CN208836001U - 用于机器人的电源板以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于机器人的电源板以及机器人，该电源板可以对各个用电模块分配合理且独立的工作电压，并且包括，电压调节模块、控制模块、CAN总线收发控制模块以及多个电压输出模块；所述电压调节模块与外部电源电连接；所述电压输出模块中的每一个包括光耦隔离单元和电源保护单元，所述电源保护单元与所述外部电源电连接；所述光耦隔离单元中的每一个串联连接在所述控制模块与每一个电源保护单元之间，以将所述控制模块与电源保护单元之间的处理信号进行光耦隔离。本申请的用于机器人的电源板，通过对各个用电模块分配合理且独立的工作电压，提高了供电稳定性以及可扩展性。

Description

用于机器人的电源板以及机器人

技术领域

本申请涉及一种电路板的改进，特别的，涉及一种用于机器人的电源板，此外，本申请还涉及一种具有该种电源板的机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

随着机器人在各个领域越来越普及，对于其功能需求也越来越广泛，随之机器人上的各种机械和电子器件也越来越多，这就给对机器人的供电系统提出了更高的要求。

现有的机器人供电电源通常是24V直流电源(电池)，直流电源经过电源板进行电压分配和减压操作后，经由不同的线路分配给不同的装置，例如，驱动电机、控制器和总线以及总线上的元器件。然而现有的机器人电源板中的电压分配和控制电路以及电压保护电路不够完善，分配不合理，导致机器人电源板的安全性和可扩展性不高。

公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种用于机器人的电源板，以对各个用电模块分配合理且独立的工作电压。

为了解决上述问题，本申请涉及一种用于机器人的电源板，其包括，电压调节模块、控制模块、CAN总线收发控制模块以及多个电压输出模块；

所述电压调节模块与外部电源电连接，以将外部电源的电压进行降压，并且将经降压的第一分支电压供应至所述控制模块，以及将经降压的第二分支电压供应至所述CAN总线收发控制模块；

所述电压输出模块中的每一个包括光耦隔离单元和电源保护单元，所述电源保护单元与所述外部电源电连接，以对从所述外部电源输入的电压进行过压保护处理和欠压保护处理，并且将处理过的电压进行输出；所述光耦隔离单元中的每一个串联连接在所述控制模块与每一个电源保护单元之间，以将所述控制模块与电源保护单元之间的处理信号进行光耦隔离。

进一步的，所述电压调节模块可以包括：降压单元、第一电压隔离单元和第二电压隔离单元；所述降压单元与所述外部电源电连接，以将外部电源的电压降压至5V直流电压；所述第一电压隔离单元串联连接在所述降压单元与所述控制模块之间，以将来自所述降压单元的5V直流电压进行隔离，并且将经隔离的5V电压供应至所述控制模块；所述第二电压隔离单元串联连接在所述降压单元与所述CAN总线收发控制模块之间，以将来自所述降压单元的5V 直流电压进行隔离并且将经隔离的5V直流电压降压至3.3V，并且将经隔离的且降压的3.3V电压供应至所述CAN总线收发控制模块。

进一步的，所述电压调节模块还可以包括：稳压单元，该稳压单元设置在所述第一电压隔离单元与控制模块之间，以将所述隔离的5V电压降压至3.3V 直流电压，并且将降压后的3.3V直流电压供应至所述控制模块。

进一步的，所述控制模块可以包括型号为STM32F103的MCU；所述第一电压隔离单元包括型号为B0505S-2WR2的芯片；所述第二电压隔离单元包括型号为B0505S-2WR1的芯片；所述稳压单元包括型号为AMS1117-3.3的低压差线性稳压芯片。

进一步的，所述降压单元可以包括型号为MP1591的芯片，以将24V的外部直流电源的电压转换为5V直流电源。

进一步的，在所述电压调节模块与所述CAN总线收发控制模块之间可以串联连接有数据隔离模块，该数据隔离模块将CAN总线的外部电气接口与 CAN总线收发控制模块的数据控制接口进行隔离。

更进一步的，所述数据隔离模块可以包括型号为ADuM1201的双通道数据隔离芯片。

进一步的，所述电源保护单元可以包括型号为LTC4364的电源保护控制器芯片。

进一步的，所述电源保护控制器芯片的HGATE管脚与第一NMOS管的栅极电连接，所述第一NMOS管的漏极与所述外部电源电连接，所述电源保护控制器芯片的DGATE管脚与第二NMOS管的栅极电连接，所述第二NMOS 管的源极与所述第一NMOS管的源极电连接，第二NMOS管的漏极与所述电源保护控制器芯片的SENSE管脚电连接，以形成防反插电路。

此外，本申请还涉及一种机器人，包括本体以及设置在所述本体下部的底盘，所述底盘包括24V的直流电源以及与该直流电源电连接的电源板，其中，所述电源板可以包括上面所描述的电源板。

本申请的有益效果是：本申请的用于机器人的电源板，通过对各个用电模块分配合理且独立的工作电压，提高了供电稳定性以及可扩展性。此外，还实现了电池接口的防反插保护设计的功能电路，以及为对电池充电的大电流供电电源保护电路，从而保证了电源板的大功率电路和小电流控制电路的独自安全工作。

