本發(fā)明屬于電源安全控制系統(tǒng)及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及對電源系統(tǒng)的監(jiān)控及用電模塊的安全控制，具體是一種用于輪式機(jī)器人的電源安全控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前機(jī)器人電源系統(tǒng)使用模塊化的電源來對各個子系統(tǒng)進(jìn)行供電，中間配合了T型連接線和緊急開關(guān)來為同一電壓的不同模塊供電以及控制整個電源系統(tǒng)的開啟和關(guān)斷?，F(xiàn)有電源系統(tǒng)的拓?fù)鋱D參見圖1。

目前普遍使用的機(jī)器人電源系統(tǒng)無法做到對各個用電模塊的上下電時序和用電電流的實時檢測，對電源異常(包括過流、短路等)和系統(tǒng)異常也無法實行監(jiān)控和處理，更不能實現(xiàn)對用電模塊的各個系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法迅速響應(yīng)異常和做出相應(yīng)的保護(hù)處理，并且無法進(jìn)行直觀有效的定位，后期的故障定位和維修十分的不便。

基于現(xiàn)實應(yīng)用需求，現(xiàn)有電源系統(tǒng)有如下三個方面需要改進(jìn)：

1.可生產(chǎn)性：考慮到產(chǎn)品日后的大批量生產(chǎn)產(chǎn)能，需要將各個電源模塊集成在一起作為整個機(jī)器人的電源系統(tǒng)，電源系統(tǒng)與其他的用電子系統(tǒng)之間的交互需采用標(biāo)準(zhǔn)接口和標(biāo)準(zhǔn)線纜進(jìn)行連接，同時應(yīng)適配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和模具以及方便日后的生產(chǎn)和裝配。

2.供電和監(jiān)控：電源系統(tǒng)是機(jī)器人系統(tǒng)的唯一能量來源，核心設(shè)計思想主要有兩方面：供電和監(jiān)控。供電方面：除了需要提供必要的能量輸出之外，由于機(jī)器人是一個大型集成自動化系統(tǒng)，集成了若干個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間的啟動是有先后要求的，因此需要控制電源對各個子系統(tǒng)上電和下電的順序，即上電時序。監(jiān)控方面：機(jī)器人的子系統(tǒng)較多，各子系統(tǒng)的電源具有高電壓，大電流的特點。一旦電源出現(xiàn)異常，那么可能會產(chǎn)生毀滅性后果，因此，電源系統(tǒng)必須要實時監(jiān)控各個子系統(tǒng)的用電情況和系統(tǒng)狀態(tài)，一旦某個子系統(tǒng)出現(xiàn)異常，則實時響應(yīng)異常并對其電源進(jìn)行處理。

3.視覺交互：一個成熟的產(chǎn)品不僅要考慮高性能和功能穩(wěn)定，還需要考慮用戶使用的方便性和舒適性。對于機(jī)器人而言，人機(jī)交互則是一個重要環(huán)節(jié)。機(jī)器人上已經(jīng)有了一個屏幕顯示操作界面和laucher。對于用戶而言，需要另一塊屏幕讓用戶可直觀的看到機(jī)器人的用電情況、剩余電量等，同時，屏幕上需要一個簡單的界面供用戶選擇顯示內(nèi)容。對于售后工程師而言，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障時，需要直觀的定位故障點和故障類型，因此，屏幕上除了顯示系統(tǒng)狀態(tài)之外也應(yīng)顯示異常代碼。

