的方案时只能保持很短的时间，因此，在一实施例中，电量监控系统中还包括一锁存器，用于对上电自锁信号进行锁存，锁存器输入端连接主控单片机，锁存器输出端连接上电电路。参阅图4，在一具体的锁存信号设计中，采用D触发器对上电自锁信号进行锁存，锁存器U3由主控单片机6向其电源端VCC提供3.3V电压对其供电，输入锁存器U3的输入端Dl的信号P12即为主控单片机6由I/O端口输出的自锁信号，锁存器U3的输出端Ql输出信号012连接至上电电路，对上电电路的上电进行控制。图3给出了机器人电量监控系统中电源控制电路的一具体电路结构，电源控制电路包括PMOS管Q1、三极管Q2、第一分压电阻R6、第二分压电阻R9、第二二极管D2、第三二极管D3和按键SW2 ;第一分压电阻R6的一端连接至电源，第一分压电阻R6另一端连接第二分压电阻R9的一端，第二分压电阻R9的另一端通过第二二极管D2和按键SW2接地，且第二分压电阻R9的该端还连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极经电阻R8、R7接地，电阻R8与电阻R7连接的公共接点连接至锁存器的输出端；按键SW2与第二二极管D2连接的公共接点还连接第三二极管D3的负极，第三二极管D3的正极连接至所述主控单片机；第一分压电阻R6与第二分压电阻R9的公共接点连接所述PMOS管Ql的栅极，所述PMOS管Ql的漏极连接至电源，源极连接所述主控单片机为主控单片机供电。机器人使用电池或外接电源供电，有一总开关控制总电源通断。总开关一般处于常开状态，电流经过总开关到达电源控制模块。电源控制模块由安装在机器人外罩明显处的按钮控制。当机器人未上电时，用户按一下按键SW2，24V(D24)经过电阻R6、R9、二极管D2和按键SW2到GND，此时电阻R6两端的电压压降使PMOS管Ql的漏极和源极开通，24V输入电压(D24)经PMOS管Ql的源极输出(E24)，主控单片机6上电，主控单片机6上电后使P12 口输出高电平，该信号P12输入至锁存器U3的输入端，锁存器输出信号012使三极管Q2集电极和发射极导通，此时24V(D24)通过电阻R6、R9、三极管Q2到GND，此时仍可以保证电阻R6两端的电压差，使PMOS管Ql持续开通，上电成功。开机后，主控单片机6设置P19为高电平，当按下按键SW2时P19为低电平，当长按按键4秒，P19接受到超过4秒的低电平时，主控单片机6产生关机信号，通知外设关闭，当所有外设关闭后，单片机使P12输出为低电平，将自己关闭。本发明在机器人系统中对机器人系统的电量进行实时监控，通过对电源电流和电压的采集，计算出电源剩余电量，当发生电量不足等供电电源异常时可以发出报警并通知上位机关闭系统，防止由于机器人系统突然失电对电气设备造成损坏，提高机器人系统运行的稳定性和安全性。另外也可以在电流过大时关闭机器人系统提供过流保护；此外还能提供温度参数的采集防止机器人过热。进一步提高机器人系统的安全性。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种机器人电量监控系统，其特征在于，包括电流采样电路、电压采样电路、电源控制电路、主控单片机和通讯电路； 所述电流采样电路和电压采样电路设于机器人电源接入端，分别用于对电源的电流和电压进行采样并将采样结果传送给所述主控单片机； 所述主控单片机用于根据电流采样结果和电压采样结果计算电源剩余电量值，在电量低于设定值通过通讯电路向机器人的主控制板发出报警提示并在必要时通过电源控制电路切断各电气模块的电源； 所述电源控制电路用于根据人工控制或主控单片机的控制信号导通或切断电源以给各电气模块供电或断电； 所述电流采样电路、电压采样电路、电源控制电路和通讯电路均与所述主控单片机连接。
2.根据权利要求1所述的机器人电量监控系统，其特征在于:还包括用于采集机器人温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述主控单片机。
3.根据权利要求1所述的机器人电量监控系统，其特征在于:所述主控单片机还用于在电流超过预设值时控制电源控制电路切断各电气模块的电源。
4.根据权利要求1所述的机器人电量监控系统，其特征在于，还包括锁存器，所述锁存器用于对上电自锁信号进行锁存，所述锁存器输入端连接所述主控单片机，锁存器输出端连接所述电源控制电路。
5.根据权利要求4所述的机器人电量监控系统，其特征在于:所述电源控制电路包括PMOS管、三极管、第一分压电阻、第二分压电阻、第二二极管、第三二极管和按键； 第一分压电阻的一端连接至电源，第一分压电阻另一端连接第二分压电阻的一端，第二分压电阻的另一端通过第二二极管和按键接地，且第二分压电阻的该端还连接三极管的集电极，三极管的发射极接地，三极管的基极连接至锁存器的输出端；按键与第二二极管连接的公共接点还连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接至所述主控单片机； 第一分压电阻与第二分压电阻的公共接点连接所述PMOS管的栅极，所述PMOS管的漏极连接至电源，源极连接所述主控单片机为主控单片机供电。
6.根据权利要求4所述的机器人电量监控系统，其特征在于:所述锁存器主要由D触发器构成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的机器人电量监控系统，其特征在于:所述通讯电路中设置有串行总线接口，所述串行总线接口用于与机器人主控制板连接通讯。
全文摘要
本发明公开了一种机器人电量监控系统，包括电流采样电路、电压采样电路、电源控制电路、主控单片机和通讯电路；电流采样电路和电压采样电路设于机器人电源接入端，分别用于对电源的电流和电压进行采样并将采样结果传送给主控单片机；主控单片机用于根据电流采样结果和电压采样结果计算电源剩余电量值，在电量低于设定值通过通讯电路向机器人的主控制板发出报警提示并在必要时通过电源控制电路切断各电气模块的电源；电源控制电路用于给各电气模块供电或断电；电流采样电路、电压采样电路、电源控制电路和通讯电路均与所述主控单片机连接。本发明可对机器人的电量进行实时监控，在供电不正常时报警提示，提高机器人系统的稳定性和安全性。
文档编号H02H3/00GK103197578SQ20121000373
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者曲道奎, 贾凯, 徐方, 褚明杰, 於晓龙, 杨奇峰, 刘一恒, 陈廷辉 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司