CN112952942A - 机器人电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种机器人电源管理系统，其包括控制模块以及与控制模块连接的前级处理保护模块、采集模块、通讯模块和后级处理保护模块；前级处理保护模块用于对输入的电源进行滤波与干扰抑制以及限流与防反接；采集模块用于采集电压、电流和温度，并将采集结果发送给控制模块，控制模块根据采集结果进行过压、欠压、过流和过温保护；控制模块通过通讯模块与外部主控制器连接；后级处理保护模块用于对机器人电源管理系统的输出端进行过压或过流保护。不同电压等级的电源通过本申请机器人电源管理系统分配到各受电单元，本申请机器人电源管理系统能够对机器人产品中各受电单元的上下电逻辑进行控制，对供电进行监控和分配。

Description

机器人电源管理系统

技术领域

本申请属于电源管理技术领域，具体涉及一种机器人电源管理系统。

背景技术

随着科学技术的进步，工业自动化领域受市场变化、技术更替影响的程度越来越显著，机器人产品也在朝着智能化、集成化、高安全性方向飞速发展。

目前，机器人产品通常包括动力设备、动力控制单元、主控制单元、辅助控制单元和外设单元等，这些设备和单元的供电往往来自一个或多个不同电压等级的电源模块。当需要监测各单元的用电情况时，就必须在各电源模块的内部设置供电检测电路。如果系统要求掌握这些用电情况数据，还需要配备一条用于上报检测数据的通讯链路。一旦系统要求单独控制某一个单元的供电，特别是包含有机器人上、下电逻辑的场合，就需要从系统层级设计更为复杂的电路。因此，如何把多个电源整合在一起组成一个管理系统，让它安全、高效地管理机器人产品中所有的用电单元，成为亟需解决的问题。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种机器人电源管理系统。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种机器人电源管理系统，其包括控制模块以及与所述控制模块连接的前级处理保护模块、采集模块、通讯模块和后级处理保护模块；

所述前级处理保护模块用于对输入的电源进行滤波与干扰抑制以及限流与防反接；所述采集模块用于采集电压、电流和温度，并将采集结果发送给所述控制模块，所述控制模块根据采集结果进行过压、欠压、过流和过温保护；所述控制模块通过通讯模块与外部主控制器连接；所述后级处理保护模块用于对机器人电源管理系统的输出端进行过压或过流保护。

上述机器人电源管理系统中，所述控制模块包括MCU逻辑控制器、外控及反馈电路、输出缓启动电路和风扇调速控制接口；所述MCU逻辑控制器与外部主控制器连接，主控制器通过外控单元控制外控及反馈电路的通断；MCU逻辑控制器与输出缓启动电路连接，MCU逻辑控制器通过风扇调速控制接口连接风扇，对风扇进行调速控制。

进一步地，所述输出缓启动电路包括水泥电阻和功率开关管，其中，水泥电阻与功率开关管并联；MCU逻辑控制器根据采集模块采集到的电压和电流计算得到经过水泥电阻的电流减小到0所用的时间t，MCU逻辑控制器控制功率开关管在时间t后启动。

上述机器人电源管理系统中，所述前级处理保护模块包括滤波与干扰抑制电路以及限流与防反接电路；所述滤波与干扰抑制电路包括瞬态二极管、安规电容和共模电感；所述限流与防反接电路包括保险丝、OR-ing FET控制器和MOSFET；所述保险丝与MOSFET连接，所述OR-ing FET控制器的输入端与MOSFET的源极连接，所述OR-ing FET控制器的输出端与MOSFET的漏极连接，所述OR-ing FET控制器的门级与MOSFET的栅极连接。

上述机器人电源管理系统中，所述后级处理保护模块包括输出电压防护电路，所述输出电压防护电路包括MOS管、理想二极管LM5050、电解电容和发光二极管；

所述MOS管的源极输入48V电压，所述MOS管的源极与理想二极管LM5050的输入端连接，其漏极与理想二极管LM5050的输出端连接，其栅极与理想二极管LM5050的门级连接，所述MOS管的源极与栅极之间连接有第一电阻；所述理想二极管LM5050的OFF端和GND端均接地，其VS端通过第二电阻与所述MOS管的源极连接，其VS端通过电容接地；所述MOS管的漏极与所述电解电容的正极连接，所述电解电容的负极接地；第三电阻的一端和第四电阻的一端均与所述MOS管的漏极连接，所述第三电阻的另一端和所述第四电阻的另一端均与所述发光二极管的正极连接，所述发光二极管的负极接地；所述MOS管的漏极输出48V电压。

