CN111697558B - 一种示教器电源管理电路和具有其的无线示教器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种示教器电源管理电路，涉及示教器技术领域，其中，该电路包括，可充电电池模块，用于存储外接电源电压并将该外接电源电压转换为第一工作电压并输出给电源处理模块；电源预处理模块，用于将外接电源电压转换为第二工作电压并输出给电源处理模块；电源处理模块，对第一工作电压或第二工作电压进行处理，向示教器输出工作电压；当示教器充电时，由电源预处理模块提供电源处理模块第二工作电压；当示教器不充电时，由可充电电池模块向电源处理模块提供第一电压；解决了示教器充电时不能工作的问题。
Description
技术领域
本发明涉及示教器技术领域，尤其涉及一种示教器电源管理电路和具有其的无线示教器。
背景技术
随着社会科技的发展，工业机器人的应用领域越来越广泛，机器人的水平也就间接的体现了整个国家的工业水平。工业机器人的作用不仅仅限于提高生产效率、减轻一些工人的劳动强度，机器人还能够完成一些靠人工难以完成的复杂的、精密的工作，保证加工质量。但传统的方式中，示教器和电控柜之间都有一根线缆进行连接，用来给示教器提供电源和与示教器进行通信，但电缆的存在难免会影响示教器的使用效果，带来很多不利影响。专利号为201720349199.8的专利公开了一种工业喷涂机器人无线示教装置，但是其无线充电方式效率慢，无法满足频繁使用的要求，而且在充电时示教装置无法工作，影响工作效率，而且还需要配备专门的充电坞，不仅增加成本，而且使用不方便。
因此急需提供一种新的技术方案来解决示教器的无线充电时不能工作的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种示教器电源管理电路和具有其的无线示教器，通过对示教器电源管理电路的设计，是具有该电路的无线示教器在充电时也能够工作，提高工作效率。
本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：一种示教器电源管理电路，其包括，可充电电池模块，用于存储外接电源电压并将该外接电源电压转换为第一工作电压并输出给电源处理模块；电源预处理模块，用于将所述外接电源电压转换为第二工作电压并输出给电源处理模块；电源处理模块，对所述第一工作电压或第二工作电压进行处理，向所述示教器输出工作电压；当所述示教器充电时，由所述电源预处理模块提供所述电源处理模块第二工作电压；当所述示教器不充电时，由所述可充电电池模块向所述电源处理模块提供第一电压。改电路设计使示教器在充电的过程中也能够正常工作，提高了工作效率。
进一步可选地，所述可充电电池模块和所述电源预处理模块的输入端分别与所述外接电源的输出端连接，所述可充电电池模块和所述电源预处理模块的输出端分别与所述电源处理模块的输入端连接。
进一步可选地，所述可充电电池模块的输出电压经第一DC-DC电源转换芯片处理后得到第一工作电压，所述电源预处理模块为第二DC-DC电源转换芯片，将外接电源电压转换为第二工作电压，所述第一工作电压小于所述第二工作电压。
进一步可选地，所述第一DC-DC电源转换芯片具有宽输入电压的特性，以适应电池放电过程中电压会逐渐变小的特性，且所述第一DC-DC电源转换芯片的输出部分具有钳位功能。
进一步可选地，所述电源处理模块具有单向导流的功能，其允许可充电电池模块的电流流入，不允许经过电源处理模块的电流流出到所述可充电电池模块。
本发明还提供一种无线示教器，其具有上述任一项所述的示教器电源管理电路，其还包括外壳，所述外壳上设有一充电部件，所述充电部件与所述示教器电源管理电路电连接。
进一步可选地，所述充电结构为充电触片，所述充电触片内嵌在所述外壳的表面上，且不突出于所述外壳的表面。
进一步可选地，所述外接电源为与所述无线示教器配合工作的电控柜，所述电控柜上设有与电控柜内部电源连接的电源线，所述电源线的接头与所述充电触片机械连接，实现对所述无线示教器的充电。
进一步可选地，所述电控柜还包括壳体，所壳体上开设有允许所述接头伸出的出线孔，且所述接头的高度小于所述出线孔的厚度；其中，所述接头包括磁铁和包裹住所述磁铁的导电金属，以及包裹在所述导电金属外部的绝缘层，且所述电源线的接头与所述壳体之间设有绝缘层隔离层；所述壳体内部在所述出线孔的下方设有支撑所述接头的绝缘支撑架。
