一种机器人和机器人系统的制作方法

1.本实用新型涉及充电技术领域，特别涉及一种机器人和机器人系统。


背景技术：

2.目前机器人是市场发展的趋势，比如工业机器人、服务机器人、扫地机器人等。一般机器人可以通过充电设备进行充电，在机器人机身设置有充电端，在充电设备上设置有连接机器人的充电端的电能输出端。
3.现有技术中，机器人的充电端和充电设备的电能输出端脱离的瞬间，往往会产生巨大冲击电流，从而瞬间电离空气中的带电离子而产生拉弧放电的现象。使用时间长了以后，电极会因为拉弧放电打火而氧化变黑，影响充电效果，导致发热严重，甚至会导致接触阻抗过大而充不了电和使固定电极的结构件熔化，影响机器人和充电设备的寿命。
4.综上所述，现有技术中机器人和充电设备脱离时存在拉弧放电现象。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种机器人和机器人系统，用以解决现有技术中机器人和充电设备脱离时存在拉弧放电的问题。
6.第一方面，本实用新型实施例提供一种机器人，包括：
7.开关电路，用于控制所述机器人中充电负载的充电回路的通断；
8.控制器，与所述开关电路连接，用于在机器人脱离充电设备前，控制所述开关电路断开所述充电回路。
9.在一种可能的实现方式中，所述开关电路的第一端与所述机器人的充电端的负极连接，所述开关电路的第二端与所述充电负载的负极连接；
10.所述控制器，具体与所述开关电路的通断控制端连接，具体用于在所述机器人脱离充电设备前，向所述开关电路的通断控制端输出控制所述开关电路断开的电平信号。
11.在一种可能的实现方式中，所述开关电路包括开关控制模块和开关模块；
12.所述开关模块的第一端与所述开关控制模块的第一端连接，作为所述开关电路的第一端，所述开关模块的第二端作为所述开关电路的第二端，所述开关模块的第三端与所述开关控制模块的第二端连接；
13.所述开关控制模块的第三端作为所述开关电路的通断控制端，所述开关控制模块用于在接收到所述控制器输出的所述电平信号时，控制所述开关模块断开。
14.在一种可能的实现方式中，所述开关控制模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关管和光电耦合器，其中：
15.所述第一电阻的一端作为所述开关控制模块的第三端，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端、所述第一开关管的控制端连接；
16.所述第二电阻另一端与所述第一开关管的第二端连接，并接地；
17.所述第一开关管的第一端与所述第四电阻的一端、所述光电耦合器的第二端连
接；
18.所述第四电阻的另一端与所述第三电阻的一端、所述光电耦合器的第一端连接；
19.所述第三电阻的另一端与供电电源连接；
20.所述光电耦合器的第三端作为所述开关控制模块的第一端，所述光电耦合器的第四端作为所述开关控制模块的第二端。
21.在一种可能的实现方式中，所述开关模块包括第二开关管；
22.所述第二开关管的第一端作为所述开关模块的第一端，所述第二开关管的第二端作为所述开关模块的第二端，所述第二开关管的控制端作为所述开关模块的第三端。
23.在一种可能的实现方式中，所述机器人还包括：
24.缓启动电路，所述缓启动电路用于在所述机器人接入充电设备后，控制所述充电回路中的充电电流逐渐增大。
25.在一种可能的实现方式中，所述缓启动电路的第一端与所述充电端的正极连接，所述缓启动电路的第二端与所述充电端的负极连接，所述缓启动电路的第三端与所述开关模块的第三端连接，所述缓启动电路具体用于在所述机器人接入充电设备后，控制所述开关模块的第三端的输入电压逐渐增大。
26.在一种可能的实现方式中，所述缓启动电路包括电容、第五电阻、第六电阻、第一二极管和第三开关管，其中：
27.所述第五电阻的一端作为所述缓启动电路的第一端，所述第五电阻的另一端与所述第一二极管的正极、所述第六电阻的一端、所述第三开关管的控制端连接，作为所述缓启动电路的第三端；
28.所述第一二极管的负极与所述电容的一端、所述第三开关管的第二端连接；
29.所述电容的另一端与所述第三开关管的第一端、所述第六电阻的另一端连接，作为所述缓启动电路的第二端。
30.在一种可能的实现方式中，所述缓启动电路还包括稳压管，其中：
31.所述稳压管连接于所述第三开关管的第一端和控制端之间。
32.第二方面，本实用新型实施还提供一种机器人系统，包括充电设备和如第一方面任一所述的机器人。
