CN112186825A - 一种工业机器人自主充电电池装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业机器人自主充电电池装置，包括主控制器和充电模块，所述主控制器包括开关电源模块、单片机模块、电压检测模块和LED指示灯模块，所述充电模块包括继电器驱动模块、充电电路模块、充电电池模块。本发明采用单片机实时监控，无需人工监测和更换电池，更可靠且节省人力。

Description

一种工业机器人自主充电电池装置及方法
技术领域
本发明涉及机器人自动充电技术，具体涉及一种机器人自动充电电池装置及方法。
背景技术
工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。以FANUC工业机器人为例，工业机器人需要定期更换两种电池：控制器主板上的电池和机器人本体上的电池。对于控制器主板上的电池，程序和系统变量存储在主板上的SRAM中，由一节位于主板上的锂电池供电，以保存数据。当该节电池的电压不足时，则会在TP上显示报警。当电压变得更低时，SRAM中的内容将不能备份，这时需要更换旧电池，并将原先备份的数据重新加载。因此，平时注意用存储卡或软盘定期备份数据。对于机器人本体上的电池，本体电池用于给编码器供电，以保存每根轴编码器的数据，因此电池每年都需更换，在电池电压下降报警出现时，允许用户更换电池。若不及时更换，则会出现报警，此时机器人将不能动作，遇到这种情况再更换电池，还需要做Mastering，才能使机器人正常运行，过程繁琐。工业机器人两种电池共同特点：用于给存储数据模块提供电能。不同之处在于主板上的电池更换周期一般很长，而本体电池几乎每年都需要更换一次。因此本发明主要针对本体电池，在电池电量不足时，需要用户手动更换电池，不但增加用户工作量，而且在人手紧缺的工作环境下，如果电池电量不足而未能及时发现，会造成机器人停止工作以及重要数据丢失，从而影响工作效率。再者，更换电池通常用原装电池，成本高，对操作者也需要具备专业技能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种机器人自动充电电池装置，作为机器人本体电池使用。
本发明采取的具体技术方案是：
一种工业机器人自主充电电池装置，包括主控制器和充电模块，所述主控制器包括开关电源模块、单片机模块、电压检测模块和LED指示灯模块，所述开关电源模块分别与单片机模块、电压检测模块耦合，所述电压检测模块与所述单片机模块耦合，所述单片机模块与所述LED指示灯模块耦合，所述LED指示灯模块中LED指示灯的闪烁由所述单片机模块驱动和控制(LED灯链接在单片机I/O上直接驱动)；所述充电模块包括继电器驱动模块、充电电路模块、充电电池模块，所述继电器驱动模块与所述充电电路模块耦合，且所述充电电路模块也与所述充电电池模块耦合；所述单片机模块与所述继电器驱动模块耦合；所述电压检测模块与所述充电电池模块连接，用于检测机器人充电电池模块电压状态，并将电压信号送给单片机模块。
进一步地，所述继电器驱动电路模块内部结构为磁线圈与晶体管驱动电路耦合，继电器触点常开。
进一步地，所述继电器模块采用TQ2-12V继电器。
进一步地，所述电压检测模块采用双路电压检测器集成芯片ICXCM410。
进一步地，所述单片机模块采用ATMEGA128型单片机。
进一步地，所述充电电路模块采用高能立方HQ05P10LRN开关电源芯片，所述充电电池模块为锂电池。
进一步地，所述LED指示灯模块包括1个LED指示灯，该LED指示灯属于双色LED，可亮绿色和红色。
相应地，本发明还提供了上述工业机器人本体电池自主充电装置的自动充电控制方法，包括：
1)利用电压检测模块实时检测机器人本体电池电压状态，并生成电压信号发送给单片机模块；
2)单片机模块根据电压信号判断电池电压值是否低于设定值，当低于时，单片机模块生成充电请求信号，LED红色指示灯闪烁；
3)单片机控制晶体管驱动电路使得继电器触点闭合，触点闭合后充电电路模块工作，LED绿色指示灯常亮，本体电池开始充电。
进一步地，所述LED指示灯的状态包括：
当LED指示灯灭，本体电池不充电，电池电压未低于设定值；
当LED指示灯红灯闪烁，本体电池低于设定值，指示充电请求；
当LED指示灯绿灯常亮，本体电池低于设定值，处于充电状态；
当LED指示灯由绿灯常亮变灭，本体电池达到设定值，电池停止充电。
进一步地，单片机模块根据电压信号判断电池电压值是否达到或高于设定值，高于设定值时，单片机模块生成控制信号，晶体管驱动电路使得继电器触点常开，充电电路模块停止工作，LED指示灯灭。
相比于现有技术，本发明的有益效果是：
1、采用单片机实时监控，无需人工监测和更换电池，更可靠且节省人力。
2、无需频繁更换电池，节约成本。
附图说明
图1为工业机器人自主充电电池装置的结构框图；
图2为晶体管驱动电路模块模型图；
图3为机器人自动充电方法逻辑框图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1(箭头方向为控制或传送的方向)，本实施例提供了一种工业机器人自主充电电池装置，包括：包括主控制器和充电电池，都安装在工业机器人本体电池安装处。主控制器包括主控制器和充电模块，所述主控制器包括开关电源模块、单片机模块、电压检测模块和LED指示灯模块，所述开关电源模块分别与单片机模块、电压检测模块耦合，所述电压检测模块与所述单片机模块耦合，所述单片机模块与所述LED指示灯模块耦合，所述LED指示灯模块中LED指示灯的闪烁由所述单片机模块驱动和控制(LED灯链接在单片机I/O上直接驱动)；所述充电模块包括继电器驱动模块、充电电路模块、充电电池模块，所述继电器驱动模块与所述充电电路模块耦合，且所述充电电路模块也与所述充电电池模块耦合；所述单片机模块与所述继电器驱动模块耦合；所述电压检测模块与所述充电电池模块连接，用于检测机器人充电电池模块电压状态，并将电压信号送给单片机模块。