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是根据本申请实施例的用于机器人的电源板的方框图；

图2是根据本申请实施例的用于机器人的电源板的结构框图；

图3是根据本申请实施例的电源板中的电压调节模块的电路原理图；

图4是根据本申请实施例的电源板中的CAN总线收发控制模块和数据隔离模块的电路原理图；

图5是根据本申请实施例的电源板中的电压输出模块的电路原理图。

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。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“配置为”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。其中，图1 是根据本申请实施例的用于机器人的电源板的方框图；图2是根据本申请实施例的用于机器人的电源板的结构方框图；图3是根据本申请实施例的电源板中的电压调节模块的电路原理图；图4是根据本申请实施例的电源板中的CAN 总线收发控制模块和数据隔离模块的电路原理图；图5是根据本申请实施例的电源板中的电压输出模块的电路原理图。

如图1和图2所示，本申请的用于机器人的电源板，包括，电压调节模块 1、控制模块2、CAN总线收发控制模块3以及四个电压输出模块4。

所述电压调节模块1与外部电源电连接，以将外部电源的电压进行降压，并且将经降压的第一分支电压供应至所述控制模块2，以及将经降压的第二分支电压供应至所述CAN总线收发控制模块3。

所述控制模块2包括控制器，该控制器采用ST意法半导体的ARM CORTEX-M3内核的STM32F103系列的MCU，自身需要3.3V供电，外接CY2 8M晶体和CY1 32.768K的RTC(实时时钟)晶体，该MCU的BOOT0引脚下拉表示从内部FLASH(闪存)启动，复位为内部POR复位(上电复位)方式。该MCU的功能实现了对电源板的：(1)模拟量ADC采集，包括电池电压和充电电源电压，以及相应电流等；(2)通信接口，包括CAN总线的通信，红外信号的接收，调试串口和SWD调试接口的通信；(3)GPIO(通用输入/ 输出)的开关量信号的状态输入和控制输出，包括系统总电源开关状态输入，调试LED灯的输出亮灭，蜂鸣器的通断，电源保护芯片的开关控制和故障信号状态接收。

所述电压调节模块1包括：降压单元11、第一电压隔离单元12和第二电压隔离单元13和稳压电源14。所述降压单元11与所述24V直流外部电源(例如电池)电连接，以将外部电源的电压降压至5V直流电压。所述第一电压隔离单元12和稳压单元14依次串联连接在所述降压单元11与所述控制模块2 之间，以将来自所述降压单元的5V直流电压进行隔离，并且将5V直流电压进行隔离并且将经隔离的5V直流电压降压至3.3V，最后将经隔离的且降压的3.3V电压供应至所述控制模块2。

此外，所述第二电压隔离单元13串联连接在所述降压单元与所述CAN 总线收发控制模块3之间。此外，在所述电压调节模块1与所述CAN总线收发控制模块3之间串联连接有数据隔离模块5，该数据隔离模块5将CAN总线的外部电气接口与CAN总线收发控制模块的数据控制接口进行隔离。

本申请的电源板中的电压调节模块的电路原理图如图3所示，本申请的电源板通过外部供电为24V锂电池供电，需要将通过降压单元包括型号为 MP1591的降压型DC-DC芯片(图3中的U2)将24V转为5V，其中，二极管D4和电容C13组成BOOST自举电路；电阻R15和电阻R21组成分压为 U2芯片的EN脚提供安全的使能电压。电容D10、电感L1和电容C15组成的BUCK电路(降压式变换电路)的充放电回路；电容C16、电阻R29和电容 C17为U2芯片提供稳定工作的补偿电路。

为保证电源板的大功率电路和小电流控制电路的独自安全工作，采用型号为MP1591的芯片(图3中的U3)的直流5V转5V的隔离电源模块，将两部分电路隔离(图3中为+5V隔离电源CC_ISO和+5V电源CC)。然后通过型号为B0505S-2WR2的低压差线性稳压(LDO)芯片(图3中的U4)将5V转为 3.3V给控制模块供电。另外，所述第二电压隔离单元包括型号为B0505S-2WR1 的芯片(图3中的U5)，将5V转为单独3.3V隔离电源，用于给CAN总线收发模块供电，以便将CAN总线接口与系统隔离。

如图4所示，所述CAN总线收发控制模块(图中的U7)为TI公司的 VP230CAN总线收发器，该CAN总线收发器通过ADI公司的ADuM1201(图中的U6)双通道数据隔离芯片将CAN总线外部电气接口与内部控制接口隔离，电源采用上文提到的电源隔离模块实现。也就是说，在所述电压调节模块与所述CAN总线收发控制模块之间串联连接有数据隔离模块，该数据隔离模块将 CAN总线的外部电气接口与CAN总线收发控制模块的数据控制接口进行隔离。

继续参见图1、图2和图5，所述电压输出模块中的每一个包括光耦隔离单元和电源保护单元，所述电源保护单元与所述外部电源电连接，以对从所述外部电源输入的电压进行过压保护处理和欠压保护处理，并且将处理过的电压进行输出；所述光耦隔离单元中的每一个串联连接在所述控制模块与每一个电源保护单元之间，以将所述控制模块与电源保护单元之间的处理信号进行光耦隔离。