进一步可选地，所述接头中的导电金属仅包裹住所述磁铁的侧面和底面，所述磁铁的上表面暴露与空气中且低于所述导电金属(401)的平面。
进一步可选地，所述电源的接头设有凸起，所述凸起能够防止所述电源的接头完全伸出所述出线孔。
进一步可选地，所述壳体上在所述接头周围设有与所述示教器形状适配的凹槽。
有益效果：
1、示教器的电源管理电路使示教器在充电时能够工作，解决了现有技术中示教器充电时不能使用的问题，提高了其工作效率；
2、具有该电路的无线示教器与电控柜间进行无线通讯，解决示教器与电控柜连接电缆的影响，同时该示教器直接利用电控柜进行充电，避免增加额外充电设施，减少成本；
3、无线示教器充电时与电控柜进行物理连接，充电速度快，解决了示教器利用无线充电速度慢的问题。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本发明一实施例中示教器的电源管理电路；
图2为本发明一个实施例中无线示教器的背面；
图3为本发明一个实施例无线示教器的正面；
图4为本发明一个实施例中电控柜的顶部部分截面；
图5为本发明一个实施例中电源线的接头截面。
其中，
101-外壳；102-急停按钮；103-触摸屏；104-模式选择开关；105-手绑带；106-显示器；201-充电触片；301-壳体；302-接头；303-绝缘支撑架；304-电源线；305-绝缘隔离层；401-导电金属；402-绝缘层；403-磁铁
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施提供一种无线示教器，其具有一种示教器电源管理电路，具体的该电路包括，可充电电池模块，用于存储外接电源电压并将该外接电源电压转换为第一工作电压并输出给电源处理模块；电源预处理模块，用于将外接电源电压转换为第二工作电压并输出给电源处理模块；电源处理模块，对第一工作电压或第二工作电压进行处理，向示教器输出工作电压；当示教器充电时，由电源预处理模块提供电源处理模块第二工作电压；当示教器不充电时，由可充电电池模块向电源处理模块提供第一电压。该电源管理电路使具有其的示教器可以边充电边工作，提高了工作效率。
为了进一步了解该示教器电源管理电路的工作，本实施中，优选的，可充电电池模块和电源预处理模块的输入端分别与外接电源的输出端连接，可充电电池模块和电源预处理模块的输出端分别与电源处理模块的输入端连接。进一步优选的，可充电电池模块的输出电压经第一DC-DC电源转换芯片处理后得到第一工作电压，电源预处理模块为第二DC-DC电源转换芯片，将外接电源电压转换为第二工作电压，第一工作电压小于第二工作电压，使示教器的在充电的过程中，第二工作电压经电源处理模块处理后提供给示教器工作。
为实现上述技术效果，本实施中优选的，第一DC-DC电源转换芯片具有宽输入电压的特性，以适应电池放电过程中电压会逐渐变小的特性，且第一DC-DC电源转换芯片的输出部分具有钳位功能，当第一工作电压小于第二工作电压时，其能停止输出(且不会倒流)，即电池停止输出，杜绝电池边充电边放电的情况发生，延长电池使用寿命。
为提高充电效率，本实施中优选的，电源处理模块具有单向导流的功能。可充电电池模块的电流流入，电源处理模块的电流不会流出到可充电电池模块，此设计可以防止电池放电时，第二DC-DC电源转换芯片中的器件的漏电流造成能量的损耗。
本实施中优选的，第二DC-DC电源转换芯片可以选用功能比较简单的芯片，能够稳定的输出即可，无需宽电压输入或其他功能，以节省成本。
本实施中的可充电电池模块包括依次串联的充电电路，电池和放电电路，其中充电电路为外接电源给电池充电的中间转换器件，若要功能简单一点的只需一个二极管即可，若需要以比较稳定的电流、电压给电池充电则需要专门的芯片，如MAX14578、XZ4057C等。放电电路将电池释放出来的电源进行稳压后再给到电源能处理模块，优选的，电源预处理模块将外接电源供上来的电源先进行滤波处理后在进行一次电源转换得到第二工作电压，优选的，为滤波电路加第二DC-DC电源转换芯片。电源处理模块将第一工作电压或第二工作电压处理后供给示教器电源，优选的，电源处理模块为第三DC-DC电源转换芯片。可充电电池模块与电源预处理模块都接了电源处理模块的输入端，即第二工作电压大于第一工作电压，这样当接入外接电源时，电源预处理电压输出电压高于可充电电池模块的输出电压，使放电电路中的第一DC-DC电源转换芯片会处于钳位状态，自动关断输出，当移除电控柜电源时，电源预处理电路的输出电源下降，放电电路会自动重新输出，即电池为示教器提供工作电压。