33.本实用新型提供的一种机器人和机器人系统，由于在机器人脱离充电设备前，控制器控制开关电路断开充电回路，从而可以避免机器人带电脱离充电设备的瞬间产生巨大冲击电流，避免产生拉弧放电现象，避免机器人的充电端的电极和充电设备的电能输出端的电极氧化，进而能够延长机器人和充电设备的使用寿命。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本实用新型实施例提供的一种机器人的结构示意图；
36.图2为本实用新型实施例提供的一种开关电路的结构示意图；
37.图3为本实用新型实施例提供的一种开关控制模的结构示意图；
38.图4为本实用新型实施例提供的一种开关模块的结构示意图；
39.图5为本实用新型实施例提供的又一种开关电路的结构示意图；
40.图6为本实用新型实施例提供的一种缓启动电路的结构示意图；
41.图7为本实用新型实施例提供的又一种缓启动电路的结构示意图；
42.图8为本实用新型实施例提供的又一种缓启动电路的结构示意图；
43.图9为本实用新型实施例提供的一种机器人的电路的结构示意图；
44.图10为本实用新型实施例提供的一种机器人系统的结构示意图。
具体实施方式
45.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
46.本实用新型提供了一种机器人，如图1所示，包括开关电路11和控制器12，其中：
47.开关电路11，用于控制机器人中充电负载的充电回路的通断；
48.控制器12，与开关电路11连接，用于在机器人脱离充电设备前，控制开关电路11断开充电回路。
49.本实用新型实施例中，开关电路控制机器人中充电负载的充电回路的通断，在机器人脱离充电设备前，控制器控制开关电路断开充电回路，从而可以避免机器人带电脱离充电设备的瞬间产生巨大冲击电流，避免产生拉弧放电现象，避免机器人的充电端的电极和充电设备的电能输出端的电极氧化，进而能够延长机器人和充电设备的使用寿命。
50.图1中，机器人的充电端的负极接地，在机器人外部，机器人的充电端的正极a用于与充电设备的电能输出端的正极连接，机器人的充电端的负极b用于与充电设备的电能输出端的负极连接；在机器人内部，充电端的正极a可以与充电负载的正极连接，充电端的负极b可以与开关电路的第一端连接，开关电路的第二端可以与充电负载的负极连接，充电端、充电负载和开关电路组成充电回路，当充电回路导通时，充电设备通过充电端将电能输入到充电负载，为充电负载充电。
51.控制器12，具体与开关电路11的通断控制端连接，具体用于在机器人脱离充电设备前，向开关电路11的通断控制端输出控制开关电路11断开的电平信号。
52.在具体实施中，控制器12可以包括主控制器和微控制器，主控制器可以设置在机器人的机身或机器人的头部，微控制器可以设置在机器人的底盘，当主控制器确定充电负载充电完成后，向微控制器下发断开充电回路的指令，微控制器接收到该指令后，向开关电路发送高电平信号。
53.需要说明的是，主控制器确定充电负载充电完成，可以为充电负载已充满电，还可以为充电负载未充满电但需要中断充电。
54.如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种开关电路的结构示意图。开关电路11可以包括开关模块111和开关控制模块112，其中，开关模块111的第一端与开关控制模块112的第一端连接，作为开关电路11的第一端，与充电端的负极b连接，开关模块111的第二
端作为开关电路11的第二端，与充电负载的负极连接，开关模块111的第三端与开关控制模块112的第二端连接；
55.开关控制模块112的第三端，作为开关电路11的通断控制端，与控制器12连接，开关控制模块112用于在接收到控制器12输出的用于控制开关电路断开的电平信号时，控制开关模块111断开，也就是断开开关模块111的第一端和开关模块111的第二端之间的通路，即断开充电端的负极b与充电负载的负极之间的通路。
56.断开充电端的负极b与充电负载的负极之间的通路，充电回路被断开，机器人的充电端不带电，从而能够实现机器人与充电设备不带电脱离，避免带电脱离产生的巨大冲击电流造成的拉弧放电现象，进而避免机器人的充电端的电极和充电设备的电能输出端的电极氧化，进而能够延长机器人和充电设备的使用寿命。
57.在一种可能的实施例中，如图3所示，本实用新型提供的开关控制模块112可以包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一开关管q1和光电耦合器u1，其中：
