CN109194124A - 具有新型供电结构的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有新型供电结构的机器人，包括基体、旋转台和底座，基体内设有电路板和第一电机，基体的外表面上设有触摸屏和扬声器，电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路，第一电机、触摸屏、扬声器、无线通信模块和电源电路均与微处理器连接；电源电路包括PWM芯片、第一电容、第四电容、第一三极管、电压输入端、第一电阻、第二三极管、第一稳压二极管、第二二极管、第二电容、变压器、第三二极管、第三电容和电压输出端，第一三极管的基极通过第四电容与PWM芯片连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极与变压器的初级线圈的一端连接。本发明电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

Description

具有新型供电结构的机器人

技术领域

本发明涉及机器人教学领域，特别涉及一种具有新型供电结构的机器人。

背景技术

随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域，许多院校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程。为了满足机器人学方面的有关课程教学示范和实验教学的需求，现有技术中已研制开发了全方位的轮式移动机器人，可以作为各种智能控制方法(包括动态避障、群体协作策略)的良好载体，同时又可以方便的构成网络化的分布式系统，开展多智能体的调度、规划等研究。这种移动机器人的控制系统体系结构，包括传感器、通讯、伺服控制、软件构成等，并给出了实验结果，证明了系统的可行性。传统教学机器人的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，由于传统教学机器人的供电部分缺少相应的电路保护功能，例如：防止信号干扰功能，造成电路的安全性和可靠性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高的具有新型供电结构的机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有新型供电结构的机器人，包括基体、旋转台和底座，所述基体内设有电路板和第一电机，所述电路板与所述基体可拆卸连接，所述基体的外表面上设有触摸屏和扬声器，所述电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路，所述第一电机、触摸屏、扬声器、无线通信模块和电源电路均与所述微处理器连接，所述旋转台通过所述第一电机的输出轴旋转连接于所述基体上，所述旋转台上设有信息采集单元，所述信息采集单元与所述微处理器连接，所述底座设置在所述基体的底部，所述底座包括第二电机和行进组件，所述行进组件通过所述第二电机的输出轴可拆卸连接于所述底座上；

所述电源电路包括PWM芯片、第一电容、第四电容、第一三极管、电压输入端、第一电阻、第二三极管、第一稳压二极管、第二二极管、第二电容、变压器、第三二极管、第三电容和电压输出端，所述第一三极管的基极通过所述第四电容与所述PWM芯片连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述变压器的初级线圈的另一端与所述电压输入端连接，所述PWM芯片的电源端口分别与所述第一电容的正极、第二三极管的发射极和第一电阻的一端连接，所述第一电容的负极接地，所述第二三极管的基极与所述第一稳压二极管的阴极连接，所述第一稳压二极管的阳极接地，所述第二三极管的集电极与所述第二二极管的阴极连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电容的负极和变压器的反馈线圈的一端连接，所述第二二极管的阳极分别与所述第二电容的正极和变压器的反馈线圈的另一端连接并接地，所述变压器的次级线圈的一端与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第三电容的一端和电压输出端连接，所述变压器的次级线圈的另一端与所述第三电容的另一端连接，所述第四电容的电容值为450pF。

在本发明所述的具有新型供电结构的机器人中，所述电源电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电容的正极连接，所述第二电阻的另一端与所述第二三极管的发射极连接，所述第二电阻的阻值为32kΩ。

在本发明所述的具有新型供电结构的机器人中，所述电源电路还包括第四二极管，所述第四二极管的阴极与所述第一三极管的集电极连接，所述第四二极管的阳极与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述第四二极管的型号为E-562。

在本发明所述的具有新型供电结构的机器人中，所述电源电路还包括第五二极管，所述第五二极管的阳极与所述变压器的反馈线圈的一端连接，所述第五二极管的阴极与所述第二电容的负极连接，所述第五二极管的型号为S-452T。

在本发明所述的具有新型供电结构的机器人中，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。

在本发明所述的具有新型供电结构的机器人中，所述无线通信模块为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块。