根据本申请实施例的第一方面，本申请还提供了另一种机器人电源管理系统，其包括MCU逻辑控制器、动力电回路、控制电回路和外设电回路；所述MCU逻辑控制器控制所述动力电回路、控制电回路和外设电回路的通断；所述MCU逻辑控制器与外部主控制器连接，外部所述主控制器通过外控单元控制所述动力电回路的通断；动力电源通过所述动力电回路连接动力设备，为动力设备供电；控制电源通过所述控制电回路连接外部主控制器、外控单元和示教器，为外部主控制器、外控单元和示教器供电；外设电源通过外设电回路连接外设单元，为外设单元供电。

上述机器人电源管理系统中，所述动力电回路包括滤波与干扰抑制电路、限流防反接电路、电流采样电路、外控及反馈电路、电压采样电路、输出缓启动电路和输出电压防护电路；

所述动力电源与滤波与干扰抑制电路并联，所述滤波与干扰抑制电路依次与所述限流防反接电路、电流采样电路、外控及反馈电路、输出缓启动电路和输出电压防护电路连接，所述电压采样电路的一端与所述输出缓启动电路的输入端连接，其另一端和所述滤波与干扰抑制电路接地端连接；外部动力设备的一端与所述输出电压防护电路的输出端连接，其另一端和所述滤波与干扰抑制电路的接地端连接。

上述机器人电源管理系统中，所述控制电回路包括滤波与干扰抑制电路、限流防反接电路、电压采样电路、锂电池、电流采样电路、第一开关、第二开关和第三开关；

所述控制电源与所述滤波与干扰抑制电路并联，所述滤波与干扰抑制电路与所述限流防反接电路连接，所述限流防反接电路连接与锂电池连接；

所述锂电池的第一输出端通过所述电流采样电路与所述第一开关的进线端连接，所述第一开关的出线端与主控制器连接，所述第一开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；所述锂电池的第二输出端通过所述电流采样电路与所述第二开关的进线端连接，所述第二开关的出线端与外控单元连接，所述第二开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；所述锂电池的第三输出端通过所述电流采样电路与所述第三开关的进线端连接，所述第三开关的出线端与示教器连接，所述第三开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；主控制器、外设单元和示教器还与所述锂电池的负极连接；

所述锂电池通过DCDC电源与所述MCU逻辑控制器连接，所述DCDC电源将所述锂电池的输出电压转换成所述MCU逻辑控制器所需的工作电压。

上述机器人电源管理系统中，所述外设电回路包括滤波与干扰抑制电路、限流防反接电路、电压采样电路、电流采样电路、第四开关和第五开关；

所述外设电源与滤波与干扰抑制电路并联，所述滤波与干扰抑制电路与限流防反接电路连接，所述限流防反接电路通过所述电流采样电路与所述第四开关的进线端连接，所述第四开关的出线端与第一外设单元连接，所述第四开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；

所述限流防反接电路还通过另一所述电流采样电路与所述第五开关的进线端连接，所述第五开关的出线端与第二外设单元连接，所述第五开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；所述电压采样电路的一端与所述限流防反接电路的输出端连接，其另一端和所述滤波与干扰抑制电路的接地端连接；所述第一外设单元和第二外设单元均和所述滤波与干扰抑制电路的接地端连接。

上述机器人电源管理系统中，所述MCU逻辑控制器通过ADC-DMA方式采集电压、电流和温度信号。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：不同电压等级的电源通过本申请机器人电源管理系统分配给机器人产品中的各受电单元，本申请机器人电源管理系统能够对机器人产品中各受电单元的上、下电逻辑进行控制，对供电进行监控和分配。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统的结构框图。

图2为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统的原理图。

图3为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统中输出缓启动电路的原理图。

图4为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统中限流与防反接电路的原理图。

图5为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统中输出电压防护电路的原理图。

附图标记说明：

1、控制模块；11、MCU逻辑控制器；12、外控及反馈电路；13、输出缓启动电路；14、风扇调速控制接口；15、开关机按钮；16、LED指示灯；17、锂电池；18、DCDC电源；