所述电源保护单元包括型号为LTC4364的电源保护控制器芯片(图5 中的U8)，该电源保护控制器芯片的HGATE管脚与第一NMOS管(图5中的Q4)的栅极(G极)电连接，所述第一NMOS管的漏极(D极)与所述外部电源电连接，所述电源保护控制器芯片的DGATE管脚与第二NMOS管(图 5中的Q5)的栅极电连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极(S极)电连接，第二NMOS管的漏极与所述电源保护控制器芯片的SENSE 管脚电连接，以形成防反插电路该部分电路为对电池充电的大电流供电电源保护电路。进一步的，图5中的电阻R36、电阻R45和电阻R48组成分压电路，为U8的10脚欠压和11脚过压提供比较电压，以实现输入的过压和欠压保护。 U8的6脚和4脚分别控制相应的两个NMOS管(Q4和Q5)，实现电源供电电流的通断和防反插。电阻R38和R46为控制器提供输入电压的欠压保护电路；电阻R34为U8的2脚提供过流的比较电压比较值。图5中的部件ISO1、部件ISO2和部件ISO3为隔离光耦，实现反插信号、控制器开关和电源故障信号等与MCU的电气隔离。此部分电路在所述电源板中还有相似的三路，分别对整机系统的电机系统、底盘系统和上位机系统的供电保护管理。

此外，本申请还涉及一种机器人(图中未示出)，包括本体以及设置在所述本体下部的底盘，所述底盘包括24V的直流电源以及与该直流电源电连接的上面所描述的电源板。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型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，本实用新型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，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机器人的电源板，其特征在于，包括，电压调节模块、控制模块、CAN总线收发控制模块以及多个电压输出模块；

所述电压调节模块与外部电源电连接，以将外部电源的电压进行降压，并且将经降压的第一分支电压供应至所述控制模块，以及将经降压的第二分支电压供应至所述CAN总线收发控制模块；

所述电压输出模块中的每一个包括光耦隔离单元和电源保护单元，所述电源保护单元与所述外部电源电连接，以对从所述外部电源输入的电压进行过压保护处理和欠压保护处理，并且将处理过的电压进行输出；所述光耦隔离单元中的每一个串联连接在所述控制模块与每一个电源保护单元之间，以将所述控制模块与电源保护单元之间的处理信号进行光耦隔离。

2.根据权利要求1所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述电压调节模块包括：降压单元、第一电压隔离单元和第二电压隔离单元；

所述降压单元与所述外部电源电连接，以将外部电源的电压降压至5V直流电压；

所述第一电压隔离单元串联连接在所述降压单元与所述控制模块之间，以将来自所述降压单元的5V直流电压进行隔离，并且将经隔离的5V电压供应至所述控制模块；

所述第二电压隔离单元串联连接在所述降压单元与所述CAN总线收发控制模块之间，以将来自所述降压单元的5V直流电压进行隔离并且将经隔离的5V直流电压降压至3.3V，并且将经隔离的且降压的3.3V电压供应至所述CAN总线收发控制模块。

3.根据权利要求2所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述电压调节模块还包括：稳压单元，该稳压单元设置在所述第一电压隔离单元与控制模块之间，以将所述隔离的5V电压降压至3.3V直流电压，并且将降压后的3.3V直流电压供应至所述控制模块。

4.根据权利要求3所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述控制模块包括型号为STM32F103的MCU；所述第一电压隔离单元包括型号为B0505S-2WR2的芯片；所述第二电压隔离单元包括型号为B0505S-2WR1的芯片；所述稳压单元包括型号为AMS1117-3.3的低压差线性稳压芯片。

5.根据权利要求2所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述降压单元包括型号为MP1591的芯片，以将24V的外部直流电源的电压转换为5V直流电源。

6.根据权利要求2所述的用于机器人的电源板，其特征在于，在所述电压调节模块与所述CAN总线收发控制模块之间串联连接有数据隔离模块，该数据隔离模块将CAN总线的外部电气接口与CAN总线收发控制模块的数据控制接口进行隔离。

7.根据权利要求6所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述数据隔离模块包括型号为ADuM1201的双通道数据隔离芯片。

8.根据权利要求2所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述电源保护单元包括型号为LTC4364的电源保护控制器芯片。

9.根据权利要求2所述的用于机器人的电源板，其特征在于，所述电源保护控制器芯片的HGATE管脚与第一NMOS管的栅极电连接，所述第一NMOS管的漏极与所述外部电源电连接，所述电源保护控制器芯片的DGATE管脚与第二NMOS管的栅极电连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极电连接，第二NMOS管的漏极与所述电源保护控制器芯片的SENSE管脚电连接，以形成防反插电路。

10.一种机器人，包括本体以及设置在所述本体下部的底盘，所述底盘包括24V的直流电源以及与该直流电源电连接的电源板，其特征在于，所述电源板包括权利要求1至9中任意一项所述的电源板。