如图2所示，优选的，该无线示教器还包括将将电路密封的外壳101，该外壳101上设有一充电部件，充电部件与示教器电源管理电路电连接。进一步优选的，充电结构为充电触片201，充电触片201内嵌在外壳101的表面上，且不突出于外壳101的表面。可在外壳101开设凹槽用于固定充电触片201，并且考虑到与外接电源接触时不会与外接电源上的金属短路。
除了上述设计，本实施中在考虑到示教器的功能还对示教器进行了常规设计，如图3所示，本实施中优选的，示教器外壳101右侧有部分凹陷，便于手持，进一步优选的，手持上含有手绑带105，该手绑带105可调节长度，可以减少手持示教器时的力气，示教器的正面上还设有用于在机器人发生意外情况时停止机器人动作的急停按钮102，用于改变机器人的运动模式的模式选择开关104，用于显示示教器及机器人相关信息的显示器106和用于控制机器人动作的触摸屏103。导电触片位于无线示教器的背部。进一步优选的，显示器106上还具显示电源状态信息和电量剩余信息。
本实施中的无线示教器，其通过示教器的导电触片与外接电源的机械连接，就能提供无线示教器充电效率。鉴于示教器与电控柜日常工作关系，如图4和图5所示，本实施例中优选的，外接电源为与无线示教器配合工作的电控柜，电控柜上设有与电控柜内部电源连接的电源线304，电源线304的接头302与充电触片201机械连接，实现对无线示教器的充电。优选的，电控柜还包括壳体301，所壳体301上开设有允许接头302伸出的出线孔，且接头302的高度小于出线孔的厚度使电源线304的接头302可以在出线孔内上下移动，不需要使用隐藏在电控柜内，使用时使其在出线孔内向上移动与示教器的导电触片机械接触；其中，接头302包括磁铁403和包裹住磁铁403的导电金属401，以及包裹在导电金属401外部的绝缘层402，在充电时利用磁铁403吸附充电触片201，使导电金属401与充电触片201机械接触进行充电，同时电源线304的接头302与壳体301之间设有绝缘隔离层305，防止电源线304的接头302漏电到电控柜出现短路情况；壳体301内部在出线孔的下方设有支撑接头302的绝缘支撑架303，防止掉落到电控柜里，简化充电操作。电源线304的接头302绝缘地支撑在出线孔内，在充电工作时，使该接头302在出现孔内向上移动伸出电控柜的壳体301后用于充电，当充电工作结束时，接头302绝缘隐藏在电控柜的壳体301内，既安全又美观。
优选的，接头302中的导电金属401(401)仅包裹住磁铁403的侧面和底面，磁铁403的上表面暴露与空气中且低于导电金属401(401)的平面，是电源线304的接头302与导电触片有良好的电接触，提高充电效率。优选的，电源的接头302设有凸起，凸起能够防止电源的接头302完全伸出出线孔。优选的，壳体301上在接头302周围设有与示教器形状适配的凹槽，便于示教器放置到充电区域，且防止示教器在充电时发生移动。
下面详细说明示教器不充电和充电时的各部件状态。
当示教器没有放在电控柜上充电时，电源接头302会自由下落到绝缘支撑架303上，且不会掉出电控柜顶部的孔，也不会突出电控柜顶面，保证了安全。此时示教器内部可充电电池模块的充电电路和电源预处理模块都没有电源输入，示教器供电电源由电池经过放电电路的第一DC-DC电源转换芯片处理得到第一工作电压，并供给电源处理电路中的第三DC-DC电源转换芯片处理后供给供给无线示教器工作。在示教器显示界面上，能实时显示示教器电池剩余电量，当电量低于一定值时，示教器会提示用户进行充电，当电量低于支撑示教器正常工作的电压时，示教器会断电，此时示教器与电控柜间的通讯断开，电控柜会自动进入紧急状态，控制机器人停止动作，直至用户为示教器充电开机并手动设置后，机器人才会继续动作，保证安全。