2、前级处理保护模块；21、滤波与干扰抑制电路；22、限流与防反接电路；

3、采集模块；31、电压采样电路；32、电流采样电路；33、温度采集电路；

4、通讯模块；

5、后级处理保护模块；51、输出电压防护电路；

100、动力电源；101、动力设备；

200、控制电源；201、主控制器；202、外控单元；203、示教器；

300、外设电源；301、外设单元；

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统的结构框图。

如图1所示，本申请提供的机器人电源管理系统包括控制模块1以及与控制模块1连接的前级处理保护模块2、采集模块3、通讯模块4和后级处理保护模块5。其中，前级处理保护模块2用于对输入的电源进行滤波与干扰抑制以及限流与防反接，以提高机器人电源管理系统的电磁兼容性能。采集模块3用于采集机器人电源管理系统中的电压、电流和温度，并将采集结果发送给控制模块1，控制模块1根据采集结果进行过压、欠压、过流和过温保护。控制模块1通过通讯模块4与外部主控制器201连接。后级处理保护模块5用于对机器人电源管理系统的输出端进行过压或过流保护，从而最大限度地保护电子元器件。

需要说明的是，机器人电源管理系统的输入电源包括动力电源100、控制电源200和外设电源300。动力电源100、控制电源200和外设电源300为不同电压等级的电源。与三种输入电源相对应，本申请提供的机器人电源管理系统包括动力电回路、控制电回路和外设电回路。动力电源100通过动力电回路为动力设备101供电。控制电源200通过控制电回路为外部主控制器201、外控单元202和示教器203供电。外设电源300通过外设电回路为外设单元301供电。

在现有技术中，不同电压等级的电源直接连接到动力设备101、外部主控制器201、外控单元202、示教器203和外设单元301等受电单元。而在本申请中，不同电压等级的电源通过机器人电源管理系统分配给各受电单元。本申请机器人电源管理系统能够对各受电单元进行上下电逻辑控制、供电监控和供电分配等。

图2为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统的原理图。

在一个具体的实施例中，如图2所示，控制模块1包括MCU逻辑控制器11、外控及反馈电路12、输出缓启动电路13和风扇调速控制接口14等。

其中，MCU逻辑控制器11负责整个机器人电源管理系统的正常运行，其主要实现采样数据处理与运算、逻辑控制输出、协议通讯等功能。MCU逻辑控制器11基于ARMCortex^TM-M4的主芯片，时钟频率最高达168MHz，搭载丰富的外设资源，完全满足机器人电源管理系统I²C、SPI、USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步串行接收/发送器)、ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)、DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)、EXTI(External interrupt/eventcontroller，外部中断/事件控制器)等多外设需求。

MCU逻辑控制器11实时检测系统的电压、电流和温度值，能够实现机器人电源管理系统的过压、欠压、过流和过温保护，并能够随时将检测数据或故障状态上报给外部主控制器201。外部主控制器201中设置有断电检测电路和串口通讯接口。断电检测电路支持交流电和直流电检测，采用双向光耦结合部分外围器件，隔离输出检测信号。当供电正常时，断电检测电路输出低电平信号；当供电异常断开时，断电检测电路输出高电平信号。

外控及反馈电路12设置在动力电回路中，外控及反馈电路12包括大功率NMOS管，外控单元202控制NMOS管的开通与关闭，主控制器201通过TCP/IP协议与外控单元202进行通信。

图3为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统中输出缓启动电路的原理图。

如图3所示，输出缓启动电路13设置在动力电回路中，其包括水泥电阻R和大功率快速开关管K，其中，水泥电阻R与大功率快速开关管K并联，大功率快速开关管K采用NMOS管。输出缓启动电路13工作时，当电压采样电路31检测到动力电回路的前级电压满足工作要求，且动力电回路中的电流值处于一个较低的水平，通常为2A左右，则MCU逻辑控制器11判定前级动力电源100已经启动，正在通过水泥电阻R给动力电回路的后级设备供电。MCU逻辑控制器11根据采集模块3采集到的电压和电流计算得到经过水泥电阻R的电流减小到0所用的时间t，MCU逻辑控制器11控制开关管K在时间t后启动，动力电源100通过动力电回路为动力设备101正常供电。

