CN205886214U - 一种击球控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种击球控制装置，包括依次连接的电源模块，升压模块、第一开关模块和第一击球执行元件，还包括与第一开关模块连接的第一控制模块，电源模块用于为升压模块提供初始电压，升压模块为第一击球执行元件执行击球动作提供所需的目标电压，第一开关模块通过截止与导通的切换来控制升压模块与第一击球执行元件的是否连接，第一控制模块用于控制第一开关模块的截止与导通。第三控制模块控制升压使能，使击球控制装置进行升压，通过第三开关模块的截止到导通状态的切换使第二击球执行元件的螺线管瞬间接通完成击球动作，第三开关模块与第一开关模块的导通与截止均有第一控制模块控制，使电路设计更加简洁。

Description

一种击球控制装置

技术领域

本实用新型涉及控制领域，尤其是涉及一种击球控制装置。

背景技术

机器人足球比赛是近年来人工智能与智能机器人研究领域中一个十分令人注目的热点，它为许多理论，包括人工智能、机器视觉、运动控制等提供了一个理想的实验平台。RoboCup(Robot World Cup，机器人世界杯足球锦标赛，是目前国际上级别最高、规模最大、影响最广泛、参与人数最多的国际性机器人赛事。

机器人子系统是整个系统的执行机构，是决策的执行者。为机器人子系统设计的用于击球的电磁铁弹射机构采用的技术方案为，高压电容瞬间接通螺线管，产生的强磁场力，带动衔铁弹射实现击球。本实用新型针对高压电容瞬间接通螺线管这一技术问题，设计了本控制电路实现高压电容充电与放电，使控制高压电容瞬间接通螺线管实现击球的过程更加有效、安全。在高压电容瞬间接通螺线管前需要对电容进行。本实用新型解决的技术问题是提供一个高压产生电路，可以在瞬间接通螺线管使电磁铁弹射机构完成击球动作，并在之后电压迅速降低，准备下一次击球所用的电压。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的缺陷作出了改进，提供一种击球控制装置，包括依次连接的电源模块，升压模块、第一开关模块和第一击球执行元件，还包括与第一开关模块连接的第一控制模块，电源模块用于为升压模块提供初始电压，升压模块为第一击球执行元件执行击球动作提供所需的目标电压，第一开关模块通过截止与导通的切换来控制升压模块与第一击球执行元件的是否连接，第一控制模块用于控制第一开关模块的截止与导通。

作为进一步地改进，本实用新型所述升压模块包括升压电路和储能电路，升压电路将初始电压提高到目标电压,并将能量存储于储能电路之中，目标电压为第一击球执行元件执行击球动作所需的电压。

作为进一步地改进，本实用新型所述升压电路包括电感电路、第二开关电路、第二控制电路和反馈电路，电感电路的一端为升压电路的输入端，连接电源模块，另一端通过第二开关电路连接储能电路，储能电路通过反馈电路与第二控制电路相连，第二控制电路连接第二开关电路用于控制第二开关电路的导通与截止，第二开关电路用于控制储能电路是否储能。

作为进一步地改进，本实用新型所述反馈电路包括连接储能电路和第二控制电路的电压反馈电路，及连接储能电路和第二控制电路的电流反馈电路，电压反馈电路将当前储能电路的电压反馈给第二控制电路，电流反馈电路将当前第二开关电路的电流反馈给第二控制电路。

作为进一步地改进，本实用新型所述电源模块包括电压源和缓冲电路，根据缓冲电路开关管的导通与截止状态之间的切换决定由电压源或电压源串联限流电阻提供给储能电路的初始电压，缓冲电路开关管的导通与截止的状态由开关管的输入端和输出端压差决定。

作为进一步地改进，本实用新型还包括第三开关模块，和与第三开关模块连接的第二击球执行元件，第三开关模通过截止与导通的切换来控制升压模块与第二击球执行元件的是否连接，第一控制模块用于控制第三开关模块的截止与导通，第三开关模块和第二击球执行元件，与第一开关模块和第一击球执行元件并联。

