CN103166296A - 一种机器人电源管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人电源管理系统，所述的机器人包括：框架、传感器单元、驱动单元、通讯单元、控制单元、电源单元；框架由结构件通过螺丝连接构成，所述传感器单元、驱动单元、通讯单元、控制单元、电源单元分别安装固定于所述框架上，构成机器人实体。使机器人适于远程应用，提高了续航能力，尤其是解决了故障状态下的定位及故障排除问题。

Description

一种机器人电源管理系统
技术领域
本发明涉及的一种智能技术领域的机器人，具体的是一种机器人电源管理系统。 
背景技术
机器人可代替人力自动工作的机器，“机器人是一种可再编程的多功能操作机器，以用各种编程的动作完成多种作业，用于搬运材料、工件、工具和各种装置。”机器人是集传感、控制、信息处理、机械、电子、计算机等多门技术的载体。
现有技术的机器人具有各种不同组成结构，但是仍未出现过模块化设计方式，组装不方便、用途受限制。并且，现有机器人没有设计一套合理的电源系统，实际应用存在一定的缺陷，如远程控制下的续航能力、以及故障排除能力收到很大限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种机器人电源管理系统。使机器人适于远程应用，提高了续航能力，尤其是解决了故障状态下的定位及故障排除问题。 
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种机器人电源管理系统，其特征在于：
所述机器人包括：框架、传感器单元、驱动单元、通讯单元、控制单元、电源单元；
所述框架由结构件通过螺丝连接构成，所述传感器单元、驱动单元、通讯单元、控制单元、电源单元分别安装固定于所述框架上，构成机器人实体； 
所述电源单元包括：光伏电池板、直流电压调整模块、充电开关、蓄电池、蓄电池电量监测模块、电源管理模块、电源选择开关、锂电池电量监测模块、锂电池模块、电机驱动电路；其中，
所述光伏电池板与所述直流电压调整模块相连，所述直流电压调整模块与所述充电开关相连；
所述蓄电池与所述蓄电池电量检测模块、所述电源选择开关相连；
所述锂电池模块与所述锂电池电量检测模块、所述电源选择开关相连；
所述电源管理模块和所述直流电压调整模块、所述锂电池、所述蓄电池电量检测模块、所述锂电池电量监测模块、所述电源选择开关相连；
所述光伏电池板、所述蓄电池、所述锂电池同时为所述电源管理模块、所述通讯单元和控制单元提供启动及工作电源；
所述电源管理模块根据所述蓄电池电量检测模块和所述锂电池电量检测模块的实时检测信号，控制充电开关和电源选择开关，以控制蓄电池的电量至少不低于其容量的30%；
所述电源选择开关根据所述电源管理模块的指令，为所述驱动单元提供所述光伏电池板、所述蓄电池、所述锂电池中至少一个的电力。 
所述驱动单元包括：电机驱动器、直流伺服电机、传动机构、驱动轮。 
所述锂电池模块包括充电电路和外部电源插口。 
所述框架由标准的工业铝型材构成，各铝型材之间通过螺丝、螺母连接。
所述铝型材具有30°、45°、60°或90°斜角形状接口，以实现各铝型材之间的对接，连接时将相应角度的连接件对贴，并通过螺丝、螺母固定。 
本发明在机器人上设置了光伏电池板，增加了续航能力，同时选择小容量蓄电池作为机器人电源系统的冗余电源运行，机器人处于远程控制下，当其处于锂电池耗尽、光伏电池板不工作或故障的极端状态时仍能实现通讯和控制系统的正常工作，为故障排除或定位维修提供了延时。 
另外，本发明所涉及的各模块均采用了标准的接口格式，可方便用于模块、组件间的组合。这样的组合将减少机器人系统在接口、协议部分的消耗。更加适用于多种领域的应用。 
附图说明
图1为本发明的机器人组装示意图，其中（A）是侧视示意图，（B）是正视示意图；
图2为本发明电源管理系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 
如图1所示，为本实施例的模块、组件构成的双轮差速机器人组装示意图。框架2采用标准的工业铝型材，铝型材端面截成30°、45°、60°或90°等斜角形状。机器人的各组成部件均具有的30°、45°、60°或90°等斜角形状接口，可以与框架2实现连接，同时型材之间也可对接，连接时将相应角度的型材对贴，通过螺丝、螺母连接固定即可。传感器单元1与通讯单元3电相连；通讯单元3与控制单元5电相连；两套驱动单元4构成双轮差速机器人的驱动装置，可完成机器人前后方向的直线、旋转运动；电源单元6与传感器单元1、通讯单元3、驱动单元、控制单元5电相连，为各组件提供电力；框架2根据事先设计切割成各种不同长度、角度，通过螺丝连接起来，组成机器人框架结构，将其他机器人组件安装于框架上，最终组成机器人实体。 
本实施例中，控制单元5是具有运算、存储、控制等功能为一体的长方形箱式控制计算机，内置处理器、存储器单元。通过串口对驱动单元4实现控制，通过USB接口与通讯单元3和传感器单元1连接。驱动单元4包括驱动器、伺服电机、传动机构、驱动轮等，电机通过传动齿轮、轴承等传动机构与驱动轮相连，作为机器人动力输出。通讯单元3是具有无线通讯能力的模块体，可实现各机器人与远程终端间的信息交互，并遵循IEEE802.11b/g的通讯协议，可实现多系统间的数据通讯。
如图2所示，本发明的电源单元包括：光伏电池板、直流电压调整模块、充电开关、蓄电池、蓄电池电量监测模块、电源管理模块、电源选择开关、锂电池电量监测模块、锂电池模块、电机驱动电路；其中，所述光伏电池板与所述直流电压调整模块相连，所述直流电压调整模块与所述充电开关相连；所述蓄电池与所述蓄电池电量检测模块、所述电源选择开关相连；所述锂电池模块与所述锂电池电量检测模块、所述电源选择开关相连；所述电源管理模块和所述直流电压调整模块、所述锂电池、所述蓄电池电量检测模块、所述锂电池电量监测模块、所述电源选择开关相连；所述光伏电池板、所述蓄电池、所述锂电池同时为所述电源管理模块、所述通讯单元和控制单元提供启动及工作电源；所述电源管理模块根据所述蓄电池电量检测模块和所述锂电池电量检测模块的实时检测信号，控制充电开关和电源选择开关，以控制蓄电池的电量至少不低于其容量的30%；所述电源选择开关根据所述电源管理模块的指令，为所述驱动单元提供所述光伏电池板、所述蓄电池、所述锂电池中至少一个的电力。
锂电池模块中采用可充电锂电池101，具有充电控制电路100和外部电源接口，非远程控制状态下，该充电控制电路100允许机器人可以使用外部电源。
本发明采用模块化、标准化组件实现机器人各部件的组装、更替和连接。这样模块化的组件安装方式将机器人系统化整为零、化繁为简，降低了整个系统维修、更替、升级的成本，也减轻了系统调试的工作量。
另外，本发明在机器人上设置了光伏电池板，增加了续航能力，同时选择小容量蓄电池作为机器人电源系统的冗余电源运行，机器人处于远程控制下，当其处于锂电池耗尽、光伏电池板不工作或故障的极端状态时仍能实现通讯和控制系统的正常工作，为故障排除或定位维修提供了延时。

