本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理系統(tǒng)及方法的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人技術(shù)的日益發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，按結(jié)構(gòu)分，一般可分為輪式、腿足式、履帶式、吸盤式以及復(fù)合式機(jī)器人。其中，輪式移動(dòng)機(jī)器人由于其控制簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定和能源利用率高等特點(diǎn)應(yīng)用較為廣泛。

現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人中，缺少一個(gè)系統(tǒng)的電源管理板。在充電模式時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人的電源直接與充電站連接充電，很可能由于過(guò)流、過(guò)壓、溫度過(guò)高或者充電超時(shí)等原因?qū)﹄娫丛斐蓳p壞；在放電模式時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人的電源直接與其余部件連接供電，在供電過(guò)程中沒(méi)有相應(yīng)的管理保護(hù)措施，可能由于過(guò)流或者溫度過(guò)高等原因?qū)C(jī)器人的其余部件造成損壞。

此外，現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人一般采用單一電源為整個(gè)機(jī)器人的動(dòng)力機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)供電，當(dāng)電源出現(xiàn)故障或者電量不足時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的動(dòng)力機(jī)構(gòu)停止工作，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的控制系統(tǒng)停止工作，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器人徹底癱瘓，無(wú)法響應(yīng)用戶發(fā)出的各種指令，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的控制和管理造成了極大的不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人缺少電源管理系統(tǒng)的問(wèn)題，提出了一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理系統(tǒng)，包括主控模塊、充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測(cè)模塊、RS422總線通信模塊、無(wú)線通信模塊以及微動(dòng)開關(guān)模塊；主控模塊分別與充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測(cè)模塊、RS422總線通信模塊、無(wú)線通信模塊、微動(dòng)開關(guān)模塊通信連接，充電控制模塊還分別與充電站、移動(dòng)機(jī)器人的主電池和備用電池電連接，放電控制模塊還分別與移動(dòng)機(jī)器人的主電池、備用電池、控制系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)電連接。

優(yōu)選地，充電控制模塊包括兩個(gè)BUCK電路，用于采集移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電壓及電流信息，并控制充電電流。

優(yōu)選地，放電控制模塊用于檢測(cè)放電電流，并控制移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的輸出開關(guān)。

優(yōu)選地，溫度檢測(cè)模塊采用TMP432芯片，用于檢測(cè)兩個(gè)BUCK電路中的電感溫度以及移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池溫度。

優(yōu)選地，RS422總線通信模塊通過(guò)RS422總線與上位機(jī)通信連接，用于向上位機(jī)發(fā)送當(dāng)前電源管理系統(tǒng)的狀態(tài)，并接受上位機(jī)向電源管理系統(tǒng)發(fā)送的指令。

優(yōu)選地，無(wú)線通信模塊用于與其他機(jī)器人或充電站進(jìn)行通信。

優(yōu)選地，微動(dòng)開關(guān)模塊包括三個(gè)微動(dòng)開關(guān)，用于檢測(cè)電源管理系統(tǒng)與充電站的對(duì)接情況。

本發(fā)明還公開了一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理方法，包括充電模式管理方法和放電模式管理方法；

充電模式管理方法包括以下步驟：

S1、充電控制模塊檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電量，判斷其是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S2，否則移動(dòng)機(jī)器人正常工作；

S2、移動(dòng)機(jī)器人到達(dá)充電站附近，電源管理系統(tǒng)與充電站對(duì)接，報(bào)告上位機(jī)并開始充電；

S3、充電控制模塊判斷是否達(dá)到充電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止充電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟S4；

S4、充電控制模塊判斷移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電量是否達(dá)到滿電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S5，否則繼續(xù)充電，返回步驟S3；

S5、結(jié)束充電，并報(bào)告上位機(jī)充電結(jié)束，移動(dòng)機(jī)器人駛離充電站；

放電模式管理方法包括以下步驟：

T1、電源管理系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)出的放電指令，開始放電；

T2、放電控制模塊判斷是否達(dá)到放電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止放電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟T3；

