CN111966147A - 机器人高温整体散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种机器人高温整体散热系统，包括，功率模块，用于获取发热元件的功率；预测模块，用于预测发热元件在所获取的功率下的预期运行温度；设置模块，用于根据预期运行温度设置预设波动范围；温度模块，用于采集发热元件的实际运行温度；控制模块，用于判断实际运行温度是否超出预设波动范围：若实际运行温度超出预设波动范围，则发送降温指令；反之，若实际运行温度没有超出预设波动范围，则不发送降温指令；制冷模块，用于接收降温指令，并按照降温指令对发热元件进行降温。本发明将实际运行温度控制在波动范围内，减少实际运行温度的波动频率，缩短了电子元件的实际运行温度的变化周期，提升了电子元件的寿命。

Description

机器人高温整体散热系统

技术领域

本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种机器人高温整体散热系统。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人的应用日益广泛。由于机器人可转动关节数量多，电子元件及其连接关系复杂，内部空间又相对封闭，关节转动及电子元件所产生的热量难以及时散出，导致热量过度累积。因此，为了防止机器人温度过高烧坏电子元件，以维持机器人的正常运作，有必要采取措施对机器人的内部空间进行散热。

通常，在机器人的内部元件与外壳之间设置金属导热片或者在外壳上设置散热鳍片来提高散热效率。对于自然散热而言，散热效率低，散热速度慢，而利用在气体对流则可以显著提升散热效率。比如，文件CN1819162A公开了一种晶片式散热模块用于降低中央微处理器在运作时的温度，包含金属盖板、第一壳体、热电致冷器、散热元件、第二壳体、第一风扇及第二风扇，通过金属盖板将中央微处理器的热源集中隔绝，再由热电致冷器降低中央微处理器的温度，并将热传导至散热元件，由第一、第二风扇将热散出，利用驱动软件来控制热电致冷器的功率及第一、第二风扇的开关等散热的程序，使得中央微处理器及整体环境得到更佳的工作成效。

在目前的散热设计中，为了提高散热效果、降低机器人的绝对温升，都以机器人的温度超过预设温度阈值为触发条件，也即，在机器人的温度高于预设温度阈值时，启动散热系统进行散热，在机器人的温度低于预设温度阈值时，关闭散热系统。通过这样的方式，电子元件会经历升温-降温-升温-降温…这样的温度周期循环过程，而过多的温度周期循环会缩短电子元件的寿命。

比如说，电解电容器的失效机理是，电解质从电容器的端部密封处渗出从而造成电容值损失，而过多的温度周期循环会高温加速电解质的渗出。另外，过多的温度周期循环，也会导致电子元件内部出现热应力，在机器人执行任务的过程中更容易出现损坏，使得电路出现故障。

发明内容

本发明提供一种机器人高温整体散热系统，解决了现有散热设计使得电子元件经历过多的温度周期循环过程，导致电子元件寿命缩短的技术问题。

本发明提供的基础方案为：机器人高温整体散热系统，包括：

功率模块，用于获取发热元件的功率；

预测模块，用于预测发热元件在所获取的功率下的预期运行温度；

设置模块，用于根据预期运行温度设置预设波动范围；

温度模块，用于采集发热元件的实际运行温度；

控制模块，用于判断实际运行温度是否超出预设波动范围：若实际运行温度超出预设波动范围，则发送降温指令；反之，若实际运行温度没有超出预设波动范围，则不发送降温指令；

制冷模块，用于接收降温指令，并按照降温指令对发热元件进行降温。

本发明的工作原理及优点在于：由于预期运行温度是根据发热元件的功率进行预测的，发热元件的功率能够反映单位时间内的产热量的大小，故而这样得到的预期运行温度能够代表发热元件在正常工作时所能承受的最高温度。在预期运行温度的基础上，设置预设波动范围，使得发热元件温度过高的判断基于温度区间进行判断，也即，判断发热元件的温度是否过高，就是判断发热元件的温度是否位于温度区间内，而不是基于单个的温度值进行判断(判断发热元件的温度是否高于预设的温度值)。通过这样的方式，只要发热元件的实际运行温度在预设波动范围内就不会被判定温度过高，从而将实际运行温度控制在波动范围内；相较于直接根据温度阈值判断发热元件温度是否过高，将实际运行温度控制在固定的温度值而言，极大地减少了实际运行温度的波动频率，缩短了发热元件的实际运行温度的变化周期，从而有利于提升发热元件的寿命。