输出缓启动电路13对电压和电流的采样速率的要求非常高，然而其对后极电路的保护是非常明显的。

MCU逻辑控制器11通过风扇调速控制接口14连接风扇，MCU逻辑控制器11根据采集模块3实时采集到的环境温度和板载温度对风扇进行调速控制，进而平衡噪音与散热。

本申请提供的机器人电源管理系统中还设置有开关机按钮15和LED指示灯16，开关机按钮15和LED指示灯16均与MCU逻辑控制器11连接。LED指示灯16用于指示MCU逻辑控制器11的开关机或工作状态。

考虑到机器人产品长期运行于复杂环境，本申请提供的机器人电源管理系统提供多种开关机模式，支持通过开关机按钮15进行开关机、远程按键开关机和操作软件开关机。

在一个具体的实施例中，前级处理保护模块2包括滤波与干扰抑制电路21以及限流与防反接电路22。

其中，滤波与干扰抑制电路21包括TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态二极管)、安规电容和共模电感等器件，其具有可达±2kV共模、±1KV差模的浪涌防护能力。

图4为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统中限流与防反接电路的原理图。

如图4所示，限流与防反接电路22包括保险丝F、OR-ing FET控制器和MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)Q。其中，保险丝与MOSFET连接，OR-ing FET控制器的输入端与MOSFET的源极连接，OR-ing FET控制器的输出端与MOSFET的漏极连接，OR-ing FET控制器的门级与MOSFET的栅极连接。该限流与防反接电路22具有正向导通、反向阻断的功能。该限流与防反接电路22近似于电源分配网络中的理想二极管，由于MOSFET的导通电阻很小，所以其功率损耗和压降极低。需要说明的是，OR-ing FET控制器可以采用型号为LM5050的FET控制器，当然也可以根据需要采用其他型号，在此不做限定。

在一个具体的实施例中，采集模块3包括电压采样电路31、电流采样电路32和温度采集电路33。电压采样电路31、电流采样电路32和温度采集电路33均与MCU逻辑控制器11连接。

MCU逻辑控制器11通过ADC(Analog-to-digital converter，模拟数字转换器)-DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)方式采集电压、电流和温度信号。电压采样电路31、电流采样电路32和温度采集电路33相应地将采集到的电压信号、电流信号和温度信号传输至MCU逻辑控制器11的ADC外设。DMA可以实现存储器与存储器之间、ADC外设与存储器之间以及存储器与ADC外设之间的数据交换，而不需要经过MCU的操作。具体地，存储器分配了一定的存储空间用来存放采集的数据，采集数据的过程不需要MCU参与，采集的数据直接放到存储器中，然后MCU需要数据时，随时可以从存储器中获取数据。

电流采样电路32采用电压输出型电流分流监视器INA240，它可以在指定的共模电压(高达80V)下实现超精密电流感应，而与电源电压无关。

在一个具体的实施例中，通讯模块4采用工业级通讯芯片，其具备完整的电气隔离和防雷击保护措施，包括标准RS232和RS485两个接口，最大传输速率为10Mb/S。

在一个具体的实施例中，后级处理保护模块5包括输出电压防护电路51。

在动力电回路，机器人产品的负载比较常见的呈感性，这就很容易在动力电回路的输出端受到反向电动势的冲击，造成系统中器件的损坏。输出电压防护电路51能够保护机器人产品的负载免受反向电动势的冲击。

具体地，输出电压防护电路51采用理想二极管LM5050，不同于一般的二极管做反电动势冲击，该动力电回路通过的电流较大，最大能够达到60A，普通二极管难以承受这么大的电流，同时由于普通二极管在通过这么大电流时的管压降会比较大，因此会导致后级设备欠压，而理想二极管LM5050能够承受这么大的电流，且导通压降几乎为零。

图5为本申请实施例提供的一种机器人电源管理系统中输出电压防护电路的原理图。

如图5所示，输出电压防护电路51包括MOS管、理想二极管LM5050、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电容、电解电容和发光二极管。

其中，MOS管的源极输入48V电压，MOS管的源极与理想二极管LM5050的输入端连接，其漏极与理想二极管LM5050的输出端连接，其栅极与理想二极管LM5050的门级连接，MOS管的源极与栅极之间连接有第一电阻。理想二极管LM5050的OFF端和GND端均接地，其VS端通过第二电阻与MOS管的源极连接，其VS端通过电容接地。MOS管的漏极与电解电容的正极连接，电解电容的负极接地。第三电阻的一端和第四电阻的一端均与MOS管的漏极连接，第三电阻的另一端和第四电阻的另一端均与发光二极管的正极连接，发光二极管的负极接地。MOS管的漏极输出48V电压。