現(xiàn)在的電源系統(tǒng)使用的是分離式的電源模塊通過系統(tǒng)級聯(lián)方式搭建形成的，因此上述的要求還沒有滿足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于輪式機(jī)器人的電源安全控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計核心思想在于將高輸入電壓轉(zhuǎn)換為各個子系統(tǒng)所需要的電壓輸出，同時與由電流計、傳感器和CAN總線等組成的反饋網(wǎng)絡(luò)組成一個閉環(huán)的電壓管理和安全監(jiān)控系統(tǒng)。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計一種用于輪式機(jī)器人的電源安全控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電源調(diào)控模塊、CPU、LCD顯示屏、溫度傳感器，并且，在供電模塊與電源調(diào)控模塊之間的線路上依次安裝有總路應(yīng)急開關(guān)、總路MOS管、總路電流計，在電源調(diào)控模塊與用電模塊之間的線路上依次安裝有分路MOS管、分路電流計和分路應(yīng)急開關(guān)；總路MOS管、分路MOS管、總路電流計、分路電流計均與CPU相連，電源調(diào)控模塊上有單獨一路常供電電源,給CPU供電；LCD顯示屏通過SPI接口接入到CPU上，溫度傳感器通過I2C總線與CPU連接，CPU通過CAN總線與用電模塊連接；CPU還設(shè)置有一I2C總線，與供電模塊相連。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：本發(fā)明電源安全控制系統(tǒng)通過電流計實時監(jiān)測用電模塊的電流與電壓的狀況，并通過MOS管控制分路線路的關(guān)閉和導(dǎo)通；另外，本系統(tǒng)設(shè)置有溫度傳感器和與用電模塊直接連接的CAN總線與CPU連接，通過監(jiān)控機(jī)器人內(nèi)部溫度和用電模塊的狀況執(zhí)行反饋控制策略。本發(fā)明設(shè)計的電源安全控制系統(tǒng)一方面可以實現(xiàn)電源系統(tǒng)管理，另一方面，通過溫度傳感器、CAN總線和CPU控制實現(xiàn)了閉環(huán)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時候可自動進(jìn)行保護(hù)措施，同時將系統(tǒng)的實時狀態(tài)和異常信息直觀的展現(xiàn)在用戶和維修人員面前；預(yù)留出較多的GPIO和各種通信接口，為日后功能擴(kuò)展提供了廣闊的空間。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有電源系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。

圖2為本發(fā)明一種用于輪式機(jī)器人的電源安全控制系統(tǒng)一種實施例的框架結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

為了方便說明并且理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下說明所使用的方位詞均以附圖所展示的方位為準(zhǔn)。

一種用于輪式機(jī)器人的電源安全控制系統(tǒng)(簡稱電源安全控制系統(tǒng)，參見圖1-2)，其特征在于，包括電源調(diào)控模塊、CPU、LCD顯示屏、溫度傳感器，在供電模塊與電源調(diào)控模塊之間的線路上依次安裝有總路應(yīng)急開關(guān)、總路MOS管、總路電流計，在電源調(diào)控模塊與用電模塊之間的線路上依次安裝有分路MOS管、分路電流計和分路應(yīng)急開關(guān)；總路MOS管、分路MOS管、總路電流計、分路電流計均與CPU相連，電源調(diào)控模塊上有單獨一路常供電電源,給CPU供電；LCD顯示屏通過SPI接口接入到CPU上，溫度傳感器通過I2C總線與CPU連接，CPU通過CAN總線與用電模塊連接；CPU還設(shè)置有一I2C總線，與供電模塊相連，用來讀取供電模塊的實時電量。

所述電源調(diào)控模塊將供電模塊提供的輸入電壓轉(zhuǎn)化為用電模塊所需要的輸入電壓值；所述電源調(diào)控模塊具有多個電壓輸出端，當(dāng)用電模塊包含多個子系統(tǒng)時，將供電模塊的輸入電壓轉(zhuǎn)化為各個子系統(tǒng)及CPU所需要的輸入電壓值，具有400W以上的功率輸出能力。

所述電源調(diào)控模塊的多個電壓輸出端與用電模塊的子系統(tǒng)之間的線路上均分別安裝有一個分路MOS管、一個分路電流計，分路應(yīng)急開關(guān)安裝在用電模塊的子系統(tǒng)所需電壓最大的線路上。

所述CPU控制通過控制總路MOS管、分路MOS管的開啟和關(guān)斷來進(jìn)行用電模塊各個子系統(tǒng)的上下電時序控制。電流計將電流信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號輸出，CPU將該信號采集并計算出電流值，實現(xiàn)對各個線路的電流進(jìn)行實時監(jiān)控。當(dāng)電流值超過閾值，則認(rèn)為該路線路異常，CPU會關(guān)斷此路線路，實現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

溫度傳感器對機(jī)器人內(nèi)部的空氣溫度進(jìn)行實時監(jiān)控，CPU通過I2C接口讀取實時溫度值，并將溫度顯示在LCD顯示屏上，當(dāng)溫度超過閾值時關(guān)斷所有線路。

所述CPU通過CAN總線協(xié)議對用電模塊的各個子系統(tǒng)的實時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)檢測到某個子系統(tǒng)異常時，則做出相應(yīng)處理。