在本发明所述的具有新型供电结构的机器人中，所述信息采集单元包括图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块，所述图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块均与所述微处理器连接。

实施本发明的具有新型供电结构的机器人，具有以下有益效果：由于设有基体、旋转台和底座，基体内设有电路板和第一电机，基体的外部设有触摸屏和扬声器，所述电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路；电源电路包括PWM芯片、第一电容、第四电容、第一三极管、电压输入端、第一电阻、第二三极管、第一稳压二极管、第二二极管、第二电容、变压器、第三二极管、第三电容和电压输出端，该电源电路相对于传统教学机器人的供电部分，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本，另外，第四电容用于防止PWM芯片与第一三极管之间的干扰，因此电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

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为本发明具有新型供电结构的机器人一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中电路板的结构框图；

图3为所述实施例中电源电路的电路原理图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

在本发明具有新型供电结构的机器人实施例中，该具有新型供电结构的机器人的结构示意图如图1所示。图1中，该具有新型供电结构的机器人包括基体1、旋转台2和底座3，基体1内设有电路板11和第一电机12，电路板11与基体1可拆卸连接，以便于在需要具有新型供电结构的机器人具有其他功能或需要改变具有新型供电结构的机器人的控制模式进行教学演示时快速简便地更换电路板11，还可以是在使用上位机控制具有新型供电结构的机器人时更换与上位机匹配的电路板11。由于电路板11和第一电机12设置在基体1的内部，因此就可以对电路板11、第一电机12及其外围电路进行隐藏和保护。基体1的外表面上设有触摸屏13和扬声器14，以方便操作人员从触摸屏13和扬声器14接收信息，触摸屏13可以用于显示教学视频和/或操控界面，扬声器14用于播放音频，操作人员可以在教学视频的演示下，利用触摸屏13对具有新型供电结构的机器人进行操控学习，可以大幅度提高教学和学习的效率。

图2为本实施例中电路板的结构框图，本实施例中，该电路板11上设有微处理器111、无线通信模块112和电源电路113，其中，第一电机12、触摸屏13、扬声器14、无线通信模块112和电源电路113均与微处理器111连接，微处理器111采用通用单片机。

考虑到具有新型供电结构的机器人的灵活性、环境适应性和便携性，采用无线通信模块112进行无线通信。该无线通信模块112可以为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块等。通过设置多种无线通信方式，不仅可以增加无线通信方式的灵活性，还能满足不同用户和不同场合的需求。尤其是采用LoRa模块时，其通信距离较远，且通信性能较为稳定，适用于对通信质量要求较高的场合。

旋转台2通过第一电机12的输出轴旋转连接于基体1上，具体就是旋转台2通过第一电机12的输出轴可旋转地连接在基体1的顶部，第一电机12在微处理器111的控制下能进行可控旋转，旋转台2可以呈圆柱体形状或截锥体形状。旋转台2上设有信息采集单元21，信息采集单元21与微处理器111连接，信息采集单元21用于采集具有新型供电结构的机器人周围的环境信息。

本实施例中，信息采集单元21包括图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块(图中未示出)，图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块均与微处理器111连接。图像采集模块为普通光/红外线摄像机，以使具有新型供电结构的机器人在所处环境的光照条件不好时也可以采集到有效的环境信息。同时，距离采集模块是红外测距传感器，距离采集模块的作用是使具有新型供电结构的机器人能够基于距离采集模块采集到周围环境中的障碍物距离信息进行简单的障碍物距离判断以自动规划行动路径。

图像采集模块采集的图像信息和语音采集模块采集的语音信息还可以通过触摸屏13和扬声器14进行实时播放，以向操作人员或学员更加直观地展示具有新型供电结构的机器人的运行规律，从具有新型供电结构的机器人的角度理解具有新型供电结构的机器人的控制原理，进而提高教学效率。

