CN110676892B - 移动机器人及其电源管理系统 - Google Patents

Abstract

一种移动机器人电源管理系统包括：电池组件，具有电池组和与工控机通讯并反馈电池状态的电池管理板，所述电池管理板还用于控制电池组传输高功率直流电源至动力组件；电源管理组件，所述电压变换电路用于提供低功率直流电源至控制组件；用于控制所述高功率直流电源和/或所述低功率直流电源紧急断电以停机；及触点通断电路，用于控制所述充电触点和所述电池组直接的链路通断；通过将高、低功率电源分开输出传送，使得动力机构的电源系统与控制机构电源系统相对隔离，免除相互干扰，保证系统电源的稳定输出；提供完善烦人急停安全机制；避免充电触点带电对人会有放电可能，也避免易引静电进入控制系统，提高了移动机器人的电源管理安全性、可靠性。

Description

移动机器人及其电源管理系统

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，尤其涉及一种移动机器人电源管理系统及方法。

背景技术

随着人工智能的不断发展，移动机器人的应用会越来越多，移动机器人的电源安全性，续航时间，能效将会产生一个新的高度要求。

然而，目前的移动机器人对电源管理大多是一个充电放电过程，缺少对电源的系统性管理，仍存在如下的缺点：电池缺少过充，过放，过压，过温保护机制，安全性不高。动力运动电机急停安全机制不完善，安全性不高。充电触点带电，易引静电进入控制系统，以及对人会有放电可能，安全性不高；缺少机器人各状态省电模式，待机模式机制，对各电源模块缺少系统管理。缺少机器人开关机对各电源模块打开，关断时序控制，致使控制系统上电断电不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动机器人及其电源管理系统，旨在解决传统目前的移动机器人对电源管理安全性、可靠性不高的问题。

一种移动机器人电源管理系统，包括：

电池组件，具有电池组和与工控机通讯并反馈电池状态的电池管理板，所述工控机根据所述电池状态控制所述电池组充放电，所述电池管理板还用于控制电池组传输高功率直流电源至动力组件；

电源管理组件，包括与所述电池组连接的电源管理单元和多路与所述电源管理单元连接的电压变换电路，所述电压变换电路用于提供低功率直流电源至控制组件；

紧急保护组件，连接在所述电池组和所述动力组件之间、所述电池组和所述电源管理组件之间，用于控制所述高功率直流电源和/或所述低功率直流电源紧急断电以停机；

触点通断电路，与充电触点和所述电池组连接，用于控制所述充电触点和所述电池组直接的链路通断；

无线通讯组件，与所述工控机连接，用于接收无线唤醒命令。

此外，还提供了一种移动机器人，包括上述的移动机器人电源管理系统。

上述的移动机器人及其电源管理系统通过将高、低功率电源分开输出传送，使得动力机构的电源系统与控制机构电源系统相对隔离，免除相互干扰，保证系统电源的稳定输出；还通过设置紧急保护组件应付紧急状况控制紧急断电以停机，提供完善烦人急停安全机制；还设置触点通断电路控制所述充电触点和所述电池组直接的链路通断，避免充电触点带电对人会有放电可能，也避免易引静电进入控制系统，提高了移动机器人的电源管理安全性、可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的移动机器人电源管理系统结构示意图；

图2为图1所示的移动机器人电源管理系统中触点通断电路的示例电路原理图；

图3为图1所示的移动机器人电源管理系统中紧急保护组件的部分示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的移动机器人电源管理系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

移动机器人电源管理系统可应用于移动机器人，包括电池组件10、电源管理组件20、紧急保护组件30、触点通断电路40及无线通讯组件50。

电池组件10具有电池组11和与工控机100通讯并反馈电池状态的电池管理板12，工控机100根据电池状态控制电池组11充放电，电池管理板12还用于控制电池组11传输高功率直流电源至动力组件200；电源管理组件20包括与电池组11连接的电源管理单元21和多路与电源管理单元21连接的电压变换电路22，电压变换电路22用于提供低功率直流电源至控制组件；紧急保护组件30连接在电池组11和动力组件200之间、电池组11和电源管理组件20之间，用于控制高功率直流电源和/或低功率直流电源紧急断电以停机；触点通断电路40与充电触点CH+/-和电池组11连接，用于控制充电触点CH+/-和电池组11直接的链路通断；无线通讯组件50，与工控机100连接，用于接收无线唤醒命令。