T3、放電控制模塊判斷主電池電量是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟T5，否則進(jìn)入步驟T4；

T4、放電控制模塊開啟主電池輸出開關(guān)，關(guān)閉備用電池輸出開關(guān)，由主電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和動(dòng)力機(jī)構(gòu)供電；

T5、放電控制模塊開啟備用電池輸出開關(guān)，關(guān)閉主電池輸出開關(guān)，由備用電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電。

進(jìn)一步地，步驟S3中的充電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過(guò)流保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過(guò)充電電流閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行過(guò)流處理；

(2)過(guò)壓保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電壓是否超過(guò)充電電壓閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行過(guò)壓處理；

(3)超時(shí)保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的充電時(shí)間是否超過(guò)時(shí)間閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行充電時(shí)間超限處理；

(4)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過(guò)溫度閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行溫度超限處理。

進(jìn)一步地，步驟T2中的放電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過(guò)流保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過(guò)放電電流閾值，若超過(guò)則停止放電并進(jìn)行過(guò)流處理；

(2)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過(guò)溫度閾值，若超過(guò)則停止放電并進(jìn)行溫度超限處理。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明在充電站與移動(dòng)機(jī)器人的電源之間設(shè)置了充電控制模塊，加上溫度檢測(cè)模塊的輔助，能夠在移動(dòng)機(jī)器人的電源充電過(guò)程中形成過(guò)流、過(guò)壓、超時(shí)以及溫度四個(gè)并行的保護(hù)模式，從而有效地保護(hù)了移動(dòng)機(jī)器人的電源。

(2)本發(fā)明在移動(dòng)機(jī)器人的電源與控制系統(tǒng)以及動(dòng)力機(jī)構(gòu)之間設(shè)置了放電控制模塊，加上溫度檢測(cè)模塊的輔助，能夠在移動(dòng)機(jī)器人的電源放電過(guò)程中形成過(guò)流和溫度兩個(gè)并行的保護(hù)模式，從而有效地保護(hù)了移動(dòng)機(jī)器人的電源、控制系統(tǒng)以及動(dòng)力機(jī)構(gòu)。

(3)本發(fā)明由放電控制模塊控制移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的輸出開關(guān)，當(dāng)主電池出現(xiàn)故障或電量過(guò)低時(shí)能夠及時(shí)跳轉(zhuǎn)至備用電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電，保證對(duì)控制系統(tǒng)的供電不間斷，從而使移動(dòng)機(jī)器人能夠始終對(duì)用戶的指令作出及時(shí)的響應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明提供的一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理方法的充電模式管理方法流程圖。

圖3為本發(fā)明提供的一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理方法的放電模式管理方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理系統(tǒng)，如圖1所示，包括主控模塊、充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測(cè)模塊、RS422總線通信模塊、無(wú)線通信模塊以及微動(dòng)開關(guān)模塊；主控模塊分別與充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測(cè)模塊、RS422總線通信模塊、無(wú)線通信模塊、微動(dòng)開關(guān)模塊通信連接，充電控制模塊還分別與充電站、移動(dòng)機(jī)器人的主電池和備用電池電連接，放電控制模塊還分別與移動(dòng)機(jī)器人的主電池、備用電池、控制系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)電連接。

其中，主控模塊由STM32F103芯片及其外圍電路構(gòu)成，其具體電路結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的公知常識(shí)，在此不再贅述。

充電控制模塊包括兩個(gè)BUCK電路，其中一個(gè)BUCK電路與移動(dòng)機(jī)器人的主電池對(duì)應(yīng)連接，另一個(gè)BUCK電路與移動(dòng)機(jī)器人的備用電池對(duì)應(yīng)電連接，從而形成BUCK主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BUCK電路的具體結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的公知常識(shí)，在此不再贅述。充電控制模塊用于采集移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電壓及電流信息，并控制充電電流。