本发明将实际运行温度控制在波动范围内，极大地减少了实际运行温度的波动频率，缩短了电子元件的实际运行温度的变化周期，从而提升了电子元件的寿命。

进一步，预设波动范围为【预期运行温度，预期运行温度+波动值】，波动值根据正态分布计算。

有益效果在于：在实际应用中，实际运行温度具有近似于正态分布的概率分布，通过这样的方式计算波动值，相较于人为进行设定，更加符合实际的温度变化规律。

进一步，波动值为两倍或者三倍实际运行温度的方差。

有益效果在于：根据正态分布的规律，约95.4％的数值分布在距离平均值有2个方差的范围内，约99.7％的数值分布在距离平均值有3个方差的范围内，这样简单易行，又能够反应实际情况。

进一步，降温指令为按照制冷强度逐渐降低的方式进行降温。

有益效果在于：在发热元件温度高时，以较大的制冷强度进行降温，在发热元件温度低时，以较小的制冷强度进行降温，可以使实际运行温度平缓而不是急剧地变化，从而降低波动频率。

进一步，预期运行温度与发热元件的功率成正比。

有益效果在于：发热元件的功率反映了单位时间内的产热量的大小，因而发热元件的功率越高其预期运行温度也应当越高，这样能够反映实际情况。

进一步，发热元件的功率为额定功率。

有益效果在于：额定功率为发热元件在运行过程中能够达到的最大功率，反映了单位时间内的最大的产热量，能够体现发热元件最恶劣的情况。

进一步，制冷模块为风扇，制冷强度通过风扇的功率进行控制。

有益效果在于：只要控制风扇的功率逐渐降低，即可实现在降温过程中制冷强度逐渐降低，快捷、准确、容易实现。

进一步，制冷模块为风扇，制冷强度通过风扇的风速进行控制。

有益效果在于：只要控制风扇的风速逐渐降低，即可实现在降温过程中制冷强度逐渐降低；增加风速还可以提高对流换热的强度使其迅速降温，从而防止被烧坏。

进一步，制冷模块为水循环泵，制冷强度通过水循环泵的工作频率进行控制。

有益效果在于：只要控制水循环泵的工作频率逐渐降低，即可实现在降温过程中制冷强度逐渐降低，水的比热容大，散热效果好。

进一步，制冷模块为水循环泵，制冷强度通过水循环泵的阀门开度进行控制。

有益效果在于：只要控制水循环泵的阀门开度逐渐减小，即可实现在降温过程中制冷强度逐渐降低，阀门开度的控制简单、技术成熟。

附图说明

图1为本发明机器人高温整体散热系统实施例的系统框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例1

本发明机器人高温整体散热系统实施例基本如附图1所示，包括：

功率模块，用于获取发热元件的功率；

预测模块，用于预测发热元件在所获取的功率下的预期运行温度；

设置模块，用于根据预期运行温度设置预设波动范围；

温度模块，用于采集发热元件的实际运行温度；

控制模块，用于判断实际运行温度是否超出预设波动范围：若实际运行温度超出预设波动范围，则发送降温指令；反之，若实际运行温度没有超出预设波动范围，则不发送降温指令；

制冷模块，用于接收降温指令，并按照降温指令对发热元件进行降温。

在本实施例中，功率模块包括摄像头和OCR软件，摄像头安装在发热元件附近，OCR软件搭载在服务器或者单片机上；预测模块、设置模块和控制模块均搭载在服务器或者单片机上，采用程序或者软件实现其功能，温度模块为温度传感器，制冷模块为风扇。

具体实施过程如下：

S1、获取发热元件的功率。

在本实施例中，发热元件的功率是指其额定功率，机器人中，发热元件主要为电子元件，比如IC芯片，在IC芯片上，都贴有印有额定功率、额定电压、额定电流、工作温度范围等基本参数信息的标识。摄像头对标识进行拍照后，将照片发送到OCR软件，并由OCR软件进行文本识别，从而获取到IC芯片的额定功率。

S2、预测发热元件在所获取的额定功率下的预期运行温度。

考虑到发热元件的功率反映了单位时间内的产热量的大小，因而发热元件的功率越高其预期运行温度也应当越高，而额定功率为发热元件在运行过程中能够达到的最大功率，反映了单位时间内的最大的产热量，能够体现发热元件最恶劣的情况。故而，本实施例中假设预期运行温度与发热元件的额定功率具有如下关系：

