CN208028618U - 电源控制器以及带有该电源控制器的机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电源控制器以及带有该电源控制器的机器人。该电源控制器包括：中央处理器、第一电压供电模块、第二电压供电模块，所述中央处理器通过光耦隔离电路与所述第一电压供电模块连接，所述中央处理器与所述第二电压供电模块连接，所述第一电压供电模块，用于作为驱动电压对电机驱动器供电；所述第二电压供电模块，用于作为控制电压对所述中央处理器供电。本申请解决了电源控制器的安全性较低的技术问题。本申请提供的电源控制器的高低压完全隔离，且在出现紧急故障有断电处理等保护措施使得电源控制器更加地安全可靠性。

Description

电源控制器以及带有该电源控制器的机器人

技术领域

本申请涉及电源管理系统领域，具体而言，涉及一种电源控制器以及带有该电源控制器的电源供电系统。

背景技术

机器人电源供电系统，能够通过电池有效地为机器人进行供电。

发明人发现，目前的机器人电源供电系统很容易出现电源故障，特别在大功率的电源供电系统中，缺少故障保护以及电源监控功能。当出现异常问题时，导致整个系统崩溃。

针对相关技术中电源控制器的安全性较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种电源控制器，以解决电源控制器的安全性较低的问题。

因此，本设计针对目前现有的方案，在此基础上增加了：电池电源管理系统，以及电源过流过压保护，控制器的高低低压进行完全隔离，以及系统出现紧急故障进行断电处理等保护措施，以解决目前电源控制器的一些不足之处，使得整个控制器电源管理功能安全可靠。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种电源控制器，。

根据本申请的电源控制器包括：包括：中央处理器、第一电压供电模块、第二电压供电模块，所述中央处理器通过光耦隔离电路与所述第一电压供电模块连接，所述中央处理器与所述第二电压供电模块连接，所述第一电压供电模块，用于作为驱动电压对电机驱动器供电；所述第二电压供电模块，用于作为控制电压对所述中央处理器供电。

进一步地，所述中央处理器通过I/O接口与所述光耦隔离电路连接。

进一步地，所述第二电压供电模块，还用于作为如下任一一种或者多种接口的工作电压：电脑主机供电接口、交换机供电接口、电源开关机接口、LED灯板显示接口、RJ45网线接口、散热风扇接口。

进一步地，所述第一电压供电模块，还用于作为如下任一一种或者多种接口的工作电压：外接直流电源接口、电池接口、电池管理系统通信接口、急停按钮接口、电池充电接口、电机驱动器供电接口。

进一步地，电源控制器还包括：电源冗余备份电路，所述电源冗余备份电路包括：第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路用于作为直流电源供电，所述第二供电电路用于作为电池供电。

进一步地，电源控制器还包括：电池管理系统，所述电池管理系统通过485通信接口与所述中央处理器通讯，用于监控电池的充放电状态。

进一步地，电源控制器还包括：网络通信接口，用于通过网线连接后接入局域网。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种机器人。

根据本申请的机器人包括：所述的电源控制器，所述电源控制器，用于通过电机驱动器供电接口对于所述机器人左腿、右腿、左胳膊、右胳膊、腰部、头部供电。

进一步地，机器人还包括：开关按钮，用于控制机器人的上电、停止或者关机。

进一步地，机器人还包括：制动按钮，用于切断机器人的动力驱动电源

在本申请实施例中，采用中央处理器、第一电压供电模块、第二电压供电模块控制分别供电的方式，通过光耦隔离电路与所述第一电压供电模块连接，所述中央处理器与所述第二电压供电模块连接，达到了控制器电源管理功能安全可靠的目的，从而通过电源控制器实现对整个机器人的上电、断电、突发急停断电、低压控制、高压控制、电池BMS、通信等实现控制的技术效果，进而解决了电源控制器的安全性较低的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请第一实施例的电源控制器示意图；

图2是根据本申请实施例的第二电压供电模块所连接接口示意图；

图3是根据本申请实施例的第一电压供电模块所连接接口示意图；

图4是根据本申请第二实施例的的电源控制器示意图；

图5是根据本申请第三实施例的的电源控制器示意图；

图6是根据本申请第四实施例的的电源控制器示意图；

图7是根据本申请实施例的MOS控制隔离电路原理示意图；

图8是根据本申请实施例的电源控制器中的电气隔离原理示意图；以及

图9是根据本申请实施例的电源控制器原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请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，以便这里描述的本申请的实施例。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。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请实施例中的电源控制器，包括：中央处理器10、第一电压供电模块20、第二电压供电模块30，所述中央处理器10通过光耦隔离电路与所述第一电压供电模20块连接，所述中央处理器10与所述第二电压供电模30块连接，所述第一电压供电模块20，用于作为驱动电压对电机驱动器供电；所述第二电压供电模块30，用于作为控制电压对所述中央处理器供电。