放電控制模塊用于檢測(cè)放電電流，并控制移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的輸出開關(guān)，即當(dāng)主電池狀態(tài)正常時(shí)開啟主電池輸出開關(guān)，關(guān)閉備用電池輸出開關(guān)，由主電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和動(dòng)力機(jī)構(gòu)供電；當(dāng)主電池出現(xiàn)故障或電量過(guò)低時(shí)開啟備用電池輸出開關(guān)，關(guān)閉主電池輸出開關(guān)，由備用電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電，這樣能夠保證對(duì)控制系統(tǒng)的供電不間斷。

溫度檢測(cè)模塊由TMP432芯片及其外圍電路構(gòu)成，其具體電路結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的公知常識(shí)，在此不再贅述。溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)充電控制模塊中兩個(gè)BUCK電路中的電感溫度以及移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池溫度。

RS422總線通信模塊通過(guò)RS422高速總線與上位機(jī)通信連接，用于向上位機(jī)發(fā)送當(dāng)前電源管理系統(tǒng)的狀態(tài)，并接受上位機(jī)向電源管理系統(tǒng)發(fā)送的指令。

無(wú)線通信模塊為低速通信模塊，用于與其他機(jī)器人或充電站進(jìn)行通信。

微動(dòng)開關(guān)模塊包括三個(gè)微動(dòng)開關(guān)，用于檢測(cè)電源管理系統(tǒng)與充電站的對(duì)接情況，例如電源管理系統(tǒng)與充電站是否接通，移動(dòng)機(jī)器人與充電站在位置上是否對(duì)齊等。

本發(fā)明還提供了一種移動(dòng)機(jī)器人電源管理方法，包括充電模式管理方法和放電模式管理方法。

如圖2所示，充電模式管理方法包括以下步驟：

S1、充電控制模塊檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電量，判斷其是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S2，否則移動(dòng)機(jī)器人正常工作。

S2、移動(dòng)機(jī)器人到達(dá)充電站附近，電源管理系統(tǒng)與充電站對(duì)接，報(bào)告上位機(jī)并開始充電。

S3、充電控制模塊判斷是否達(dá)到充電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止充電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟S4。

其中充電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過(guò)流保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過(guò)充電電流閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行過(guò)流處理；

(2)過(guò)壓保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電壓是否超過(guò)充電電壓閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行過(guò)壓處理；

(3)超時(shí)保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的充電時(shí)間是否超過(guò)時(shí)間閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行充電時(shí)間超限處理；

(4)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過(guò)溫度閾值，若超過(guò)則停止充電并進(jìn)行溫度超限處理。

由于四個(gè)充電保護(hù)指標(biāo)為并行指標(biāo)，因此當(dāng)任意一個(gè)指標(biāo)達(dá)到后都會(huì)立刻停止充電并進(jìn)行相應(yīng)處理。

S4、充電控制模塊判斷移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電量是否達(dá)到滿電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S5，否則繼續(xù)充電，返回步驟S3。

S5、結(jié)束充電，并報(bào)告上位機(jī)充電結(jié)束，移動(dòng)機(jī)器人駛離充電站；

如圖3所示，放電模式管理方法包括以下步驟：

T1、電源管理系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)出的放電指令，開始放電。

T2、放電控制模塊判斷是否達(dá)到放電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止放電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟T3。

其中放電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過(guò)流保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過(guò)放電電流閾值，若超過(guò)則停止放電并進(jìn)行過(guò)流處理；

(2)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過(guò)溫度閾值，若超過(guò)則停止放電并進(jìn)行溫度超限處理。

由于兩個(gè)放電保護(hù)指標(biāo)為并行指標(biāo)，因此當(dāng)任意一個(gè)指標(biāo)達(dá)到后都會(huì)立刻停止放電并進(jìn)行相應(yīng)處理。

T3、放電控制模塊判斷主電池電量是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟T5，否則進(jìn)入步驟T4。

T4、放電控制模塊開啟主電池輸出開關(guān)，關(guān)閉備用電池輸出開關(guān)，由主電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和動(dòng)力機(jī)構(gòu)供電。

T5、放電控制模塊開啟備用電池輸出開關(guān)，關(guān)閉主電池輸出開關(guān)，由備用電池為移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。