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一种巡检 机器人电源管理系统

阅读：398发布：2024-01-10

专利汇可以提供一种巡检机器人电源管理系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种巡检机器人电源管理系统，包括电压转换模块、主控模块、电池电压电流监测模块、继电器控制模块、通信模块、电源启动控制模块。所述电压转测模块将电池电压转换为其他各模块供电电压，提供电力；所述电池电压电流监测模块实时监测锂电池电压和电流，保证锂电池安全，并给主控模块提供电压电流信号；所述主控模块接收电池电压电流监测模块检测到的信号，对信号进行处理并提供继电器控制模块控制信号；所述继电器控制模块用来控制充电和放电继电器的通断状态；所述通信模块实现电源管理系统通信功能；所述电源启动控制模块实现了电源开关瞬时接通、延时断开的功能，有效避免由于误碰电源开关造成的机器人停机。，下面是一种巡检机器人电源管理系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种巡检机器人电源管理系统，其特征在于，包括电压转换模块、主控模块、电池电压电流监测模块、继电器控制模块、通信模块以及电源启动控制模块，其中：
所述电压转换模块将电池电压转换为其他各模块供电电压，为其他各模块提供电力；
所述电池电压电流监测模块实时监测锂电池工作电压和电流；所述主控模块接收电池电压电流监测模块检测到的信号，对信号进行处理并将处理后的信号提供给继电器控制模块；
所述继电器控制模块根据处理后的信号控制充电和放电继电器的通断状态；所述通信模块将监测的锂电池工作电压和电流传递给外部系统；所述电源启动控制模块用于瞬时接通、延时断开电源开关。
2.根据权利要求1所述的巡检机器人电源管理系统，其特征在于，所述主控模块采用MSP430F5438A[U1]芯片作为主控芯片。
3.根据权利要求1所述的巡检机器人电源管理系统，其特征在于，所述继电器控制模块包括芯片ULN2003LV[U2]、第一固态继电器两芯插头[J2]、第二固态继电器两芯插头[J3]、第三固态继电器两芯插头[J4]、第一电阻[R11]、第二电阻[R12]、第三电阻[R13]、第一二极管[D10]、第二二极管[D11]以及第三二极管[D12]，所述芯片ULN2003LV[U2]的第八引脚[GND]接地，所述芯片ULN2003LV[U2]的第十二引脚[OUT12]、第十三引脚[OUT13]、第十四引脚[OUT14]分别与第一电阻[R11]、第二电阻[R12]、第三电阻[R13]的一端连接，所述芯片ULN2003LV[U2]的第十二引脚[OUT12]、第十三引脚[OUT13]、第十四引脚[OUT14]同时分别与第一二极管[D10]、第二二极管[D11]、第三二极管[D12]的阳极连接，芯片ULN2003LV[U2]的其余各引脚悬空；所述第一电阻[R11]、第二电阻[R12]、第三电阻[R13]的另一端分别与所述的固态继电器两芯插头[J2]、[J3]、[J4]的第一引脚连接，所述第一二极管[D10]、第二二极管[D11]、第三二极管[D12]的阴极分别与所述的固态继电器两芯插头[J2]、[J3]、[J4]的2脚和电压转换模块提供的+5V电源连接，所述继电器控制模块通过芯片ULN2003LV[U2]的第一引脚[IN1、第二引脚[IN2]、第三引脚[IN3]与主控模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种巡检机器人电源管理系统，其特征在于，所述锂电池电压电流监测模块包括电压传感器HNV025A[U11]、电流传感器HDC040GS[U13]、运算发大器[U8]、第四电阻[R33]、第五电阻[R34]、第六电阻[R21]、第七电阻[R22]、第八电阻[R26]、第九电阻[R27]、第十电阻[R23]、第十一电阻[R25]、第十二电阻[R28]、第十三电阻[R30]，所述第四电阻[R33]一端与电压传感器HNV025A[U11]1脚[+VIN]连接，另一端与锂电池正极连接，电压传感器HNV025A[U11]2脚[-VIN]与锂电池负极连接，电压传感器HNV025A[U11]3脚[VOUT+]与第五电阻[R34]的一端连接，第五电阻[R34]的另一端接地，电压传感器HNV025A[U11]4脚[VCC+]与电压转换模块提供的