作为进一步地改进，本实用新型还包括第四开关模块，所述第四开关模块截止到导通状态之间的切换释放储能电路中的能量，第四开关模块的导通与截止由第三控制模块控制，第四开关模块包括3个端口，一端连接第三控制模块，一端连接储能电路，另一端接地，导通使储能电路对地导通放电。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型针对高压电容瞬间接通螺线管这一技术问题，设计了本控制电路实现高压电容充电与放电，使控制高压电容瞬间接通螺线管实现击球的过程更加有效、安全。具体地：

1、通过第一开关模块的截止到导通状态的切换使第一击球执行元件的螺线管瞬间接通完成击球动作。

2、采用boost升压电路，并采用反馈机制，使升压模块的电压控制在预设的范围内。

3、通过第三开关模块的截止到导通状态的切换使第二击球执行元件的螺线管瞬间接通完成击球动作，第三开关模块与第一开关模块的导通与截止均有第一控制模块控制，使电路设计更加简洁。

4、第三控制模块控制升压使能，使击球控制装置进行升压，第三控制模块控制关断升压使能，使击球控制装置释放升压模块的电压，这里第三控制模块为机器人的外壳，即机器人外壳装上是升压，打开时释放电压，使操作机器人的人不会触碰高压。

5、增加缓冲电路，使储能电路缓慢充电，充电过程更加安全。

附图说明

图1是实施例1击球控制装置的模块组成及连接示意图；

图2是升压模块的组成及连接示意图；

图3是实施例2击球控制装置的模块组成及连接示意图；

图4是实施例3击球控制装置的模块组成及连接示意图；

图5是缓冲电路的电路连接示意图；

图6是第四开关模块的电路连接示意图；

图7是第一开关模块的电路连接示意图；

图8是升压模块的电路连接示意图；

图9是第三开关模块的电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过附图结合具体实施例子对本实用新型的技术方案作进一步地说明：

本实用新型提供了一种击球控制装置，用来控制诸如足球机器人的击球执行元件击球，图1是实施例1击球控制装置的模块组成及连接示意图，包括电源模块，升压模块、第一开关模块、第一控制模块，第一击球执行元件，电源模块，升压模块、第一开关模块和第一击球执行元件依次连接，电源模块用于为升压模块提供初始电压，升压模块为第一击球执行元件执行击球动作提供所需的目标电压，第一开关模块通过截止与导通的切换来控制升压模块与第一击球执行元件的是否形成回路，第一控制模块用于控制第一开关模块的截止与导通。第一开关模块的一端连接第一控制模块，一端接地，另一端连接第一击球执行元件，第一击球执行元件的另一端连接升压模块。

升压模块包括升压电路和储能电路，升压电路将初始电压提高到目标电压,并将能量存储于储能电路之中，目标电压为第一击球执行元件执行击球动作所需的电压，第一开关模块截止到导通状态的切换使第一击球执行元件从升压模块获取目标电压，第一击球执行元件为一电磁铁弹射机构，获取目标电压后实现击球动作。

为实现击球，所述第一击球执行元件平射击球前，升压模块停止升压，第一控制模块根据接收的平射击球信号，控制第一开关模块的导通，第一击球执行元件击球从升压模块获取目标电压，即可实现平射击球，第一开关模块导通后升压模块输出端电压降低，升压模块中储能电路中的能量被消耗，第一击球执行元件回复未击球状态，第一控制模块控制第一开关模块截止，第一控制模块等待接收下一次击球指令。

图2是升压模块的组成及连接示意图；升压模块包括升压电路和储能电路，升压电路将初始电压提高到目标电压,并将能量存储于储能电路之中，目标电压为第一击球执行元件执行击球动作所需的电压。升压电路具体采用boost升压电路，包括电感电路、第二开关电路、第二控制电路和反馈电路，电感电路的一端为升压电路的输入端，连接电源模块，另一端通过第二开关电路连接储能电路；第二开关电路的导通与截止状态之间的切换控制所述储能电路储能；第二开关电路的导通与截止通过与之连接的第二控制电路控制，第二控制电路输出按设定的比例或频率周期性地变化的控制信号使第二开关电路导通与截止状态之间的切换，例如所述控制信号为PWM信号；反馈电路由电压反馈电路和电流反馈电路组成，所述电压反馈电路连接储能电路和第二控制电路，将当前储能电路的电压反馈给第二控制电路，储能电路的电压达到目标电压时，第二控制电路控制输出信号的占空比，使储能电路维持当前电压，电流反馈电路连接第二开关电路和第二控制电路，将当前第二开关电路的电流反馈给第二控制电路，第二控制电路根据反馈的电流大小，控制升压过程中流过电感电路的电流大小，从而使升压电路的输出功率符合储能电路的输入功率要求。