在一个实施例中，动力组件200包括电机驱动201及与电机驱动201连接的电机202。比如驱动轮电机，转向电机，刷盘电机，吸扒电机，排水电机，刷盘升降电机202，吸扒升降电机202驱动201电源是直接从电池供给，控制组件包括主控板301和传感器模块302，以及均与工控机100连接的显示屏303、激光雷达装置304、人脸识别装置305及语音识别装置306，传感器模块302包括多个与主控板301连接的传感器，如超声波、压力、红外等。控制信号是从主控板301经过隔离芯片后才到电机驱动201，电机驱动201的电源与控制系统电源(包括控制组件、工控机100、电源管理组件20及无线通讯组件50的电源)是相对独立(单点接地BAT-)相对隔离，电压变换电路22可用变压器转换绝对隔离模块，且电压变换电路22带有各自的过载，短路保护。

电池管理板12实时通过RS485反馈电池状态(电量，电流，电压，温度等)到工控机100，可以确定机器人电量不足，发出自动充电请求，同时具备过充，过放，过压，过温保护。

电源管理板通过RS485与工控机100通讯，在一个实施例中，在机器关机状态，按下电源开关5秒,同时电源指示灯23点亮，电压变换电路22会按设定的时序，按先后顺序上电，保证系统上电稳定。在机器开机状态，长按电源开关5秒,同时电源指示灯23点亮，并按设定频率闪烁，(同时触发电源管理板通过RS485发送指令关闭工控机100系统后才断电，防止直接断电而损坏工控机100。)电压变换电路22会按设定的时序，按先后顺序断电，保证机器人正常断电，直至所有电源关闭，电源指示灯23停止闪烁并熄灭。可见，电源管理单元21还用于在接收到软开机信号时，按照预设顺序启动各个控制组件和动力组件200的电源；在接收到软关机信号时，按照预设顺序关闭各个控制组件和动力组件200的电源。

电源时序能够按照由前级设备到后级设备逐个顺序启动电源，关闭供电电源时则由后级到前级的顺序关闭各类用电设备，这样就能有效的统一管理和控制各类用电设备，避免了人为的失误操作，同时又可减低用电设备在开关瞬间对供电电网的冲击，也避免了感性容性电流对设备的冲击，确保了整个用电系统的稳定。在一个实施例中，软开机上电时序：电源管理板-电机驱动201-主控板301(超声波雷达传感器，红外悬崖传感器，碰撞压力传感器)-激光雷达装置304-人脸识别装置305-语音识别装置306-无线通讯组件50-显示屏303-工控机100。软关机断电时序：电机驱动201-主控板301(超声波雷达传感器，红外悬崖传感器，碰撞压力传感器)-激光雷达装置304-人脸识别装置305-语音识别装置306-无线通讯组件50-工控机100(系统关闭后断电)-显示屏303。

进一步地，工控机100在预设时间内没有接收到工作命令时，发送待机指令至电源管理单元21控制电池管理板12和电压变换电路22关闭预设动力组件200和控制组件的电源。工控机100会检测机器人运行状态，会关闭部份电源进入节能模式，或待机状态提高能效。比如，机器人在5分钟内没接收到工作任务与命令时，工控机100会发送指令给电源管理板关闭电机驱动201，发送指令给电源管理组件20关闭激光雷达，超声波雷达传感器，红外悬崖传感器，主控板301，人脸识别等电源，进入待机状态。机器人在预设工作任务外的时间进入休睡状态，外设电源全关闭，工控机100，无线通讯组件50，电源管理组件20，语音识别模块保持正常通电。

请参阅图2，触点通断电路40包括连接在充电触点CH+/-和电池组11之间的第一继电器K1，及与电源管理单元21连接用于驱动继电器的驱动电路。当机器人在工作，不在充电时，充电触点CH+/-是不带电的，当机器人回到充电桩对接成功才打开继电器K1触点开关，让机器人充电。充电触点CH+/-在不充电时与机器人控制系统通过继电器隔离，防止外部静电对控制系统的干扰。同时防止触点带电对人体放电，提高安全性。

紧急保护组件30在接收到强制关机信号时，控制高功率直流电源和低功率直流电源紧急断电以停机。紧急保护组件30保护包括保险丝F1/F2、空气开关SW1/SW2、串接在回路上的继电器K2及用于控制继电器K2的急停开关按钮STOP1。紧急保护组件30可以保证机器人出现异常，按下急停开关按钮STOP1能及时切断动力系统电源。进一步地，可以通过IO口触发信号到主控板301清空运动数据命令，另外为了保证急停开关按钮STOP1复位时，防止机器人由于在PID(Proportion-Integral-Derivative，比例-积分-导数)模式突然加速运动或转动。急停开关按钮STOP1可以临时停机，不让机器人移动。同时继电器K2有电机202过载保护功能，在电流过大时切断动力系统电源。空气开关SW1/SW2对过载，短路起保护作用。