单片机模块是系统的控制核心，主要用于存储数据和处理分析数据，并输出控制信号，本实施例的单片机模块采用ATMEGA128型单片机，是ATMEL公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机，采用RISC结构和AVR内核，拥有16MHz工作频率，工作电压为2.7-5.5V，稳定性极高。
电压检测模块与单片机模块耦合，用于检测机器人的电池电压状态，并生成电压信号送给单片机模块。本实施例，电压检测模块采用双路电压检测器集成芯片ICXCM410。单片机模块内部存储有低电压预设定值和电压标准值，在电压信号低于低电压预设定值时，单片机模块发出充电请求信号，开始充电；在电压信号达到电压标准值时，停止充电。
开关电源模块2与220V(市电)连接，开关电源将220V交流电转换为稳定的5V直流电，开关电源为单片机模块和LED指示灯模块提供电能，单片机模块为继电器模块提供驱动信号，继电器模块控制充电电路模块与220V的连接。本实施例，电源模块采用高能立方HQ05P10LRN开关电源芯片将220V转为5V。
继电器驱动模块连接在220V与充电电路模块之间，用于控制插口的通断电。本实施例，如图2所示，继电器模块5采用TQ2-12V继电器。
充电电路模块可以采用UC3842芯片开关电源电路模型，该电路由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成，稳定性高。开关电源模块2也可参考该电路模型
充电电池模块采用两节锂电池串联，每节电压3.6V。
根据上述机器人自主充电装置，本实施例的自主充电控制方法，如图3所示，包括如下步骤：
第一步：利用电压检测模块实时检测机器人的电池电压状态，并生成电压信号传送给单片机模块；
第二步：单片机模块根据电压信号判断电池电压值是否低于设定值，当低于时，LED指示红色灯闪烁，单片机模块生成电信号驱动继电器模块，继电器触点闭合后充电电路模块开始工作，电池进入充电状态，LED指示绿色常亮烁；
第三步：当电压检测模块检测到电池电压达到设定值时，单片机模块发出电信号控制继电器模块断路，充电停止，LED指示灯灭。
综上所述，本机器人自主充电装置及充电方法具有以下优势：
1、可以移植到不同品牌型号之上，适用范围广。
2、实时监控电池电量，及时充电，确保数据存储不丢失。
3、电池自主充电，无需拆装更换电池，节省人力。
4、不需定期频繁更换原装电池，节省成本。
5、通过设置继电器模块，平时无充电时为断电状态，可保证系统的安全。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，包括主控制器和充电模块，所述主控制器包括开关电源模块、单片机模块、电压检测模块和LED指示灯模块，所述开关电源模块分别与单片机模块、电压检测模块耦合，所述电压检测模块与所述单片机模块耦合，所述单片机模块与所述LED指示灯模块耦合，所述LED指示灯模块中LED指示灯的闪烁由所述单片机模块驱动和控制；所述充电模块包括继电器驱动模块、充电电路模块、充电电池模块，所述继电器驱动模块与所述充电电路模块耦合，且所述充电电路模块也与所述充电电池模块耦合；所述单片机模块与所述继电器驱动模块耦合；所述电压检测模块与所述充电电池模块连接，用于检测机器人充电电池模块电压状态，并将电压信号送给单片机模块。
2.根据权利要求1所述一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，所述继电器驱动电路模块内部结构为磁线圈与晶体管驱动电路耦合，继电器触点常开。
3.根据权利要求1或2所述一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，所述继电器模块采用TQ2-12V继电器。
4.根据权利要求1或2所述一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，所述电压检测模块采用双路电压检测器集成芯片ICXCM410。
5.根据权利要求1或2所述一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，所述单片机模块采用ATMEGA128型单片机。
6.根据权利要求1或2所述一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，所述充电电路模块采用高能立方HQ05P10LRN开关电源芯片，所述充电电池模块为锂电池。
7.根据权利要求2所述一种工业机器人自主充电电池装置，其特征在于，所述LED指示灯模块包括1个LED指示灯，该LED指示灯属于双色LED，可亮绿色和红色。
8.根据权利要求7所述的工业机器人本体电池自主充电装置的自动充电控制方法，其特征在于，包括：
1)利用电压检测模块实时检测机器人本体电池电压状态，并生成电压信号发送给单片机模块；
2)单片机模块根据电压信号判断电池电压值是否低于设定值，当低于时，单片机模块生成充电请求信号，LED红色指示灯闪烁；
3)单片机控制晶体管驱动电路使得继电器触点闭合，触点闭合后充电电路模块工作，LED绿色指示灯常亮，本体电池开始充电。
9.根据权利要求8所述的自动充电控制方法，其特征在于，所述LED指示灯的状态包括：
当LED指示灯灭，本体电池不充电，电池电压未低于设定值；
当LED指示灯红灯闪烁，本体电池低于设定值，指示充电请求；
当LED指示灯绿灯常亮，本体电池低于设定值，处于充电状态；
当LED指示灯由绿灯常亮变灭，本体电池达到设定值，电池停止充电。
10.根据权利要求3所述的自动充电控制方法，其特征在于，单片机模块根据电压信号判断电池电压值是否达到或高于设定值，高于设定值时，单片机模块生成控制信号，晶体管驱动电路使得继电器触点常开，充电电路模块停止工作，LED指示灯灭。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110429675A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 南宁职业技术学院 机器人自动充电装置及自动充电控制方法

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