图3是实施例2击球控制装置的模块组成及连接示意图；还包括第三开关模块，第三开关模块截止到导通状态的切换使第二击球执行元件从升压模块获取目标电压，第三开关模块的导通与截止由与之相连的第一控制模块控制，第二击球执行元件执行挑射击球。为实现击球，所述第二击球执行元件挑射击球前，升压模块停止升压，第一控制模块根据接收的挑射击球指令，控制第三开关模块的导通，第二击球执行元件击球从升压模块获取目标电压，即可实现挑射击球，第一开关模块的导通后升压模块输出端电压降低，升压模块中储能电路中的能量被消耗，第二击球执行原件回复未击球状态，第一控制模块控制第三开关模块截止，第一控制模块等待接收下一次击球指令。第一击球执行元件、第二击球执行元件为电磁弹射机构。实施例2这样的击球控制装置，即可以完成挑射击球动作，也可以完成如实施例1中平射击球动作。

图4是实施例3击球控制装置的模块组成及连接示意图，还包括第四开关模块，第四开关模块的截止到导通状态的切换使升压模块中的储能电路释放能量，降低升压电路输出端的电压，其导通与截止由第三控制模块控制。升压使能时，电源模块通过电压源或电压源串联限流电阻给提供储能电路的初始电压，升压使能关断时，储能电路释放能量。

根据收到的升压使能信号，电源模块给升压模块提供初始电压，升压模块升压储能，所述升压使能信号由第三控制模块发出，例如足球机器人有一外壳，当外壳安装时，第三控制模块发出升压使能信号，第二控制电路打开升压使能，升压电路将电源模块的初始电压升至目标电压，并利用储能电路储能。所述升压电路通过第二控制电路控制第二开关电路导通与截止状态之间切换，将电源模块的初始电压升至目标电压。

根据收到的升压使能关断信号，储能电路通过第四开关模块截止到导通的状态变化释放能量，所述升压使能关断信号由第三控制模块发出，例如足球机器人的外壳拆除时，电路板暴露，第三控制模块发出使能关断信号，第二控制电路关断升压使能，并且第四开关模块截止到导通将储能电路的能量释放至安全水平。具体地，当第三控制模块发出升压使能信号，即机器人外壳安装上时，电源模块连通升压模块开始升压至目标电压，并通过反馈电路将电压维持在目标电压，此时第一控制模块控制第一开关模块处于截止状态，当第一开关模块收到击球信号时，升压模块受第二控制电路的控制停止升压，第一控制模块导通第一开关模块，使升压模块的储能电路与第一击球执行元件之间形成回路，因此第一击球执行元件获得储能电路上电压实现击球，击球完成后，第一控制模块使第一开关模块截止，升压模块受第二控制电路的控制重新升压至目标电压，等待下一次击球信号。如果第三控制模块发出升压使能关断信号，即机器人的外壳被移除，第四开关模块受这一信号的控制导通，将升压模块上的能量释放，使接触的人始终处于安全状态。

实施例3这样的击球控制装置一样可以完成实施例1与实施例2中的平射与挑射动作。

如图3、图4所示，当电源模块与升压模块断开时间较长时，为了升压模块的稳定可靠与安全，可增加缓冲电路，缓冲电路通过开关管的导通与截止状态之间的切换决定由电压源或电压源串联限流电阻给提供储能电路的初始电压。缓冲电路导通与截止的状态由开关管的输入端和输出端压差决定。当图4这种情况，电源模块与升压模块的导通与断开通过第三控制模块控制，第三控制模块发出升压使能信号，控制所述击球控制装置是否进入升压状态。