优选地，所述中央处理器通过I/O接口与所述光耦隔离电路连接。通过光耦进行了电气上的完全隔离，避免高压侧的电气参数对CPU控制器以及周边电路产生干扰和噪声。

具体地，电源控制器采用额定输入电压为直流48V，48V电压输入后分成两大部分：所述第一电压供电模块20，用于作为驱动电压对电机驱动器供电；所述第二电压供电模块30，用于作为控制电压对所述中央处理器供电。

所述第一电压供电模块20为电机的驱动电压48V供电，中间经过一个MOS管，MOS管的通断通过CPU处理器的一个IO引脚进行控制，这样就可以实现驱动供电的通断控制，原理如图7中所示。

所述第二电压供电模块30为48V通过电源芯片转成控制系统所需的低压电源，有两个电脑主机19V电压,交换机电源一个9V，散热风扇接口3个，外围电路工作电压及待机电压5V和3.3V。

控制器供电采用的是驱动电压即高压和控制电压即低压分开的形式供电，高压即为电机驱动器的48V供电系统以及其他接口的工作电压，低压为中央处理器10的工作电压以及外围电路工作电压，这两种电压之间是完全进行电气隔离开的，其原理如图8所示。但同时，所有的对外供电电压都是可以由中央处理器10引脚去单独进行控制的，中间通过光耦进行了电气上的完全隔离，避免高压侧的电气参数对中央处理器10以及周边电路产生干扰和噪声。

通过电源控制器中的中央处理器10，对整个电源系统进行控制和管理，并且和整个机器人系统通过网络进行数据的通信。对整个机器人的上电和掉电过程都有完善的控制过程。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用中央处理器、第一电压供电模块、第二电压供电模块控制分别供电的方式，通过光耦隔离电路与所述第一电压供电模块连接，所述中央处理器与所述第二电压供电模块连接，达到了控制器电源管理功能安全可靠的目的，从而通过电源控制器实现对整个机器人的上电、断电、突发急停断电、低压控制、高压控制、电池BMS、通信等实现控制的技术效果，进而解决了电源控制器的安全性较低的技术问题。

根据本发明实施例，优选地，如图2以及图8所示，所述第二电压供电模块30，还用于作为如下任一一种或者多种接口的工作电压：电脑主机供电接口、交换机供电接口、电源开关机接口、LED灯板显示接口、RJ45网线接口、散热风扇接口。

具体地，电脑主机供电接口、交换机供电接口、电源开关机接口、LED灯板显示接口、RJ45网线接口、散热风扇接口包括：

19V电脑主机供电接口，共2个接口，分别为机器人的两台控制器电脑(大脑控制器和小脑控制器)进行供电；

9V交换机供电接口，为机器人系统网络搭建的交换机供电；

电源开关机接口，外接开关机按，实现整个机器人系统的开关机；

LED灯板显示接口，用于显示当前电池电量剩余；

RJ45网线接口，用于电源控制器和机器人系统进行的网络通信接口；

12V散热风扇接口，共3个接口，两个为机器人整个的内部胸腔散热，一个为板载风扇，为该电源控制器散热。

根据本发明实施例，优选地，如图3所示，所述第一电压供电模块20，还用于作为如下任一一种或者多种接口的工作电压：外接直流电源接口、电池接口、电池管理系统通信接口、急停按钮接口、电池充电接口、电机驱动器供电接口。

具体地，外接直流电源接口、电池接口、电池管理系统通信接口、急停按钮接口、电池充电接口、电机驱动器供电接口包括：

48V外接直流电源接口，用于接外部直流电源供电；

48V电池接口，用于接48V电池供电；

电池BMS(电池管理系统)通信接口，用于电池BMS电池管理系统和控制器CPU进行通信；

急停按钮接口，如遇突发情况，用于机器人系统紧急掉电停止；

48V电池充电接口,用于给机器人电池进行充电；

48V电机驱动器供电接口，此接口有6个，分别对应到6组，分别为左腿、右腿、左胳膊、右胳膊、腰部、头部六部分进行供。

根据本发明实施例，优选地，如图4所示，电源控制器还包括：电源冗余备份电路40，所述电源冗余备份电路40包括：第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路用于作为直流电源供电，所述第二供电电路用于作为电池供电。