当示教器放在电控柜上充电时，电源线304的接头302里的磁铁403受到充电触片201的吸引，会带动电源接头302向充电触片201靠拢，使充电触片201连接到电控柜的内部电源，此时放电电路和电源预处理模块都会接收到来自电控柜的电能，电源预处理模块会将处理后第二工作电压输入到电源处理模块，当电源处理模块检测到第二DC-DC电源转换芯片有输出时，且输出值大于第一DC-DC电源转换芯片，即第二工作电压大于第一工作电压时，电源处理模块即第三DC-DC电源转换芯片会断开原有放电电路的电源，利用电源预处理模块提供的第二工作电压为示教器提供电能。同时充电电路的输出会为电池进行充电，而此时电池的放电电路已断开，在充电时不进行输出，可以保护电池，延长电池使用寿命。当用户要拿走示教器时，只需直接提起示教器，此时电源接头302会随着一起被提起，但是当电源接头302两侧的凸起到达电控柜时，电源接头302会断开充电触片201并落回到支撑架上。当电源处理模块没有接收到来自电源预处理模块的电源后，又会打开放电电路的输出，转由电池为示教器供电。
综上，本发明提供的一种示教器电源管理电路，其包括，可充电电池模块，用于存储外接电源电压并将该外接电源电压转换为第一工作电压并输出给电源处理模块；电源预处理模块，用于将外接电源电压转换为第二工作电压并输出给电源处理模块；电源处理模块，对第一工作电压或第二工作电压进行处理，向示教器输出工作电压；当示教器充电时，由电源预处理模块提供电源处理模块第二工作电压；当示教器不充电时，由可充电电池模块向电源处理模块提供第一电压。具有该电路的无线示教器与电控柜间进行无线通讯，避免了线缆对示教器使用的影响，同时该示教器直接利用电控柜进行充电，避免增加额外充电设施，减少成本，无线示教器充电时与电控柜进行物理连接，充电速度快，且该示教器在充电时也能正常工作，避免因为等待而造成的时间上的浪费。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种无线示教器，其具有示教器电源管理电路，其特征在于：所述示教器电源管理电路包括：可充电电池模块，用于存储外接电源电压并将该外接电源电压转换为第一工作电压并输出给电源处理模块；电源预处理模块，用于将所述外接电源电压转换为第二工作电压并输出给电源处理模块；电源处理模块，对所述第一工作电压或第二工作电压进行处理，向所述示教器输出工作电压；所述第一工作电压小于所述第二工作电压；
当所述示教器充电时，由所述电源预处理模块向所述电源处理模块提供第二工作电压；当所述示教器不充电时，由所述可充电电池模块向所述电源处理模块提供第一电压；
还包括外壳(101)，所述外壳(101)上设有一充电部件，充电部件与所述示教器电源管理电路电连接，所述充电部件为充电触片(201)，所述充电触片(201)内嵌在所述外壳(101)的表面上，且不突出于所述外壳(101)的表面；
所述外接电源为与所述无线示教器配合工作的电控柜，所述电控柜上设有与电控柜内部电源连接的电源线(304)，所述电源线(304)的接头(302)与所述充电触片(201)机械连接，实现对所述无线示教器的充电；
所述电控柜还包括壳体(301)，所壳体(301)上开设有允许所述接头(302)伸出的出线孔，且所述接头(302)的高度小于所述出线孔的厚度；其中，
所述接头(302)包括磁铁(403)和包裹住所述磁铁(403)的导电金属(401)，以及包裹在所述导电金属外部的绝缘层(402)；
所述电源线(304)的接头(302)与所述壳体(301)之间设有绝缘隔离层(305)；
所述壳体(301)内部在所述出线孔的下方设有支撑所述接头(302)的绝缘支撑架(303)；
所述电源的接头(302)设有凸起，所述凸起能够防止所述电源的接头(302)完全伸出所述出线孔；
当示教器没有放在电控柜上充电时，电源接头（302）会自由下落到绝缘支撑架（303）上，且不会掉出电控柜顶部的孔，也不会突出电控柜顶面；当示教器放在电控柜上充电时，电源线（304）的接头（302）里的磁铁（403）受到充电触片（201）的吸引，会带动电源接头（302）向充电触片（201）靠拢，使充电触片（201）连接到电控柜的内部电源。
2.如权利要求1所述的一种无线示教器，其特征在于：所述接头(302)中的导电金属(401)仅包裹住所述磁铁(403)的侧面和底面，所述磁铁(403)的上表面暴露与空气中且低于所述导电金属(401)的平面。
3.如权利要求1所述的一种无线示教器，其特征在于：所述壳体(301)上在所述接头(302)周围设有与所述示教器形状适配的凹槽。
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