图7是第一开关模块的电路连接示意图；第一控制模块包括第一输出端和第二输出端，第一输出端用于控制第一开关模块的导通与截止，第一开关模块的导通实现平射击球，第二输出端用于控制第三开关模块的导通与截止，第三开关模块的导通块实现挑射击球，第一控制模块的输入端接收上位机平射击球或挑射击球等击球信号的信号。第一开关模块的输入端连接第一控制模块输出端，获取第一控制模块的控制信号，具体为第一开关模块的MOS管Q6的栅极通过电阻R17连接第一控制模块，并通过并联的稳压二极管D11和电阻R20接地，MOS管Q6的漏极通过肖特基二极管D3连接储能电路，并连接第一击球执行元件，肖特基二极管D3吸收第一击球执行元件上驱动线圈的脉冲，第一开关电路的MOS管Q6的源极接地，当第一控制模块接收到上位机击球指令时，第一控制模块使MOS管Q6的栅极获得的导通所需的电流，MOS管Q6导通，第一击球执行元件通过MOS管Q6的漏极获得目标电压，执行击球动作。

图9是第三开关模块的电路连接示意图，第三开关模块的电路连接方式与第一开关模块一致，具体为第三开关模块的输入端连接第一控制模块输出端，获取第一控制模块的控制信号，即第一开关模块的MOS管Q7的栅极通过电阻R25连接第一控制模块，并通过并联的稳压二极管D14和电阻R27接地，MOS管Q7的漏极通过肖特基二极管D12连接储能电路，并连接第二击球执行元件，肖特基二极管D12吸收第二击球执行元件上驱动线圈的脉冲，第三开关电路的MOS管Q7的源极接地，当第一控制模块接收到上位机击球指令时，第一控制模块使MOS管Q7的栅极获得的导通所需的电流，MOS管Q7导通，第一击球执行元件通过MOS管Q7的漏极获得目标电压，执行击球动作。

图8是升压模块的电路连接示意图；Boost升压电路，其中，电感电路为电感L1，电感L1的一端为升压电路的输入端，连接电源模块，电感L1的另一端为电感电路的输出端，电感电路的输出端连接第二开关电路的MOS管Q4的漏极，第二开关电路的MOS管Q4的漏极同时还连接储能电路，第二开关电路的MOS管Q4的栅极通过电阻R11连接第二控制电路的输出信号，并通过并联的稳压二极管D7和电阻R12接地，第二开关电路的MOS管Q4的源极通过电阻接地，本实施例中，通过并联的电阻R15和电阻R16接地，增加功率。

如图8，第二控制电路为脉宽调制电路，输出脉宽调制信号控制第二开关电路的导通与截止。本实用新型采用脉宽调制芯片UC3843，芯片的4脚通过电阻R19连接8脚并通过电容C10接地，使振荡器频率和最大输出的占空比可调。2脚连接电压反馈电路的输出端，接收反馈电压，通过串接的电容C12和电阻R23连接1脚，同时，1脚通过MOS管Q8为升压使能信号接收端，具体地，MOS管Q8的漏极连接1脚，栅极通过电阻R24接收上位机的升压使能信号，并通过电阻R26连接5V电压，源极接地。3脚连接电流反馈电路的输出端，接收反馈电流，根据反馈的电流大小，控制电感L1的电流。6脚输出脉宽调制信号控制第二开关电路，使第二开关电路处于导通或截止状态。当电压反馈电路反馈的储能电路的电压达到目标电压时，第二控制电路通过调节输出信号的占空比，使储能电路维持当前目标电压；当电流反馈电路将当前第二开关开关电路的电流反馈给第二控制电路，控制电感L1的电流；当第二控制电路接收到升压使能信号，第二控制电路输出脉宽调制信号，控制第二开关电路导通与截止，使升压电路进行升压储能；当上位机发出击球信号时，控制关断升压使能信号，即第二控制电路没有接收到升压使能信号，升压电路停止升压储能。

储能电路由单向导通电路肖特基二极管D2连接电容电路组成，所述电容电路由并联的电容C4、C5、C6、C7组成，并连接并联的电容C28、C29。电流反馈电路的输入端为第二开关电路的MOS管Q4的源极，通过电阻R21连接第二控制电路，即芯片3脚，输出端通过电容C13接地。电压反馈电路的输入端连接储能电路的输出端，通过串联电阻R10和R13接地，输出端为电阻R10和R13的连结点，取分压电压作为输出，连接脉宽调制芯片的电压反馈端2脚。