具体地，电源冗余备份电路40中有外接直流电源和电池供电两种，本申请实施例中的电源控制器能够同时支持两种电源供电，电源控制器会自动选择电压高的一组进行优先供电，另一组作为备份电源，当电源电压供应不足或者突然掉电时，会自动切换到备份电源，此切换部分属于电子电路无缝切换，在此期间，整个系统不会出现任何设备的掉电，对系统数据不会造成任何丢失。

根据本发明实施例，优选地，如图5所示，电源控制器还包括：电池管理系统50，所述电池管理系统50通过485通信接口与所述中央处理器通讯，用于监控电池的充放电状态。

具体地，电池BMS电池管理系统自带有485通信接口，和控制器上的中央处理器进行通信，控制器的中央处理器通过485信号可以读取电池的相关参数，包括当前的放电时的电压、电池以及温度值，判断电池当前是处于放电状态还是充电状态等，对电池BSM电池管理系统都个实时的通讯监测功能。

根据本发明实施例，优选地，如图6所示，电源控制器还包括：网络通信接口60，用于通过网线连接后接入局域网。

具体地，控制器带有网络通信接口，优选地，速率为10M/100M自适应，用一根网线就可以和其他设备或者系统进行通信或数据传输，本设计为接到交换机中，和其他控制器组成局域网络，电源控制器上的数据可以实时被其他处理器进行访问，也可以和其他设备进行网线的直连接。

根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述电源控制器的机器人，如图9所示，该装置包括：所述的电源控制器，所述电源控制器，用于通过电机驱动器供电接口对于所述机器人左腿、右腿、左胳膊、右胳膊、腰部、头部供电。

在本申请的实施例中电源控制器对外接口包括但不限于，48V外接直流电源接口，用于接外部直流电源供电。48V电池接口，用于接48V电池供电。电池BMS电池管理系统通信接口，用于电池BMS电池管理系统和控制器CPU进行通信。急停按钮接口，如遇突发情况，用于机器人系统紧急掉电停止。48V电池充电接口，用于给机器人电池进行充电。48V电机驱动器供电接口，此接口有6个，分别对应到6组，分别为左腿、右腿、左胳膊、右胳膊、腰部、头部六部分进行供电。19V电脑主机供电接口，共2个接口，分别为机器人的两台控制器电脑，比如，可以是大脑控制器和小脑控制器，进行供电。9V交换机供电接口，为机器人系统网络搭建的交换机供电。电源开关机接口，外接开关机按，实现整个机器人系统的开关机。LED灯板显示接口，用于显示当前电池电量剩余。RJ45网线接口，用于电源控制器和机器人系统进行的网络通信接口。12V散热风扇接口，共3个接口，两个为机器人整个的内部胸腔散热，一个为板载风扇，为该电源控制器散热。

本申请实施例中的电源控制器带有中央处理器，能对整个电源系统进行控制和管理，并且和整个机器人系统通过网络进行数据的通信。对整个机器人的上电和掉电过程都有完善的控制过程。

控制器采用额定输入电压为直流48V，48V电压输入后分成两大部分：一部分为电机的驱动电压48V供电，中间经过一个MOS管，MOS管的通断通过CPU处理器的一个IO引脚进行控制，这样就可以实现驱动供电的通断控制，如图7所示，剩余5路一样(48V电机驱动器供电接口，此接口有6个，分别对应到6组，分别为左腿、右腿、左胳膊、右胳膊、腰部、头部六部分进行供电)。另一部分为48V通过电源芯片转成控制系统所需的低压电源，有两个电脑主机19V电压，交换机电源一个9V，散热风扇接口3个，外围电路工作电压及待机电压5V和3.3V。

控制器供电采用的是驱动电压即高压和控制电压即低压分开的形式供电，高压即为电机驱动器的48V供电系统以及其他接口的工作电压，低压为中央处理器的工作电压以及外围电路工作电压，这两种电压之间是完全进行电气隔离开的，如图8所示，但同时，所有的对外供电电压都是可以由中央处理器引脚去单独进行控制的，中间通过光耦进行了电气上的完全隔离，避免高压侧的电气参数对中央处理以及周边电路产生干扰和噪声。

在一些实施例中，当本申请实施例中的机器人处于关机的时候，电源控制器有一小部分电路是有电的，就是待机电路，当机器人系统要启动或开机时，此时按一下按钮，电源控制器的中央处理器先上电，然后控制周边的各个电源接口上电，最后在控制48V的电机驱动接口上电，同时，板载有蜂鸣提示音，每个上电状态都是不同的提示音，表示各个上电逻辑状态正常，