每一個子系統(tǒng)的異常場景，會預(yù)設(shè)一個對應(yīng)的異常代碼，當(dāng)CPU監(jiān)測到某一子系統(tǒng)的異常場景時，會將對應(yīng)的異常代碼顯示在LCD顯示屏上，便于維修人員直觀地定位故障點和故障類型。

所述CPU通過I2C接口對供電模塊的電量進(jìn)行實時讀取，當(dāng)電量低于設(shè)定值時，如20％時，則進(jìn)行低電量預(yù)警，并將警示信號顯示在LCD顯示屏。

所述LCD顯示屏為點陣式的LCD顯示屏，接口為SPI接口。CPU將供電模塊的電量、各個線路的實時電流、機(jī)器人內(nèi)部的實時溫度以及異常代碼顯示在LCD顯示屏上。

如圖2所示，本發(fā)明控制系統(tǒng)通過CPU作為核心控制元件對各個事件進(jìn)行集中處理，實現(xiàn)了供電、監(jiān)控和顯示三大功能。

圖2中，選用的供電模塊的輸出電壓為42V，電源調(diào)控模塊的電壓輸出端為四個，分別為兩個24V的電壓輸出端，一個12V的電壓輸出端，以及一個3.3V的電壓輸出端；其中3.3V的電壓輸出端接入到CPU上，其它三個電壓輸出端接入到用電模塊的三個子系統(tǒng)上，在該三個電壓輸出端與用電模塊的三個子系統(tǒng)之間的導(dǎo)線上，分別均依次安裝有一個分路MOS管和一個分路電流計，另有一個分路應(yīng)急開關(guān)安裝在一個24V電壓輸出端的線路上。供電模塊通過電源調(diào)控模塊的電壓調(diào)控后，可轉(zhuǎn)化為四路可滿足不同用電需求的供電電源，CPU通過對每一個MOS管的控制和電流計的監(jiān)測，可實時監(jiān)控到用電模塊三個子系統(tǒng)的電壓和電流狀況，當(dāng)某個子系統(tǒng)所在的線路的電流超過閾值，則關(guān)斷該線路。所述CPU通過CAN總線協(xié)議對用電模塊的各個子系統(tǒng)的實時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)檢測到某個子系統(tǒng)異常時，則做出相應(yīng)處理。每一個子系統(tǒng)的異常場景，會預(yù)設(shè)一個對應(yīng)的異常代碼，當(dāng)CPU監(jiān)測到某一子系統(tǒng)的異常場景時，會將對應(yīng)的異常代碼顯示在LCD顯示屏上。所述CPU通過I2C接口對供電模塊的電量進(jìn)行實時讀取，當(dāng)電量低于20％時，則進(jìn)行低電量預(yù)警，并將警示信號顯示在LCD顯示屏。溫度傳感器對機(jī)器人內(nèi)部的空氣溫度進(jìn)行實時監(jiān)控，CPU通過I2C接口讀取實時溫度值，并將溫度顯示在LCD顯示屏上，當(dāng)溫度超過閾值時關(guān)斷所有線路。

本發(fā)明設(shè)計的電源安全控制系統(tǒng)，是一個高度集成的電路系統(tǒng)，各路電源均用標(biāo)準(zhǔn)接口引出并且做了防呆設(shè)計，最大限度的節(jié)省了生產(chǎn)和裝配的時間。本發(fā)明電源安全控制系統(tǒng)通過電流計實時監(jiān)測用電模塊的電流與電壓的狀況，并通過MOS管控制分路線路的關(guān)閉和導(dǎo)通；另外，本系統(tǒng)設(shè)置有溫度傳感器和與用電模塊直接連接的CAN總線與CPU連接，通過監(jiān)控機(jī)器人內(nèi)部溫度和用電模塊的狀況執(zhí)行反饋控制策略。本發(fā)明設(shè)計的電源安全控制系統(tǒng)一方面可以實現(xiàn)電源系統(tǒng)管理，另一方面，通過溫度傳感器、CAN總線和CPU控制實現(xiàn)了閉環(huán)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時候可自動進(jìn)行保護(hù)措施。另外，該控制系統(tǒng)可拓展性較強(qiáng)，通過預(yù)留出較多的GPIO和各種通信接口，為日后功能擴(kuò)展提供了廣闊的空間。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。