本發(fā)明屬于移動機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移動機(jī)器人電源管理系統(tǒng)及方法的設(shè)計。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人技術(shù)的日益發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。移動機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個重要分支，按結(jié)構(gòu)分，一般可分為輪式、腿足式、履帶式、吸盤式以及復(fù)合式機(jī)器人。其中，輪式移動機(jī)器人由于其控制簡單，運動穩(wěn)定和能源利用率高等特點應(yīng)用較為廣泛。

現(xiàn)有的移動機(jī)器人中，缺少一個系統(tǒng)的電源管理板。在充電模式時，移動機(jī)器人的電源直接與充電站連接充電，很可能由于過流、過壓、溫度過高或者充電超時等原因?qū)﹄娫丛斐蓳p壞；在放電模式時，移動機(jī)器人的電源直接與其余部件連接供電，在供電過程中沒有相應(yīng)的管理保護(hù)措施，可能由于過流或者溫度過高等原因?qū)C(jī)器人的其余部件造成損壞。

此外，現(xiàn)有的移動機(jī)器人一般采用單一電源為整個機(jī)器人的動力機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)供電，當(dāng)電源出現(xiàn)故障或者電量不足時，不僅會導(dǎo)致機(jī)器人的動力機(jī)構(gòu)停止工作，機(jī)器人停止運動，還會導(dǎo)致機(jī)器人的控制系統(tǒng)停止工作，進(jìn)而導(dǎo)致整個機(jī)器人徹底癱瘓，無法響應(yīng)用戶發(fā)出的各種指令，對移動機(jī)器人的控制和管理造成了極大的不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的移動機(jī)器人缺少電源管理系統(tǒng)的問題，提出了一種移動機(jī)器人電源管理系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種移動機(jī)器人電源管理系統(tǒng)，包括主控模塊、充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測模塊、RS422總線通信模塊、無線通信模塊以及微動開關(guān)模塊；主控模塊分別與充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測模塊、RS422總線通信模塊、無線通信模塊、微動開關(guān)模塊通信連接，充電控制模塊還分別與充電站、移動機(jī)器人的主電池和備用電池電連接，放電控制模塊還分別與移動機(jī)器人的主電池、備用電池、控制系統(tǒng)、動力機(jī)構(gòu)電連接。

優(yōu)選地，充電控制模塊包括兩個BUCK電路，用于采集移動機(jī)器人主電池和備用電池的電壓及電流信息，并控制充電電流。

優(yōu)選地，放電控制模塊用于檢測放電電流，并控制移動機(jī)器人主電池和備用電池的輸出開關(guān)。

優(yōu)選地，溫度檢測模塊采用TMP432芯片，用于檢測兩個BUCK電路中的電感溫度以及移動機(jī)器人主電池和備用電池溫度。

優(yōu)選地，RS422總線通信模塊通過RS422總線與上位機(jī)通信連接，用于向上位機(jī)發(fā)送當(dāng)前電源管理系統(tǒng)的狀態(tài)，并接受上位機(jī)向電源管理系統(tǒng)發(fā)送的指令。

優(yōu)選地，無線通信模塊用于與其他機(jī)器人或充電站進(jìn)行通信。

優(yōu)選地，微動開關(guān)模塊包括三個微動開關(guān)，用于檢測電源管理系統(tǒng)與充電站的對接情況。

本發(fā)明還公開了一種移動機(jī)器人電源管理方法，包括充電模式管理方法和放電模式管理方法；

充電模式管理方法包括以下步驟：

S1、充電控制模塊檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電量，判斷其是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S2，否則移動機(jī)器人正常工作；

S2、移動機(jī)器人到達(dá)充電站附近，電源管理系統(tǒng)與充電站對接，報告上位機(jī)并開始充電；

S3、充電控制模塊判斷是否達(dá)到充電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止充電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟S4；

S4、充電控制模塊判斷移動機(jī)器人主電池和備用電池的電量是否達(dá)到滿電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S5，否則繼續(xù)充電，返回步驟S3；