预期运行温度＝A×额定功率+B

其中A、B为常数，可由技术人员根据以往的历史运行温度和额定功率数据进行人为设定。

S3、根据预期运行温度设置预设波动范围。

为了减少实际运行温度的波动频率，缩短发热元件的实际运行温度的变化周期，本实施例中将实际运行温度控制在波动范围内，具体而言，预设波动范围为【预期运行温度，预期运行温度+波动值】。考虑到在工程实际中，实际运行温度具有近似于正态分布的概率分布，故而波动值根据正态分布计算，这样相较于人为进行设定，更加符合实际的温度变化规律。

根据正态分布的规律，约95.4％的数值分布在距离平均值有2个方差的范围内，约99.7％的数值分布在距离平均值有3个方差的范围内，故而可通过下式计算波动值：

波动值＝K×实际运行温度的方差

其中，K为常数，可取2或者3，实际运行温度的方差可通过历史的实际运行温度进行计算得出，也可人为设定。

S4、采集发热元件的实际运行温度。

通过温度传感器采集发热元件的实际运行温度，可以采集发热元件自身表面的温度，也可以采集发热元件附近空气的温度。

S5、判断实际运行温度是否超出预设波动范围：如果实际运行温度超出预设波动范围，则发送降温指令；反之，如果实际运行温度没有超出预设波动范围，则不发送降温指令。

具体而言，判断实际运行温度是否位于【预期运行温度，预期运行温度+波动值】这个区间内：如果实际运行温度位于【预期运行温度，预期运行温度+波动值】这个区间内，则不发送降温指令；反之，若实际运行温度不位于【预期运行温度，预期运行温度+波动值】这个区间内，则发送“按照制冷强度逐渐降低的方式进行降温”的降温指令到风扇。

S6、按照降温指令对发热元件进行降温。

风扇接收到降温指令后，通过功率逐渐降低，或者通过风速逐渐降低，实现在降温过程中制冷强度逐渐降低，这样快捷、准确、容易实现，还可以提高对流换热的强度使其迅速降温，从而防止被烧坏。

通过这样的方式，只要发热元件的实际运行温度在预设波动范围内就不会被判定温度过高，从而将实际运行温度控制在波动范围内；相较于直接根据温度阈值判断发热元件温度是否过高，将实际运行温度控制在固定的温度值而言，极大地减少了实际运行温度的波动频率，缩短了发热元件的实际运行温度的变化周期，从而有利于提升发热元件的寿命。

实施例2

与实施例1不同之处仅在于，制冷模块为水循环泵，通过水循环泵的工作频率逐渐降低，或者通过水循环泵的阀门开度逐渐减小，实现在降温过程中制冷强度逐渐降低，水的比热容大，散热效果好。

实施例3

与实施例2不同之处仅在于，尽可能实现空间上的均匀降温，也即，尽量使得风扇停止降温时，靠近风扇的区域与远离风扇的区域的温度相同或者相近。具体而言，在风扇进行散热时，在停止工作之前的一段时间内反向运转。比如说，降温指令为风扇工作10秒，在第7秒时风扇开始反向运转，那么，风扇在1-6秒顺时针旋转，在7-10秒逆时针旋转，这样可以尽量使得靠近风扇的区域与远离风扇的区域所受到的散热作用更加均匀。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.机器人高温整体散热系统，其特征在于，

包括：

功率模块，用于获取发热元件的功率；

预测模块，用于预测发热元件在所获取的功率下的预期运行温度；

设置模块，用于根据预期运行温度设置预设波动范围；

温度模块，用于采集发热元件的实际运行温度；

控制模块，用于判断实际运行温度是否超出预设波动范围：若实际运行温度超出预设波动范围，则发送降温指令；反之，若实际运行温度没有超出预设波动范围，则不发送降温指令；

制冷模块，用于接收降温指令，并按照降温指令对发热元件进行降温。

2.如权利要求1所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，预设波动范围为【预期运行温度，预期运行温度+波动值】，波动值根据正态分布计算。

3.如权利要求2所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，波动值为两倍或者三倍实际运行温度的方差。

4.如权利要求3所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，降温指令为按照制冷强度逐渐降低的方式进行降温。

5.如权利要求4所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，预期运行温度与发热元件的功率成正比。

6.如权利要求5所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，发热元件的功率为额定功率。

7.如权利要求6所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，制冷模块为风扇，制冷强度通过风扇的功率进行控制。

8.如权利要求7所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，制冷模块为风扇，制冷强度通过风扇的风速进行控制。

9.如权利要求8所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，制冷模块为水循环泵，制冷强度通过水循环泵的工作频率进行控制。

10.如权利要求9所述的机器人高温整体散热系统，其特征在于，制冷模块为水循环泵，制冷强度通过水循环泵的阀门开度进行控制。

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