+15V电源连接，电压传感器HNV025A[U11]4脚[VCC-]与电压转换模块提供的-15V电源连接；所述第十二电阻[R28]一端与电压传感器HNV025A[U11]3脚[VOUT+]连接，另一端与运算发大器[U8]的5脚[2IN+]以及第十三电阻[R30]的一端连接，第十三电阻[R30]的另一端接地，运算发大器[U8]的6脚[2IN-]分别与第十电阻[R23]、第十一电阻[R25]的一端连接，第十电阻[R23]的另一端与运算发大器[U8]7脚[2OUT]连接，第十一电阻[R25]的另一端接地，运算发大器[U8]第八引脚[VCC]与电压转换模块提供的+5V电源连接；所述电流传感器HDC040GS[U13]1脚[VCC]与电压转换模块提供的+5V电源连接，2脚[GND]接地，3脚[VOUT]与第八电阻[R26]的一端连接，第八电阻[R26]另一端分别与运算发大器[U8]3脚[1IN+]和第九电阻[R27]的一端连接，第九电阻[R27]的另一端接地，运算发大器[U8]2脚分别与第六电阻[R21]、第七电阻[R22]的一端连接，第七电阻[R22]的另一端接地，第六电阻[R21]的另一端与运算发大器[U8]的1脚[1OUT]连接，运算发大器[U8]4脚GND接地，所述锂电池电压电流监测模块通过运算发大器[U8]的7脚[2OUT]以及1脚[1OUT]与主控模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种巡检机器人电源管理系统，其特征在于，所述的电源启动控制模块包括电源转换模块HZD5W-24S05[U10]、第四二极管[D6]、第五二极管[D7]、第六二极管[D8]、第七二极管[D9]、PMOS管[Q1]，第一NPN三极管[Q2]、第二NPN三极管[Q3]、第十四电阻[R35]、第十五电阻[R36]、第十六电阻[R37]、第十七电阻[R38]、第十八电阻[R39]、第十九电阻[R40]、第二十电阻[R41]、第二十一电阻[R42]、第一电容[C27]、第二电容[C28]、第三电容[C25]、第四电容[C26]、第五电容[C30]、第六电容[C29]、第四固态继电器两芯插头[J12]，所述电源转换模块HZD5W-24S05[U10]的1脚[+Vin]分别与第六二极管[D8]的阴极、第一电容[C27]的正极、第二电容[C28]的一端以及电源正极连接，电源转换模块HZD5W-
24S05[U10]的2脚[-Vin]分别与第六二极管[D8]阳极、第一电容[C27]负极、第二电容[C28]另一端、电源负极连接，电源转换模块HZD5W-24S05[U10]的6脚[-Vout]分别与第三电容[C25]正极、第四电容[C26]的一端连接，电源转换模块HZD5W-24S05[U10]的4脚[-Vout]分别与第三电容[C25]的负极、第四电容[C26]的另一端连接并接地；所述第二十一电阻[R42]的一端与第四固态继电器两芯插头[J12]的1脚连接，另一端接地，第四固态继电器两芯插头[J12]的2脚与第七二极管[D9]的阴极、PMOS管[Q1]的漏极、第五二极管[D7]的阳极连接，第七二极管[D9]的阳极接地；所述电源转换模块HZD5W-24S05[U10]的6脚[-Vout]与急停开关的一端[JT1]连接，急停开关的另一端[JT2]分别与PMOS管[Q1]的源极、第十四电阻[R35的]一端、开关的一端KG1连接，PMOS管[Q1]的栅极分别与第十四电阻[R35]的另一端、第一NPN三极管[Q2]的集电极连接，开关的另一端KG2分别与第四二极管[D6]的阳极、第十六电阻[R37]的一端连接，第四二极管[D6]的阴极与第五二极管[D7]的阴极连接，第四二极管[D6]的阴极、第五二极管[D7]的阴极同时与第十五电阻[R36]的一端连接，第十五电阻[R36]的另一端分别与第一NPN三极管[Q2]的基极、第二NPN三极管[Q3]集电极、第二十电阻[R41]一端、第六电容[C29]一端连接，第二十电阻[R41]和第六电容[C29]的另一端接地，第一NPN三极管[Q2]的发射极分别与第二NPN三极管[Q3]发射极、第十九电阻[R40]的一端连接，第十九电阻[R40]的另一端接地，第十六电阻[R37]的另一端分别与第十七电阻[R38]一端、第十八电阻[R39]一端、第五电容[C30]一端连接，第十七电阻[R38]的另一端与第二NPN三极管[Q3]基极连接，第十八电阻[R39]另一端与第五电容[C30]另一端连接后接地。