S5、結(jié)束充電，并報告上位機(jī)充電結(jié)束，移動機(jī)器人駛離充電站；

放電模式管理方法包括以下步驟：

T1、電源管理系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)出的放電指令，開始放電；

T2、放電控制模塊判斷是否達(dá)到放電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止放電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟T3；

T3、放電控制模塊判斷主電池電量是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟T5，否則進(jìn)入步驟T4；

T4、放電控制模塊開啟主電池輸出開關(guān)，關(guān)閉備用電池輸出開關(guān)，由主電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)和動力機(jī)構(gòu)供電；

T5、放電控制模塊開啟備用電池輸出開關(guān)，關(guān)閉主電池輸出開關(guān)，由備用電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電。

進(jìn)一步地，步驟S3中的充電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過流保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過充電電流閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行過流處理；

(2)過壓保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電壓是否超過充電電壓閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行過壓處理；

(3)超時保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的充電時間是否超過時間閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行充電時間超限處理；

(4)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過溫度閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行溫度超限處理。

進(jìn)一步地，步驟T2中的放電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過流保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過放電電流閾值，若超過則停止放電并進(jìn)行過流處理；

(2)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過溫度閾值，若超過則停止放電并進(jìn)行溫度超限處理。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明在充電站與移動機(jī)器人的電源之間設(shè)置了充電控制模塊，加上溫度檢測模塊的輔助，能夠在移動機(jī)器人的電源充電過程中形成過流、過壓、超時以及溫度四個并行的保護(hù)模式，從而有效地保護(hù)了移動機(jī)器人的電源。

(2)本發(fā)明在移動機(jī)器人的電源與控制系統(tǒng)以及動力機(jī)構(gòu)之間設(shè)置了放電控制模塊，加上溫度檢測模塊的輔助，能夠在移動機(jī)器人的電源放電過程中形成過流和溫度兩個并行的保護(hù)模式，從而有效地保護(hù)了移動機(jī)器人的電源、控制系統(tǒng)以及動力機(jī)構(gòu)。

(3)本發(fā)明由放電控制模塊控制移動機(jī)器人主電池和備用電池的輸出開關(guān)，當(dāng)主電池出現(xiàn)故障或電量過低時能夠及時跳轉(zhuǎn)至備用電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電，保證對控制系統(tǒng)的供電不間斷，從而使移動機(jī)器人能夠始終對用戶的指令作出及時的響應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種移動機(jī)器人電源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明提供的一種移動機(jī)器人電源管理方法的充電模式管理方法流程圖。

圖3為本發(fā)明提供的一種移動機(jī)器人電源管理方法的放電模式管理方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明提供了一種移動機(jī)器人電源管理系統(tǒng)，如圖1所示，包括主控模塊、充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測模塊、RS422總線通信模塊、無線通信模塊以及微動開關(guān)模塊；主控模塊分別與充電控制模塊、放電控制模塊、溫度檢測模塊、RS422總線通信模塊、無線通信模塊、微動開關(guān)模塊通信連接，充電控制模塊還分別與充電站、移動機(jī)器人的主電池和備用電池電連接，放電控制模塊還分別與移動機(jī)器人的主電池、備用電池、控制系統(tǒng)、動力機(jī)構(gòu)電連接。

其中，主控模塊由STM32F103芯片及其外圍電路構(gòu)成，其具體電路結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的公知常識，在此不再贅述。

充電控制模塊包括兩個BUCK電路，其中一個BUCK電路與移動機(jī)器人的主電池對應(yīng)連接，另一個BUCK電路與移動機(jī)器人的備用電池對應(yīng)電連接，從而形成BUCK主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BUCK電路的具體結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的公知常識，在此不再贅述。充電控制模塊用于采集移動機(jī)器人主電池和備用電池的電壓及電流信息，并控制充電電流。