在一个具体的实施例中，动力电回路包括滤波与干扰抑制电路21、限流防反接电路、电流采样电路32、外控及反馈电路12、电压采样电路31、输出缓启动电路13和输出电压防护电路51。其中，动力电源100与滤波与干扰抑制电路21并联，滤波与干扰抑制电路21依次与限流防反接电路、电流采样电路32、外控及反馈电路12、输出缓启动电路13和输出电压防护电路51连接，电压采样电路31的一端与输出缓启动电路13的输入端连接，其另一端和滤波与干扰抑制电路21接地端连接。外部动力设备101的一端与输出电压防护电路51的输出端连接，其另一端和滤波与干扰抑制电路21的接地端连接。

由于动力电回路大容量储能电容的充电效应，启动时会出现很大的冲击电流，输出缓启动电路13的设置，能够实现系统启动电流的平滑过渡，保护后级用电设备。

随着机器人产品对安全性的要求越来越高，本申请提供的机器人电源管理系统为动力电回路提供了一种双冗余的动力电外部控制策略，非常利于主控制器201或MCU逻辑控制器11对动力电回路进行在线监测与控制。

在一个具体的实施例中，控制电回路包括滤波与干扰抑制电路21、限流与防反接电路22、电压采样电路31、锂电池17、电流采样电路32、第一开关、第二开关和第三开关。其中，控制电源200与滤波与干扰抑制电路21并联，滤波与干扰抑制电路21与限流防反接电路连接，限流防反接电路连接与锂电池17连接。

锂电池17的第一输出端通过电流采样电路32与第一开关的进线端连接，第一开关的出线端与主控制器201连接，第一开关的控制端与MCU逻辑控制器11连接；锂电池17的第二输出端通过电流采样电路32与第二开关的进线端连接，第二开关的出线端与外控单元202连接，第二开关的控制端与MCU逻辑控制器11连接；锂电池17的第三输出端通过电流采样电路32与第三开关的进线端连接，第三开关的出线端与示教器203连接，第三开关的控制端与MCU逻辑控制器11连接。主控制器201、外设单元301和示教器203还与锂电池17的负极连接。

锂电池17通过DCDC电源18与MCU逻辑控制器11连接，DCDC电源18将锂电池17的输出电压转换成MCU逻辑控制器11所需的工作电压。

在一个具体的实施例中，外设电回路包括滤波与干扰抑制电路21、限流防反接电路、电压采样电路31、电流采样电路32、第四开关和第五开关。其中，外设电源300与滤波与干扰抑制电路21并联，滤波与干扰抑制电路21与限流防反接电路连接，限流防反接电路通过电流采样电路32与第四开关的进线端连接，第四开关的出线端与第一外设单元301连接，第四开关的控制端与MCU逻辑控制器11连接。限流防反接电路还通过另一电流采样电路32与第五开关的进线端连接，第五开关的出线端与第二外设单元301连接，第五开关的控制端与MCU逻辑控制器11连接。电压采样电路31的一端与限流防反接电路的输出端连接，其另一端和滤波与干扰抑制电路21的接地端连接。第一外设单元301和第二外设单元301还均和滤波与干扰抑制电路21的接地端连接。

本申请提供的机器人电源管理系统为动力电回路、控制电回路和外电回路设置单独的供电输出，既能够对各回路实现精准化管理，又有利于构建更优的上下电逻辑控制策略。

在一个具体的实施例中，可以将本申请提供的机器人电源管理系统与直流电源、风扇等封装在一个电源机箱内，一方面可以减少大功率负载情况下的线损，另一方面可以充分利用电源管理系统的功能：对环境温度、板载温度进行实时采集，并根据温度值控制风扇实现调速，利于平衡噪音与机箱散热的影响。

本申请提供的机器人电源管理系统的控制方法自由灵活，供电单元支持多种电压模式，三路电源在电压限值内可以任意搭配使用；同时支持两种通讯协议(Modbus、Profibus)配置每一路用电单元的电流、功率阈值；还提供了多种系统上、下电逻辑控制策略供用户使用。