底座3设置在基体1的底部，底座3包括第二电机31和行进组件32，行进组件32通过第二电机31的输出轴可拆卸连接于底座3上。行进组件32是滑轮组。

图3为本实施例中电源电路的电路原理图，图3中，该电源电路113包括PWM芯片U1、第一电容C1、第四电容C4、第一三极管Q1、电压输入端Vin、第一电阻R1、第二三极管Q2、第一稳压二极管ZD1、第二二极管D2、第二电容C2、变压器T、第三二极管D3、第三电容C3和电压输出端Vo，其中，第一三极管Q1的基极通过第四电容C4与PWM芯片U1连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极与变压器T的初级线圈N1的一端连接，变压器T的初级线圈N1的另一端与电压输入端Vin连接，PWM芯片U1的电源端口分别与第一电容C1的正极、第二三极管Q2的发射极和第一电阻R1的一端连接，第一电容C1的负极接地，第二三极管Q2的基极与第一稳压二极管D1的阴极连接，第一稳压二极管D1的阳极接地，第二三极管Q2的集电极与第二二极管D2的阴极连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电容C2的负极和变压器T的反馈线圈N2的一端连接，第二二极管D2的阳极分别与第二电容C2的正极和变压器T的反馈线圈N2的另一端连接并接地，变压器T的次级线圈N3的一端与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极分别与第三电容C3的一端和电压输出端Vo连接，变压器T的次级线圈N3的另一端与第三电容C3的另一端连接。

该电源电路113相对于传统教学机器人的供电部分，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，电路结构较为简单，方便维护，这样可以降低硬件成本。另外，第四电容C4为耦合电容，用于防止PWM芯片U1与第一三极管Q1之间的干扰，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第四电容C4的电容值为450pF，当然，在实际应用中，第四电容C4的电容值可以根据具体情况进行相应调整。

本实施例中，第一电阻R1和第一电容C1构成第一供电电路，第二电容C2构成储能电路，第二二极管D2、第二三极管Q2和第一稳压二极管ZD1构成开关切换电路，储能电路和开关切换电路组成第二供电电路。

另外，PWM芯片U1通过第一三极管Q1连接变压器T的初级线圈N1，通过发出PWM信号控制初级线圈N1的导通或不导通。当初级线圈N1导通时电流增加开始存储能量，此时变压器T的次级线圈N3无电流，由第三电容C3放电，从电压输出端Vo输出直流电压；当初级线圈N1不导通时释放能量，此时次级线圈N3导通并产生电流，电流通过第三二极管D3整流后同时输出直流电压和为第三电容C3充电。

该电源电路113的工作原理如下：当电压输出端Vo输出的直流电压较高时，此时由第一供电电路为PWM芯片U1供电：在第一三极管Q1导通时，变压器T的反馈线圈N2也导通，电流经过第一电阻R1后给PWM芯片U1供电，且电流为第一电容C1正向充电、为第二供电电路中的第二电容C2反向充电。在这个过程中，第一稳压二极管ZD1的稳压值低于PWM芯片U1的供电电压Ua，使第二三极管Q2保持截止状态，此时，该电源电路113的电路功耗几乎没有任何增加。当电压输出端Vo的直流电压下降至时，此时第一供电电路提供给PWM芯片U1的供电电压Ua也随之下降，当供电电压Ua下降到低于第一稳压二极管ZD1的稳压值Uzd1时(此时Ua大于或等于PWM芯片U1的工作电压Ucc，即Uzd1＞Ua≥Ucc)，第二三极管Q2导通，第二电容C2放电，电流通过第二二极管D2整流并经过第二三极管Q2为PWM芯片U1供电。当第一三极管Q1不导通时，由第一电容C1放电，为PWM芯片U1供电。

因此，可以根据PWM芯片U1的工作电压Ucc，设定第一稳压二极管ZD1的稳压值Uzd1，以满足不同PWM芯片U1的控制要求。这样就能保证电压输出端Vo的直流电压在大范围变化时，通过电源电路113让PWM芯片U1具有正常的供电电压Ua，使电源电路113能够在全范围工作，从而提高电源电路113的工作适应范围及可靠性。