58.第一电阻r1的一端作为开关控制模块112的第三端，第一电阻r1的另一端与第二电阻r2的一端、第一开关管q1的控制端连接；
59.第二电阻r2另一端与第一开关管q1的第二端连接，并接地；
60.第一开关管q1的第一端与第四电阻r4的一端、光电耦合器u1的第二端连接；
61.第四电阻r4的另一端与第三电阻r3的一端、光电耦合器的第一端连接；
62.第三电阻r3的另一端与供电电源3.3v连接；
63.光电耦合器u1的第三端作为开关控制模块112的第一端，与开关模块111的第一端连接，光电耦合器u1的第四端作为开关控制模块112的第二端，与所述开关模块111的第三端连接。
64.其中，第一开关管q1可以为npn型三极管，q1的控制端为npn型三极管的基极，q1的第一端为npn型三极管的集电极，q1的第二端为npn型三极管的发射极。
65.结合图3所示的电路图，开关控制模块112的工作原理如下：
66.控制器12发出的高电平信号，经过第一电阻r1和第二电阻r2分压后，控制第一三极管q1导通，供电电源输出的3.3v电压经过第三电阻r3和第四电阻r4分压后，触发光电耦合器u1的第一端和第二端导通，则光电耦合器u1的第四端和第三端也导通，使开关模块111的第三端和第一端之间的电压变低，从而控制开关模块111断开。
67.本实用新型实施例中的开关模块，如图4所示，可以包括第二开关管q2，第二开关管q2的第一端作为开关模块111的第一端，第二开关管q2的第二端作为开关模块111的第二端，第二开关管q2的控制端作为开关模块111的第三端。
68.第二开关管q2可以为mos管，第二开关管q2的控制端为mos管的栅极，第二开关管q2的第一端为mos管的源极，第二开关管q2的第二端为mos管的漏极。
69.由于光电耦合器的第四端和第三端导通，光电耦合器的第三端与mos管的源极连接，光电耦合器的第四端与mos管的栅极连接，光电耦合器的第三端和第四端导通后，由于mos管的源极接地，所以mos管的栅极和源极之间的电压变低，则mos管断开，从而使充电回路断开。
70.上述是为了防止因机器人与充电设备带电脱离产生拉弧放电现象设计的方案，除
了带电脱离会产生拉弧放电现象，还有一种情况为，当充电设备的电能输出端带电时，机器人接入充电设备的瞬间，即机器人的充电端与充电设备的电能输出端接触的瞬间，也可能会产生瞬间的冲击电流，产生拉弧放电的现象。
71.基于此，本实用新型实施例提供的机器人，还可以包括缓启动电路13如图5所示，缓启动电路13用于在机器人接入充电设备后，控制充电回路中的充电电流逐渐增大。
72.由于机器人中的缓启动电路能够控制充电回路中的充电电流逐渐增大，从而可以避免机器人接入充电设备的瞬间产生冲击电流，避免产生拉弧放电现象，防止机器人的充电端的电极和充电设备电能输出端的电极氧化，进而能够延长机器人和充电设备的使用寿命。
73.具体的，如图5所示，缓启动电路13的第一端与充电端的正极a连接，缓启动电路13的第二端与充电端的负极b连接，缓启动电路13的第三端与开关模块111的第三端连接，缓启动电路13具体用于在机器人接入充电设备后，控制开关模块111的第三端的输入端电压逐渐增大。
74.机器人接入充电设备后，缓启动电路13控制开关模块111第三端的输入电压逐渐增大，即充电回路的充电电流逐渐增大，从而能够避免机器人接入充电设备的瞬间产生瞬间的冲击电流，避免产生拉弧放电现象，进而能够保护机器人的充电端的电极和充电设备的电能输出端的电极，延长机器人和充电设备的使用寿命。
75.在具体实施中，如图6所示，缓启动电路13可以包括电容c、第五电阻r5、第六电阻r6、第一二极管d1和第三开关管q3，其中：
76.第五电阻r5的一端作为缓启动电路13的第一端，与充电端的正极连接，第五电阻r5的另一端与第一二极管d1的正极、第六电阻r6的一端、第三开关管q3的控制端连接，作为缓启动电路13的第三端，与开关模块111的第三端连接；
77.第一二极管d1的负极与电容c的一端、第三开关管q3的第二端连接；
78.电容c的另一端与第三开关管q3的第一端、第六电阻r6的另一端连接，作为缓启动电路13的第二端，与充电端的负极b连接。
79.其中，第三开关管q3可以为pnp型三极管，q2的控制端为pnp型三极管的基极，q2的第一端为pnp型三极管的集电极，q2的第二端为pnp型三极管的发射极。
80.上述缓启动电路13，充电端a输入的电压u经过电阻r5和第一二极管d1后，给电容c充电；电压u经过电阻r5和电阻r6的分压，得到电压v