图6是第四开关模块的电路连接示意图；第四开关模块MOS管Q5的栅极，源极分别通过并联的电阻R8和电阻R9连接升压电路的输出端，漏极接地，栅极和源极通过稳压二极管D10和光耦U3连接，第三控制模块的输出端通过光耦U3接收放电信号。

图5是缓冲电路的电路连接示意图；缓冲电路的MOS管Q3的源极连接电压源，MOS管Q3栅极与源极连接并联的电容C2与稳压二极管D4防止误动作以及栅极被击穿，MOS管Q3栅极通过并联的R14、D9接地，源极与漏极连接串联的电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6的连结点通过电阻R4连接PNP三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接电压源，三极管Q2的集电极连接MOS管Q3的栅极，MOS管Q3的漏极为缓冲电路的输出端，连接升压电路并通过电容C3接地。MOS管Q3的导通与截止状态由其源极与漏极的压差决定，当源极电压高于漏极时，并且电阻R5、R6的分压高于三极管Q2的驱动电压时，三极管Q2导通，MOS管Q3的源极电压上拉至漏极，MOS管Q3处于截止状态，电源通过电阻R5和电阻R6的串联限流给升压电路提供初始电压，使升压电路上的目标电压的缓慢提升。当MOS管Q3的源极与漏极之间的电压接近相等时，MOS管Q3处于导通状态，由电压源提供升压电路的初始电压。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种击球控制装置，其特征在于，包括依次连接的电源模块，升压模块、第一开关模块和第一击球执行元件，还包括与第一开关模块连接的第一控制模块所述电源模块用于为所述升压模块提供初始电压，所述升压模块为第一击球执行元件执行击球动作提供所需的目标电压，所述的第一开关模块通过截止与导通的切换来控制升压模块与第一击球执行元件的是否连接，所述的第一控制模块用于控制第一开关模块的截止与导通。

2.根据权利要求1所述的击球控制装置，其特征在于，所述升压模块包括升压电路和储能电路，所述升压电路将初始电压提高到目标电压,并将能量存储于储能电路之中，所述目标电压为第一击球执行元件执行击球动作所需的电压。

3.根据权利要求1或2所述的击球控制装置，其特征在于，所述升压电路包括电感电路、第二开关电路、第二控制电路和反馈电路，所述电感电路的一端为升压电路的输入端，连接电源模块，另一端通过第二开关电路连接储能电路，储能电路通过反馈电路与第二控制电路相连，第二控制电路连接第二开关电路用于控制第二开关电路的导通与截止，所述的第二开关电路用于控制储能电路是否储能。

4.根据权利要求3所述的击球控制装置，其特征在于，所述反馈电路包括连接储能电路和第二控制电路的电压反馈电路，及连接储能电路和第二控制电路的电流反馈电路，所述电压反馈电路将当前储能电路的电压反馈给第二控制电路，所述电流反馈电路将当前第二开关电路的电流反馈给第二控制电路。

5.根据权利要求3所述的击球控制装置，其特征在于，所述电源模块包括电压源和缓冲电路，根据缓冲电路开关管的导通与截止状态之间的切换决定由电压源或电压源串联限流电阻提供给储能电路的初始电压，所述缓冲电路开关管的导通与截止的状态由开关管的输入端和输出端压差决定。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的击球控制装置，其特征在于，还包括第三开关模块，和与第三开关模块连接的第二击球执行元件，所述的第三开关模通过截止与导通的切换来控制升压模块与第二击球执行元件的是否连接，所述的第一控制模块用于控制第三开关模块的截止与导通，所述的第三开关模块和第二击球执行元件，与第一开关模块和第一击球执行元件并联。

7.根据权利要求6所述的击球控制装置，其特征在于，还包括第四开关模块，所述第四开关模块截止到导通状态之间的切换释放储能电路中的能量，第四开关模块的导通与截止由第三控制模块控制，所述的第四开关模块包括3个端口，一端连接第三控制模块，一端连接储能电路，另一端接地，导通使储能电路对地导通放电。

8.根据权利要求1或2或4或5所述的击球控制装置，其特征在于，还包括第四开关模块，所述第四开关模块截止到导通状态之间的切换释放储能电路中的能量，第四开关模块的导通与截止由第三控制模块控制。