请参阅图3，保险丝F1/F2是快断保险丝，在动力负载大于正常工作电流时，保险丝F1/F2会熔断；在动力负载大于空气开断开电流时，或后续电路短路时，空气开关SW1/SW2会断开电源；STOP1为急停常闭开关，当按下开关，继电器K2会断开动力驱动电源，同时CLEAR信号由于低电平，变为高电平，向主控板301清空运动指令。保证急停开关复位时，防止机器人由于在PID模式突然加速运动或转动。通过无线可以控制MOTOR-ON/OFF进行远程急停和锁定，或待机时断开驱动电源。

机器人待机时可以通过RF无线远程唤醒，定时唤醒，语音唤醒，电源键唤醒等。

机器人待机时：电源管理组件20、无线通讯组件(如3G、4G及WIFI)、语音识别及工控机100保持证常通电，其它模块电源关闭。

RF无线远程唤醒：通手机APP或平板APP控制平台，发送指令，机器人通过无线收到指令，机器人通过工控机100发送指令到电源管理组件20，电源管理组件20使能所有电源模块正常上电，机器人唤醒。

定时唤醒：在工控机100应用平台，手机APP或平板APP预设机器人工作任务时间，机器人到达工作时间时机器人自然唤醒。工作任务完成5分钟后重新进入待机状态。

语音唤醒：在机器人接收语音指令，触发电源管理组件20打开所有电源，机器人唤醒

电源键唤醒：按一下电源键，触发电源管理组件20打开所有电源，机器人唤醒。

上述的移动机器人及其电源管理系统通过将高、低功率电源分开输出传送，使得动力机构的电源系统与控制机构电源系统相对隔离，免除相互干扰，保证系统电源的稳定输出；还通过设置紧急保护组件应付紧急状况控制紧急断电以停机，提供完善烦人急停安全机制；还设置触点通断电路控制所述充电触点和所述电池组直接的链路通断，避免充电触点带电对人会有放电可能，也避免易引静电进入控制系统，提高了移动机器人的电源管理安全性、可靠性。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种移动机器人电源管理系统，其特征在于，包括：

电池组件，具有电池组和与工控机通讯并实时反馈电池状态的电池管理板，所述工控机根据所述电池状态控制所述电池组充放电，所述电池管理板还用于控制电池组传输高功率直流电源至动力组件；

电源管理组件，包括与所述电池组连接的电源管理单元和多路与所述电源管理单元连接的电压变换电路，所述电压变换电路用于提供低功率直流电源至控制组件；

紧急保护组件，连接在所述电池组和所述动力组件之间、所述电池组和所述电源管理组件之间，用于控制所述高功率直流电源和/或所述低功率直流电源紧急断电以停机；

触点通断电路，与充电触点和所述电池组连接，用于控制所述充电触点和所述电池组直接的链路通断；

无线通讯组件，与所述工控机连接，用于接收无线唤醒命令；

所述电源管理单元还用于在接收到软开机信号时，按照预设顺序启动各个控制组件和动力组件的电源；在接收到软关机信号时，按照预设顺序关闭各个控制组件和动力组件的电源。

2.如权利要求1所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述工控机在预设时间内没有接收到工作命令时，发送待机指令至所述电源管理单元控制所述电池管理板和所述电压变换电路关闭预设动力组件和控制组件的电源。

3.如权利要求1所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述紧急保护组件还用于在接收到强制关机信号时，控制所述高功率直流电源和所述低功率直流电源紧急断电以停机。

4.如权利要求1所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述动力组件包括电机驱动及与所述电机驱动连接的电机。

5.如权利要求1所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述控制组件包括主控板和多个与所述主控板连接的传感器。

6.如权利要求1或5所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述控制组件包括均与所述工控机连接的显示屏、激光雷达装置、人脸识别装置、语音识别装置。

7.如权利要求1所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述触点通断电路包括连接在所述充电触点和所述电池组之间的第一继电器，及与所述电源管理单元连接用于驱动所述第一继电器的驱动电路。

8.如权利要求1所述的移动机器人电源管理系统，其特征在于，所述紧急保护组件包括保险丝、空气开关、串接在回路上的第二继电器及用于控制所述第二继电器的急停开关按钮。

9.一种移动机器人，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的移动机器人电源管理系统。

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