本申请提供的机器人电源管理系统能够把所有与电源相关的供电、配电、监测、安全联系起来，把权限交给机器人产品的主控制器201或MCU逻辑控制器11进行统一管理。

本申请提供的机器人电源管理系统作为输入电源与受电单元之间联系的桥梁，具有以下特点：

能够对各受电单元的上电及下电逻辑进行时序控制。

能够对机器人主控制器201的开关机及远程开关机进行操作，同时将动力电回路、控制点回路和外设电回路的电压、电流的数据通过RS232实时上报给主控制器201，主控制器201对上传的电压和电流数据进行研判，面对异常的数据，主控制器201会下发控制指令给机器人电源管理系统，机器人电源管理系统会对异常回路的供电进行切断，达到保护异常回路后端设备的作用。

对于容性负载，如果直接连接电源，特别是锂电池17时，上电瞬间会存在很大的冲击电流(由电容的特性决定)，在电源(或电池)与容性负载之间加上本申请提供的机器人电源管理系统，由于机器人电源管理系统上集成有输出缓启动电路13，因此能够避免容性负载通电瞬间出现的冲击电流。

本申请提供的机器人电源管理系统上集成温度采集电路33，能够实时检测温度，MCU逻辑控制器11根据检测的温度数据对散热风扇进行变频调速，相较于目前大多数的风扇恒速运行，本申请能够起到节能及降噪的功能。

本申请机器人电源管理系统进行上下电逻辑控制的具体过程为：

上电逻辑控制的过程为：

总电源接通，机器人电源管理系统开始工作，进行开机检测，判断是否为控制柜按键开机或远程按键开机，如果是，则启动供电，否则，重新进行开机检测。

启动供电，其具体包括向主控制器201、示教器203、EtherCAT从站、和安全控制器供电。

机器人电源管理系统与主控制器201建立通讯连接，并根据通讯指令向相应设备上下电。

下电逻辑控制的过程为：

机器人电源管理系统进行关机检测，判断是否为控制柜按键关机，如果是，则强制断电，关闭所有电源输出，否则，重新进行关机检测；判断是否为远程按键关机，如果是，则向主控制器201发送请求关机指令；否则，重新进行关机检测。

机器人电源管理系统判断是否接收到主控制器201的确认指令，如果是，则对主控制器201的工作数据进行保存，否则向主控制器201发送请求关机指令，直到接收到的主控制器201的确认指令。

接收主控制器201的关机指令，关闭RemoteON，切断EtherCAT从站供电、切断安全控制器供电、切断EtherCAT从站IO供电以及切断安全控制器IO供电。

等待主控制器201反馈消失，切断主控制器201和示教器203的电源。

上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可表示在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展表示不同的程序语言与不同的格式或形式。也可表示不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种机器人电源管理系统，其特征在于，包括控制模块以及与所述控制模块连接的前级处理保护模块、采集模块、通讯模块和后级处理保护模块；

所述前级处理保护模块用于对输入的电源进行滤波与干扰抑制以及限流与防反接；所述采集模块用于采集电压、电流和温度，并将采集结果发送给所述控制模块，所述控制模块根据采集结果进行过压、欠压、过流和过温保护；所述控制模块通过通讯模块与外部主控制器连接；所述后级处理保护模块用于对机器人电源管理系统的输出端进行过压或过流保护。

2.根据权利要求1所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述控制模块包括MCU逻辑控制器、外控及反馈电路、输出缓启动电路和风扇调速控制接口；所述MCU逻辑控制器与外部主控制器连接，主控制器通过外控单元控制外控及反馈电路的通断；MCU逻辑控制器与输出缓启动电路连接，MCU逻辑控制器通过风扇调速控制接口连接风扇，对风扇进行调速控制。

3.根据权利要求2所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述输出缓启动电路包括水泥电阻和功率开关管，其中，水泥电阻与功率开关管并联；MCU逻辑控制器根据采集模块采集到的电压和电流计算得到经过水泥电阻的电流减小到0所用的时间t，MCU逻辑控制器控制功率开关管在时间t后启动。

4.根据权利要求1所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述前级处理保护模块包括滤波与干扰抑制电路以及限流与防反接电路；所述滤波与干扰抑制电路包括瞬态二极管、安规电容和共模电感；所述限流与防反接电路包括保险丝、OR-ing FET控制器和MOSFET；所述保险丝与MOSFET连接，所述OR-ing FET控制器的输入端与MOSFET的源极连接，所述OR-ing FET控制器的输出端与MOSFET的漏极连接，所述OR-ing FET控制器的门级与MOSFET的栅极连接。