gs2
，由于电容c的存在，电压v
gs2
会从0缓慢升高，最终达到v
gs2
＝u*r6(r6+r5)。
81.电压v
gs2
即为开关管q2的驱动电压，由于三极管的特性，v
gs2
在从0缓慢升高的过程中会经过三极管的线性放大区(也称为可变电阻区)，在三极管的线性放大区，u会通过三极管的可变电阻rx给电容c缓慢充电，充电电流为u/rx，由于rx在可变电阻区开始很大，然后逐渐减小，所以在机器人接入充电设备的瞬间会把充电冲击电流u/rx限制在较小的值，然后逐渐增大，从而避免了机器人接入充电设备的瞬间冲击电流过大引起的打火的现象。
82.随着电容c的电量逐渐充满，v
gs2
不断升高，升高到三极管q2的饱和驱动电压后，三极管的集电极和发射极之间的内阻rdson减小到毫欧姆级别。
83.需要说明的是，正常充电时三级管的损耗很小，可以忽略不计。
84.本实用新型实施例中的缓启动电路13还可以包括稳压管，如图7所示。
85.稳压管d2连接于第三开关管q3的第一端和控制端之间，具体为稳压管d2的输入端、稳压管d2的接地端与第三开关管q3的第一端连接，稳压管d2的输出端与第三开关管q3的控制端连接。
86.稳压管d2起保护第三开关管q3的作用。
87.在一种可能的实现方式中，如图8所示，机器人还可以包括第二二极管d3，第二二极管的d3的正极与充电端的正极a连接，第二二极管d3的负极与充电负载的正极连接。
88.一方面，二极管d3可以截止充电负载中的电流流向充电端，另一方面，二极管d3和三极管q2可以对电容c进行放电。
89.下面对电容c的放电过程进行详细说明。
90.机器人脱离充电设备后，由于d3的反向截止作用，电压u迅速掉电，v
gs2
为0v，q2关断，由于q2为pnp型三极管，三极管基极电压变低，q2的集电极和发射极导通给电容c迅速放电，以备下一次机器人接入充电设备时，电容c处于0电位。
91.如图9所示，为本实用新型实施例提供的一种机器人的电路图。
92.本实用新型实施例中，当机器人充电端与充电设备的电能输出端接触时，mos管q2导通，由于电容c和三极管q3的存在，充电电流从一个较小值逐渐增大至一稳定值；在充电的过程中，若机器人需要脱离充电设备，在脱离前，控制器12输出高电平信号，三极管q1导通，光电耦合器u1的第一端和第二端导通，光电耦合器的第三端和第四端导通，从而拉低mos管q2的栅极电压，mos管q2关断，机器人的充电端不带电，此时机器人可以脱离充电设备。
93.本实用新型实施例中，为了更好的保证机器人和充电设备在脱离时不会产生拉弧放电现象，控制器12可以在输出高电平信号n秒后，控制机器人脱离充电设备，其中n为正整数。
94.基于相同的构思，本实用新型实施例还提供一种机器人系统，如图10所示，包括充电设备101和如上述所述的任意一种机器人102。
95.该系统的实施可以参考上述机器人的实施，重复之处不再赘述。
96.以上参照示出根据本技术实施例的方法、装置(系统)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述本技术。应理解，可以通过计算机程序指令来实现框图和/或流程图示图的一个块以及框图和/或流程图示图的块的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机的处理器和/或其它可编程数据处理装置，以产生机器，使得经由计算机处理器和/或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现框图和/或流程图块中所指定的功能/动作的方法。
97.相应地，还可以用硬件和/或软件(包括固件、驻留软件、微码等)来实施本技术。更进一步地，本技术可以采取计算机可使用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有在介质中实现的计算机可使用或计算机可读程序代码，以由指令执行系统来使用或结合指令执行系统而使用。在本技术上下文中，计算机可使用或计算机可读介质可以是任意介质，其可以包含、存储、通信、传输、或传送程序，以由指令执行系统、装置或设备使用，或结合指令执行系统、装置或设备使用。
98.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及
其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。