CN108539712A - 一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法 - Google Patents

一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机器人电源控制领域，具体涉及一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其电源输入控制装置包括：电源输入、输出正极和电源输入、输出负极，电子开关模块(双MOS)、驱动模块、第一控制模块、第二控制模块、正向控制信号、外部信号、反馈和主控制器；电子开关模块包括两个反向设置的MOS管Q23A和MOS管Q23B，MOS管Q23A的漏极和MOS管Q23B的漏极相连，MOS管Q23A的栅极输入端通过电阻R161与源极公共端一并和电源输入负极相连；本发明能够有效克服现有技术所存在的机器人本体电源输入控制及保护不够到位的缺陷。

Description

一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法
技术领域
本发明涉及机器人电源控制领域，具体涉及一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法。
背景技术
机器人足球比赛是近年来人工智能与智能机器人研究领域中一个十分令人注目的热点，它为许多理论，包括人工智能、机器视觉、运动控制等提供了一个理想的实验平台。RoboCup(RobotWorld Cup，机器人世界杯足球锦标赛，是目前国际上级别最高、规模最大、影响最广泛、参与人数最多的国际性机器人赛事。
机器人子系统是整个系统的执行机构，是决策的执行者。因而，为机器人子系统设计一种用于电源输入控制及保护的技术方案尤为重要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，能够有效克服现有技术所存在的机器人本体电源输入控制及保护不够到位的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其电源输入控制装置包括：电源输入、输出正极和电源输入、输出负极，电子开关模块(双MOS)、驱动模块、第一控制模块、第二控制模块、正向控制信号、外部信号、反馈和主控制器；所述电子开关模块包括两个反向设置的MOS管Q23A和MOS管Q23B，所述MOS管Q23A的漏极和MOS管Q23B的漏极相连，所述MOS管Q23A的栅极输入端通过电阻R161与源极公共端一并和电源输入负极相连，所述MOS管Q23B的栅极输入端通过电阻R170与源极公共端一并和电源输出负极相连，所述第一控制模块包括NMOS管Q22和PMOS管Q24，所述主控制器输出有POWER_ON信号，所述NMOS管Q22的栅极输入端与源极公共端分别通过电阻R168和电阻R166与POWER_ON信号相连，所述PMOS管Q24的栅极输入端分别通过电阻R164和电阻R165与NMOS管Q22的漏极输出端和电源输入正极相连，所述PMOS管Q24的源极公共端与电源输入正极相连，所述PMOS管Q24的漏极输出端通过电阻R163与MOS管Q23A的栅极输入端相连，所述正向控制信号由电阻R162组成，所述电阻R162的一端与电源输入正极相连，所述电阻R162的另一端与MOS管Q23B的栅极输入端相连，所述第二控制模块包括U50和J42，所述外部信号由POWER_LED信号构成，所述光耦反馈信号由POWER_CHECK信号构成，所述J42的第1引脚电源输出负极相连，所述J42的第2引脚接POWER_LED信号，所述J42的第3引脚与电源输入正极相连，所述J42的第4引脚通过电阻R160与U50的第1引脚相连，所述U50的第2引脚通过引线与MOS管Q23A的栅极输入端相连，所述U50的第3引脚和电源输出负极相连，所述U50的第4引脚分别通过电阻R167和电阻R169与+3V电源和POWER_CHECK信号相连。
优选地，其电源输入保护方法包括：当电源输入正极和电源输入负极介入正向电源时，正向控制信号为使能信号，反接保护MOS管打开；由于第二控制模块的外部开关信号没有引入，第二控制信号无输出，第一控制信号由于内部电路的低电平状态同样没有输出。
优选地，所述反接保护MOS管驱动电阻R162和电阻R170为其提供分压电源，驱动Q23B打开，J42的3、4引脚所接的外部开关未触发，第二控制模块的Q23A驱动信号没有引入，第一控制模块的POWER_ON信号由于主控制器没有接入电源，故信号为低电平，NMOS管Q22关断，PMOS管的Q24控制极被拉高至电源电压，等于源级电压，Q24关断，所以第一控制模块的驱动信号同样没有引入，输入控制MOS管Q23A关断，此时由于Q23A的阻断，经由R162，Q170的驱动电流不会回流到电源负极，电路处于超低功耗状态。
优选地，当置于J42第3、第4引脚的外置开关按下触发光耦导通，R160接入电源正极，由R160，U50，R161构成的回路为输入控制管Q23A的栅极提供控制电压，Q23A导通，主控制器上电，经由光耦反馈的POWER_CHECK信号，被控制器接收。