5.根据权利要求1所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述后级处理保护模块包括输出电压防护电路，所述输出电压防护电路包括MOS管、理想二极管LM5050、电解电容和发光二极管；

所述MOS管的源极输入48V电压，所述MOS管的源极与理想二极管LM5050的输入端连接，其漏极与理想二极管LM5050的输出端连接，其栅极与理想二极管LM5050的门级连接，所述MOS管的源极与栅极之间连接有第一电阻；所述理想二极管LM5050的OFF端和GND端均接地，其VS端通过第二电阻与所述MOS管的源极连接，其VS端通过电容接地；所述MOS管的漏极与所述电解电容的正极连接，所述电解电容的负极接地；第三电阻的一端和第四电阻的一端均与所述MOS管的漏极连接，所述第三电阻的另一端和所述第四电阻的另一端均与所述发光二极管的正极连接，所述发光二极管的负极接地；所述MOS管的漏极输出48V电压。

6.一种机器人电源管理系统，其特征在于，包括MCU逻辑控制器、动力电回路、控制电回路和外设电回路；所述MCU逻辑控制器控制所述动力电回路、控制电回路和外设电回路的通断；所述MCU逻辑控制器与外部主控制器连接，外部所述主控制器通过外控单元控制所述动力电回路的通断；动力电源通过所述动力电回路连接动力设备，为动力设备供电；控制电源通过所述控制电回路连接外部主控制器、外控单元和示教器，为外部主控制器、外控单元和示教器供电；外设电源通过外设电回路连接外设单元，为外设单元供电。

7.根据权利要求6所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述动力电回路包括滤波与干扰抑制电路、限流防反接电路、电流采样电路、外控及反馈电路、电压采样电路、输出缓启动电路和输出电压防护电路；

所述动力电源与滤波与干扰抑制电路并联，所述滤波与干扰抑制电路依次与所述限流防反接电路、电流采样电路、外控及反馈电路、输出缓启动电路和输出电压防护电路连接，所述电压采样电路的一端与所述输出缓启动电路的输入端连接，其另一端和所述滤波与干扰抑制电路接地端连接；外部动力设备的一端与所述输出电压防护电路的输出端连接，其另一端和所述滤波与干扰抑制电路的接地端连接。

8.根据权利要求6所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述控制电回路包括滤波与干扰抑制电路、限流防反接电路、电压采样电路、锂电池、电流采样电路、第一开关、第二开关和第三开关；

所述控制电源与所述滤波与干扰抑制电路并联，所述滤波与干扰抑制电路与所述限流防反接电路连接，所述限流防反接电路连接与锂电池连接；

所述锂电池的第一输出端通过所述电流采样电路与所述第一开关的进线端连接，所述第一开关的出线端与主控制器连接，所述第一开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；所述锂电池的第二输出端通过所述电流采样电路与所述第二开关的进线端连接，所述第二开关的出线端与外控单元连接，所述第二开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；所述锂电池的第三输出端通过所述电流采样电路与所述第三开关的进线端连接，所述第三开关的出线端与示教器连接，所述第三开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；主控制器、外设单元和示教器还与所述锂电池的负极连接；

所述锂电池通过DCDC电源与所述MCU逻辑控制器连接，所述DCDC电源将所述锂电池的输出电压转换成所述MCU逻辑控制器所需的工作电压。

9.根据权利要求6所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述外设电回路包括滤波与干扰抑制电路、限流防反接电路、电压采样电路、电流采样电路、第四开关和第五开关；

所述外设电源与滤波与干扰抑制电路并联，所述滤波与干扰抑制电路与限流防反接电路连接，所述限流防反接电路通过所述电流采样电路与所述第四开关的进线端连接，所述第四开关的出线端与第一外设单元连接，所述第四开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；

所述限流防反接电路还通过另一所述电流采样电路与所述第五开关的进线端连接，所述第五开关的出线端与第二外设单元连接，所述第五开关的控制端与所述MCU逻辑控制器连接；所述电压采样电路的一端与所述限流防反接电路的输出端连接，其另一端和所述滤波与干扰抑制电路的接地端连接；所述第一外设单元和第二外设单元均和所述滤波与干扰抑制电路的接地端连接。

10.根据权利要求6所述的机器人电源管理系统，其特征在于，所述MCU逻辑控制器通过ADC-DMA方式采集电压、电流和温度信号。

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