本实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管，当然，在实际应用中，第一三极管Q1和第二三极管Q2也可以均为PNP型三极管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，该电源电路113还包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端与第一电容C1的正极连接，第二电阻R2的另一端与第二三极管Q2的发射极连接。第二电阻R2为限流电阻，用于对第二三极管Q2的发射极电流进行限流保护，以进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第二电阻R2的阻值为32kΩ，当然，在实际应用中，第二电阻R2的阻值可以根据具体情况进行相应调整。

本实施例中，该电源电路113还包括第四二极管D4，第四二极管D4的阴极与第一三极管Q1的集电极连接，第四二极管D4的阳极与变压器T的初级线圈N1的一端连接。第四二极管D4为限流二极管，用于对第一三极管Q1的集电极电流进行限流保护，以更进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第四二极管D4的型号为E-562，当然，在实际应用中，第四二极管D4也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

本实施例中，该电源电路113还包括第五二极管D5，第五二极管D5的阳极与变压器T的反馈线圈N3的一端连接，第五二极管D5的阴极与第二电容C2的负极连接。第五二极管D5为限流二极管，用于进行限流保护，以进一步增强限流效果。值得一提的是，本实施例中，第五二极管D5的型号为S-452T，当然，在实际应用中，第五二极管D5也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

总之，本实施例中，该电源电路113相对于传统教学具有新型供电结构的机器人的供电部分，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，该电源电路113中设有耦合电容，因此电路的安全性和可靠性较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有新型供电结构的机器人，其特征在于，包括基体、旋转台和底座，所述基体内设有电路板和第一电机，所述电路板与所述基体可拆卸连接，所述基体的外表面上设有触摸屏和扬声器，所述电路板上设有微处理器、无线通信模块和电源电路，所述第一电机、触摸屏、扬声器、无线通信模块和电源电路均与所述微处理器连接，所述旋转台通过所述第一电机的输出轴旋转连接于所述基体上，所述旋转台上设有信息采集单元，所述信息采集单元与所述微处理器连接，所述底座设置在所述基体的底部，所述底座包括第二电机和行进组件，所述行进组件通过所述第二电机的输出轴可拆卸连接于所述底座上；

所述电源电路包括PWM芯片、第一电容、第四电容、第一三极管、电压输入端、第一电阻、第二三极管、第一稳压二极管、第二二极管、第二电容、变压器、第三二极管、第三电容和电压输出端，所述第一三极管的基极通过所述第四电容与所述PWM芯片连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述变压器的初级线圈的另一端与所述电压输入端连接，所述PWM芯片的电源端口分别与所述第一电容的正极、第二三极管的发射极和第一电阻的一端连接，所述第一电容的负极接地，所述第二三极管的基极与所述第一稳压二极管的阴极连接，所述第一稳压二极管的阳极接地，所述第二三极管的集电极与所述第二二极管的阴极连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电容的负极和变压器的反馈线圈的一端连接，所述第二二极管的阳极分别与所述第二电容的正极和变压器的反馈线圈的另一端连接并接地，所述变压器的次级线圈的一端与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极分别与所述第三电容的一端和电压输出端连接，所述变压器的次级线圈的另一端与所述第三电容的另一端连接，所述第四电容的电容值为450pF。

2.根据权利要求1所述的具有新型供电结构的机器人，其特征在于，所述电源电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电容的正极连接，所述第二电阻的另一端与所述第二三极管的发射极连接，所述第二电阻的阻值为32kΩ。

3.根据权利要求2所述的具有新型供电结构的机器人，其特征在于，所述电源电路还包括第四二极管，所述第四二极管的阴极与所述第一三极管的集电极连接，所述第四二极管的阳极与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述第四二极管的型号为E-562。

4.根据权利要求3所述的具有新型供电结构的机器人，其特征在于，所述电源电路还包括第五二极管，所述第五二极管的阳极与所述变压器的反馈线圈的一端连接，所述第五二极管的阴极与所述第二电容的负极连接，所述第五二极管的型号为S-452T。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的具有新型供电结构的机器人，其特征在于，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的具有新型供电结构的机器人，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的具有新型供电结构的机器人，其特征在于，所述信息采集单元包括图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块，所述图像采集模块、语音采集模块和距离采集模块均与所述微处理器连接。