优选地，所述控制器内部，程序初始化状态下，首先开启POWER_ON信号和POWER_LED信号，打开Q22,进而打开Q24,使能第一控制模块，驱动Q23A打开，接管电源控制权并通过位于开关的LED灯信号提醒用户电源已正常接入，上电控制完成，本体进入工作状态后，主程序开始循环检查POWER_CHECK信号；需要关机时，用户按下外部开关，被程序检测到，由内置延时确定关断POWER_ON信号的时间，POWER_ON信号关断以后，第一控制模块的驱动信号消失，输入控制MOS管关断，本体断电，此时用户观察到开关上的LED熄灭，说明关机正常结束，可以释放开关，关机过程结束。
优选地，当输入接入反向电源时，电源输入正为低电平Q23B控制极被拉低，由于整个回路的阻抗特性，Q23B处于稳定的关断状态，从而保护内部电路免受反向电压损坏。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法采用多种功能相结合的方式设计出一种新型机器人电源输入控制及保护方法，摒弃了目前机器人本体电源输入控制及保护不够到位的情况，本发明具体实现以下技术效果：
1、通过位于负极回路的输入控制MOS管控制输入电源的通断，并且控制信号由外部开关和内部控制器共同提供，控制方式更加灵活多变；
2、通过位于负极回路的反接保护MOS避免机器人本体遭受反向电源输入的损坏，并且对电路本身没有任何损伤，降低了维护成本；
3、电源控制部分的信号与控制器通过光耦隔离，有效保护外部高压冲击可能对控制器端口造成的损坏；
4、由于整个回路经过特殊设计和调校的电路结构及参数,使机器人本体主动关闭输入后的功耗降至1uA级别，该电路的超低功耗保护特性对于机器人本体来说，可以有效降低电池供电带来的能耗敏感性，也可以大大降低电池低压状态下损坏的可能；在该状态下，电池可以稳定自身状态数月甚至数年，有利于本体的免维护长时间续航。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电路连接图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，如图1-2所示，其电源输入控制装置包括：电源输入、输出正极和电源输入、输出负极，电子开关模块(双MOS)、驱动模块、第一控制模块、第二控制模块、正向控制信号、外部信号、反馈和主控制器；所述电子开关模块包括两个反向设置的MOS管Q23A和MOS管Q23B，所述MOS管Q23A的漏极和MOS管Q23B的漏极相连，所述MOS管Q23A的栅极输入端通过电阻R161与源极公共端一并和电源输入负极相连，所述MOS管Q23B的栅极输入端通过电阻R170与源极公共端一并和电源输出负极相连，所述第一控制模块包括NMOS管Q22和PMOS管Q24，所述主控制器输出有POWER_ON信号，所述NMOS管Q22的栅极输入端与源极公共端分别通过电阻R168和电阻R166与POWER_ON信号相连，所述PMOS管Q24的栅极输入端分别通过电阻R164和电阻R165与NMOS管Q22的漏极输出端和电源输入正极相连，所述PMOS管Q24的源极公共端与电源输入正极相连，所述PMOS管Q24的漏极输出端通过电阻R163与MOS管Q23A的栅极输入端相连，所述正向控制信号由电阻R162组成，所述电阻R162的一端与电源输入正极相连，所述电阻R162的另一端与MOS管Q23B的栅极输入端相连，所述第二控制模块包括U50和J42，所述外部信号由POWER_LED信号构成，所述光耦反馈信号由POWER_CHECK信号构成，所述J42的第1引脚电源输出负极相连，所述J42的第2引脚接POWER_LED信号，所述J42的第3引脚与电源输入正极相连，所述J42的第4引脚通过电阻R160与U50的第1引脚相连，所述U50的第2引脚通过引线与MOS管Q23A的栅极输入端相连，所述U50的第3引脚和电源输出负极相连，所述U50的第4引脚分别通过电阻R167和电阻R169与+3V电源和POWER_CHECK信号相连；
其电源输入保护方法包括：当电源输入正极和电源输入负极介入正向电源时，正向控制信号为使能信号，反接保护MOS管打开；由于第二控制模块的外部开关信号没有引入，第二控制信号无输出，第一控制信号由于内部电路的低电平状态同样没有输出；
反接保护MOS管驱动电阻R162和电阻R170为其提供分压电源，驱动Q23B打开，J42的3、4引脚所接的外部开关未触发，第二控制模块的Q23A驱动信号没有引入，第一控制模块的POWER_ON信号由于主控制器没有接入电源，故信号为低电平，NMOS管Q22关断，PMOS管的Q24控制极被拉高至电源电压，等于源级电压，Q24关断，所以第一控制模块的驱动信号同样没有引入，输入控制MOS管Q23A关断，此时由于Q23A的阻断，经由R162，Q170的驱动电流不会回流到电源负极，电路处于超低功耗状态；
当置于J42第3、第4引脚的外置开关按下触发光耦导通，R160接入电源正极，由R160，U50，R161构成的回路为输入控制管Q23A的栅极提供控制电压，Q23A导通，主控制器上电，经由光耦反馈的POWER_CHECK信号，被控制器接收；
控制器内部，程序初始化状态下，首先开启POWER_ON信号和POWER_LED信号，打开Q22,进而打开Q24,使能第一控制模块，驱动Q23A打开，接管电源控制权并通过位于开关的LED灯信号提醒用户电源已正常接入，上电控制完成，本体进入工作状态后，主程序开始循环检查POWER_CHECK信号；需要关机时，用户按下外部开关，被程序检测到，由内置延时确定关断POWER_ON信号的时间，POWER_ON信号关断以后，第一控制模块的驱动信号消失，输入控制MOS管关断，本体断电，此时用户观察到开关上的LED熄灭，说明关机正常结束，可以释放开关，关机过程结束；