放電控制模塊用于檢測放電電流，并控制移動機(jī)器人主電池和備用電池的輸出開關(guān)，即當(dāng)主電池狀態(tài)正常時開啟主電池輸出開關(guān)，關(guān)閉備用電池輸出開關(guān)，由主電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)和動力機(jī)構(gòu)供電；當(dāng)主電池出現(xiàn)故障或電量過低時開啟備用電池輸出開關(guān)，關(guān)閉主電池輸出開關(guān)，由備用電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電，這樣能夠保證對控制系統(tǒng)的供電不間斷。

溫度檢測模塊由TMP432芯片及其外圍電路構(gòu)成，其具體電路結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的公知常識，在此不再贅述。溫度檢測模塊用于檢測充電控制模塊中兩個BUCK電路中的電感溫度以及移動機(jī)器人主電池和備用電池溫度。

RS422總線通信模塊通過RS422高速總線與上位機(jī)通信連接，用于向上位機(jī)發(fā)送當(dāng)前電源管理系統(tǒng)的狀態(tài)，并接受上位機(jī)向電源管理系統(tǒng)發(fā)送的指令。

無線通信模塊為低速通信模塊，用于與其他機(jī)器人或充電站進(jìn)行通信。

微動開關(guān)模塊包括三個微動開關(guān)，用于檢測電源管理系統(tǒng)與充電站的對接情況，例如電源管理系統(tǒng)與充電站是否接通，移動機(jī)器人與充電站在位置上是否對齊等。

本發(fā)明還提供了一種移動機(jī)器人電源管理方法，包括充電模式管理方法和放電模式管理方法。

如圖2所示，充電模式管理方法包括以下步驟：

S1、充電控制模塊檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電量，判斷其是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S2，否則移動機(jī)器人正常工作。

S2、移動機(jī)器人到達(dá)充電站附近，電源管理系統(tǒng)與充電站對接，報告上位機(jī)并開始充電。

S3、充電控制模塊判斷是否達(dá)到充電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止充電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟S4。

其中充電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過流保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過充電電流閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行過流處理；

(2)過壓保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電壓是否超過充電電壓閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行過壓處理；

(3)超時保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的充電時間是否超過時間閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行充電時間超限處理；

(4)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過溫度閾值，若超過則停止充電并進(jìn)行溫度超限處理。

由于四個充電保護(hù)指標(biāo)為并行指標(biāo)，因此當(dāng)任意一個指標(biāo)達(dá)到后都會立刻停止充電并進(jìn)行相應(yīng)處理。

S4、充電控制模塊判斷移動機(jī)器人主電池和備用電池的電量是否達(dá)到滿電量閾值，若是則進(jìn)入步驟S5，否則繼續(xù)充電，返回步驟S3。

S5、結(jié)束充電，并報告上位機(jī)充電結(jié)束，移動機(jī)器人駛離充電站；

如圖3所示，放電模式管理方法包括以下步驟：

T1、電源管理系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)出的放電指令，開始放電。

T2、放電控制模塊判斷是否達(dá)到放電并行保護(hù)指標(biāo)，若是則停止放電并進(jìn)行相應(yīng)處理，否則進(jìn)入步驟T3。

其中放電并行保護(hù)指標(biāo)包括：

(1)過流保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的電流是否超過放電電流閾值，若超過則停止放電并進(jìn)行過流處理；

(2)溫度保護(hù)指標(biāo)：檢測移動機(jī)器人主電池和備用電池的溫度是否超過溫度閾值，若超過則停止放電并進(jìn)行溫度超限處理。

由于兩個放電保護(hù)指標(biāo)為并行指標(biāo)，因此當(dāng)任意一個指標(biāo)達(dá)到后都會立刻停止放電并進(jìn)行相應(yīng)處理。

T3、放電控制模塊判斷主電池電量是否低于低電量閾值，若是則進(jìn)入步驟T5，否則進(jìn)入步驟T4。

T4、放電控制模塊開啟主電池輸出開關(guān)，關(guān)閉備用電池輸出開關(guān)，由主電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)和動力機(jī)構(gòu)供電。

T5、放電控制模塊開啟備用電池輸出開關(guān)，關(guān)閉主電池輸出開關(guān)，由備用電池為移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)供電。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。