Claims (5)

1.一种机器人电源管理系统，其特征在于：
所述机器人包括：框架（2）、传感器单元（1）、驱动单元（4）、通讯单元（3）、控制单元（5）、电源单元（6）；
所述框架（2）由结构件通过螺丝连接构成，所述传感器单元（1）、驱动单元（4）、通讯单元（3）、控制单元（5）、电源单元（6）分别安装固定于所述框架上，构成机器人实体； 
所述电源单元包括：光伏电池板（12）、直流电压调整模块（16）、充电开关（13）、蓄电池（14）、蓄电池电量监测模块（15）、电源管理模块（17）、电源选择开关（18）、锂电池电量监测模块（11）、锂电池模块（10）、电机驱动电路（19）；其中，
所述光伏电池板（12）与所述直流电压调整模块（16）相连，所述直流电压调整模块（16）与所述充电开关相连；
所述蓄电池（14）与所述蓄电池电量检测模块（15）、所述电源选择开关（18）相连；
所述锂电池模块（10）与所述锂电池电量检测模块（11）、所述电源选择开关（18）相连；
所述电源管理模块（17）和所述直流电压调整模块（16）、所述锂电池模块（10）、所述蓄电池电量检测模块（15）、所述锂电池电量监测模块（11）、所述电源选择开关（18）相连；
所述光伏电池板（12）、所述蓄电池（14）、所述锂电池模块（10）同时为所述电源管理模块（17）、所述通讯单元（3）和所述控制单元（5）提供启动及工作电源；
所述电源管理模块（17）根据所述蓄电池电量检测模块（15）和所述锂电池电量检测模块（11）的实时检测信号，控制所述充电开关（13）和所述电源选择开关（18），以控制所述蓄电池（14）的电量至少不低于其容量的30%；
所述电源选择开关（18）根据所述电源管理模块（17）的指令，为所述电机驱动电路（19）提供所述光伏电池板（12）、所述蓄电池（14）、所述锂电池模块（10）中至少一个的电力。
2.如权利要求1所述的一种机器人电源管理系统，其特征在于，所述驱动单元包括：电机驱动电路、直流伺服电机、传动机构、驱动轮。
3.如权利要求1所述的一种机器人电源管理系统，其特征在于，所述锂电池模块包括充电电路和外部电源插口。
4.如权利要求1所述的一种机器人电源管理系统，其特征在于，所述框架结构件由标准的工业铝型材构成，各铝型材之间通过螺丝、螺母连接。
5.如权利要求4所述的一种机器人电源管理系统，其特征在于，所述铝型材具有30°、45°、60°或90°斜角形状接口，以实现各铝型材之间的对接，连接时将相应角度的连接件对贴，并通过螺丝、螺母固定。
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