当输入接入反向电源时，电源输入正为低电平Q23B控制极被拉低，由于整个回路的阻抗特性，Q23B处于稳定的关断状态，从而保护内部电路免受反向电压损坏。
本发明所提供的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法采用多种功能相结合的方式设计出一种新型机器人电源输入控制及保护方法，摒弃了目前机器人本体电源输入控制及保护不够到位的情况，本发明在电源输入负极加入两个电子开关，分别进行输入控制和反接保护，输入控制电子开关由外置开关和光耦反馈控制，开启采用电平触发式，关闭根据主控制器设定时间控制；反接保护控制信号由电源输入正极直接提供，接入反向电压时，反接保护MOS管关断，进而保护内部电路。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其电源输入控制装置包括：电源输入、输出正极和电源输入、输出负极，电子开关模块(双MOS)、驱动模块、第一控制模块、第二控制模块、正向控制信号、外部信号、反馈和主控制器；所述电子开关模块包括两个反向设置的MOS管Q23A和MOS管Q23B，所述MOS管Q23A的漏极和MOS管Q23B的漏极相连，所述MOS管Q23A的栅极输入端通过电阻R161与源极公共端一并和电源输入负极相连，所述MOS管Q23B的栅极输入端通过电阻R170与源极公共端一并和电源输出负极相连，所述第一控制模块包括NMOS管Q22和PMOS管Q24，所述主控制器输出有POWER_ON信号，所述NMOS管Q22的栅极输入端与源极公共端分别通过电阻R168和电阻R166与POWER_ON信号相连，所述PMOS管Q24的栅极输入端分别通过电阻R164和电阻R165与NMOS管Q22的漏极输出端和电源输入正极相连，所述PMOS管Q24的源极公共端与电源输入正极相连，所述PMOS管Q24的漏极输出端通过电阻R163与MOS管Q23A的栅极输入端相连，所述正向控制信号由电阻R162组成，所述电阻R162的一端与电源输入正极相连，所述电阻R162的另一端与MOS管Q23B的栅极输入端相连，所述第二控制模块包括U50和J42，所述外部信号由POWER_LED信号构成，所述光耦反馈信号由POWER_CHECK信号构成，所述J42的第1引脚电源输出负极相连，所述J42的第2引脚接POWER_LED信号，所述J42的第3引脚与电源输入正极相连，所述J42的第4引脚通过电阻R160与U50的第1引脚相连，所述U50的第2引脚通过引线与MOS管Q23A的栅极输入端相连，所述U50的第3引脚和电源输出负极相连，所述U50的第4引脚分别通过电阻R167和电阻R169与+3V电源和POWER_CHECK信号相连。
2.基于权利要求1所述的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其电源输入保护方法包括：当电源输入正极和电源输入负极介入正向电源时，正向控制信号为使能信号，反接保护MOS管打开；由于第二控制模块的外部开关信号没有引入，第二控制信号无输出，第一控制信号由于内部电路的低电平状态同样没有输出。
3.基于权利要求2所述的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其特征在于：所述反接保护MOS管驱动电阻R162和电阻R170为其提供分压电源，驱动Q23B打开，J42的3、4引脚所接的外部开关未触发，第二控制模块的Q23A驱动信号没有引入，第一控制模块的POWER_ON信号由于主控制器没有接入电源，故信号为低电平，NMOS管Q22关断，PMOS管的Q24控制极被拉高至电源电压，等于源级电压，Q24关断，所以第一控制模块的驱动信号同样没有引入，输入控制MOS管Q23A关断，此时由于Q23A的阻断，经由R162，Q170的驱动电流不会回流到电源负极，电路处于超低功耗状态。
4.基于权利要求3所述的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其特征在于：当置于J42第3、第4引脚的外置开关按下触发光耦导通，R160接入电源正极，由R160，U50，R161构成的回路为输入控制管Q23A的栅极提供控制电压，Q23A导通，主控制器上电，经由光耦反馈的POWER_CHECK信号，被控制器接收。
5.基于权利要求4所述的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其特征在于：所述控制器内部，程序初始化状态下，首先开启POWER_ON信号和POWER_LED信号，打开Q22,进而打开Q24,使能第一控制模块，驱动Q23A打开，接管电源控制权并通过位于开关的LED灯信号提醒用户电源已正常接入，上电控制完成，本体进入工作状态后，主程序开始循环检查POWER_CHECK信号；需要关机时，用户按下外部开关，被程序检测到，由内置延时确定关断POWER_ON信号的时间，POWER_ON信号关断以后，第一控制模块的驱动信号消失，输入控制MOS管关断，本体断电，此时用户观察到开关上的LED熄灭，说明关机正常结束，可以释放开关，关机过程结束。
6.基于权利要求2所述的一种机器人电源输入控制装置及输入保护方法，其特征在于：当输入接入反向电源时，电源输入正为低电平Q23B控制极被拉低，由于整个回路的阻抗特性，Q23B处于稳定的关断状态，从而保护内部电路免受反向电压损坏。
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