在一些实施例中，当机器人系统需要停止或关机的时候，先短按一次按钮，整个驱动系统48V电压先掉电，然后在长按住按钮，蜂鸣器会出现一声蜂鸣提示，然后松开按钮，整个系统全部掉电或关机。

在一些实施例中，机器人身上除了一个开机按钮之外，还有一个醒目的红色大按钮，装在机器人的后背部，用来做机器人的紧急制动按钮，也叫急停按钮，接线接口就是前面提到的第4个，当机器人出现故障或者失控时，需要立刻切断动力驱动电源，此时用手拍下此按钮，就会立即切换驱动器电源，避免出现危险动作。

优选地，机器人配置了电源冗余备份方案，电源供电系统有外接直流电源和电池供电两种，控制器同时支持两种电源供电，控制器会自动选择电压高的一组进行优先供电，另一组作为备份电源，当电源电压供应不足或者突然掉电时，会自动切换到备份电源，此切换部分属于电子电路无缝切换，在此期间，整个系统不会出现任何设备的掉电，对系统数据不会造成任何丢失。

优选地，机器人配置了电池BMS电池管理系统，其自带有485通信接口，和控制器上的CPU进行通信，电源控制器中的中央处理器通过485信号可以读取电池的相关参数，包括当前的放电时的电压、电池以及温度值，判断电池当前是处于放电状态还是充电状态等，对电池BSM电池管理系统都个实时的通讯监测功能。

优选地，机器人配置了带有网络通信接口，速率为10M/100M自适应，用一根网线就可以和其他设备或者系统进行通信或数据传输，本设计为接到交换机中，和其他控制器组成局域网络，电源控制器上的数据可以实时被其他处理器进行访问，也可以和其他设备进行网线的直连接。

具体地，以一次开机、关机以及异常断电为例，本申请实施例的机器人中的电源控制器开关机过程以及鸣器指示状态：

1.开机过程：按下按钮，蜂鸣器500MS短响一次，提示电源控制器已正常上电，2秒之后，再500MS短响一次，提示其他用电设备(两台电脑控制器、路由器、风扇)正常上电。再次按下按钮，蜂鸣器以500MS短响2次，提示所有48V驱动器驱动电压已上电。此时，上电过程结束。

2.关机过程：按下按钮，48V驱动器驱动电压先掉电，再次按住按钮，大约3S中后，蜂鸣器会长响一声，持续时间为2S，此时松开按钮，整个控制电压掉电，电源控制器也掉电，此时，关机过程结束。

3.异常断电过程：如果机器人系统运行过程中，由于出现紧急情况，急停开关被按下时，蜂鸣器长响3S，表示48V驱动器电源出现异常关断；下次上电前，如果在急停开关没有闭合的情况下，48V驱动器先上电指令执行后，蜂鸣器提示系统上电逻辑出现错误，此时蜂鸣器以300MS短响三次，提示用户或调试人员上电逻辑错误。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源控制器，其特征在于，包括：中央处理器、第一电压供电模块、第二电压供电模块，所述中央处理器通过光耦隔离电路与所述第一电压供电模块连接，所述中央处理器与所述第二电压供电模块连接，

所述第一电压供电模块，用于作为驱动电压对电机驱动器供电；

所述第二电压供电模块，用于作为控制电压对所述中央处理器供电。

2.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，所述中央处理器通过I/O接口与所述光耦隔离电路连接。

3.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，所述第二电压供电模块，还用于作为如下任一一种或者多种接口的工作电压：电脑主机供电接口、交换机供电接口、电源开关机接口、LED灯板显示接口、RJ45网线接口、散热风扇接口。

4.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，所述第一电压供电模块，还用于作为如下任一一种或者多种接口的工作电压：外接直流电源接口、电池接口、电池管理系统通信接口、急停按钮接口、电池充电接口、电机驱动器供电接口。

5.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，还包括：电源冗余备份电路，所述电源冗余备份电路包括：第一供电电路和第二供电电路，

所述第一供电电路用于作为直流电源供电，

所述第二供电电路用于作为电池供电。

6.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，还包括：电池管理系统，所述电池管理系统通过485通信接口与所述中央处理器通讯，用于监控电池的充放电状态。

7.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于，还包括：网络通信接口，用于通过网线连接后接入局域网。

8.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的电源控制器，所述电源控制器，用于通过电机驱动器供电接口对于所述机器人左腿、右腿、左胳膊、右胳膊、腰部、头部供电。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，还包括：开关按钮，用于控制机器人的上电、停止或者关机。

10.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，还包括：制动按钮，用于切断机器人的动力驱动电源。