说明书全文

一种巡检机器人电源管理系统

技术领域

[0001] 本发明属于电力技术领域下，具体涉及一种巡检机器人电源管理系统。

背景技术

[0002] 随着我国电力巡检的快熟的发展，各种巡检机器人被广泛使用，如何设计一种电源管理系统成为巡检机器人安全稳定运动的关键问题。

[0003] 目前巡检机器人电源管理系统存在以下缺陷：1、机器人充电没有实现控制，采用直充的方式，即充电装置触头接触就开始充电，这样会造成在充电装置触头接触时造成电火花，不仅造成安全隐患同时电火花会导致充电触头氧化，降低了触头的使用寿命；2、没有对电池的工作状态进行检测，机器人在运行状态下不能获取电池的工作状态；3、工作人员在于机器人接触时很容易碰触到机器人电源开关，目前设计的机器人电源开关电路没有实现电源开关的延时关断功能，会造成机器人在工作状态下停机的问题。

[0004] 总之，现有技术中的机器人电源管理系统不能满足现实中对机器人工作安全稳定性等多方面要求。

发明内容

[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种巡检机器人电源管理系统，该系统能够自主判断机器人锂电池工作状态，完成自主充电，有效避免误碰电源开关造成的机器人停机。

[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种巡检机器人电源管理系统，包括电压转换模块、主控模块、电池电压电流监测模块、继电器控制模块、通信模块以及电源启动控制模块，其中：

[0007] 所述电压转换模块将电池电压转换为其他各模块供电电压，为其他各模块提供电力；所述电池电压电流监测模块实时监测锂电池工作电压和电流；所述主控模块接收电池电压电流监测模块检测到的信号，对信号进行处理并将处理后的信号提供给继电器控制模块；所述继电器控制模块根据处理后的信号控制充电和放电继电器的通断状态；所述通信模块将监测的锂电池工作电压和电流传递给外部系统；所述电源启动控制模块用于瞬时接通、延时断开电源开关。

[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点：1)继电器控制模块利用固态继电器开通和关断锂电池的放电和充电通路，可有效避免在充电装置触头和底座接触是会产生电火花的现象，保证安全同时提高了充电装置使用时间；2)锂电池电压电流监测模块可实时监测锂电池的工作状况，提供机器人自主充电信息，确保锂电池使用过程中的安全；3)电源启动控制模块实现了电源开关瞬时接通、延时断开的功能，避免工作人员误触电源开关断开机器人供电，保证机器人供电稳定性。

[0009] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

[0010] 图1为本发明一种巡检机器人电源管理系统的总体结构图。

[0011] 图2为本发明继电器控制模块结构图。

[0012] 图3为本发明锂电池电压电流监测模块结构图。

[0013] 图4为本发明电源启动控制模块结构图。

具体实施方式

[0014] 本发明的一种巡检机器人电源管理系统中继电器控制模块用来控制充电和放电继电器，实现机器人自主充电；锂电池电压电流监测模块实时监测锂电池工作电压和电流，保证锂电池工作安全；电源启动控制模块实现了电源开关瞬时接通、延时断开的功能，能够有效避免工作人员由于误碰电源开关造成的机器人停机。

[0015] 结合图1，本发明一种巡检机器人电源管理系统，包括电压转换模块、主控模块、电池电压电流监测模块、继电器控制模块、通信模块以及电源启动控制模块。

[0016] 所述电压转换模块将电池电压转换为其他各模块供电电压，为其他各模块提供电力；所述电池电压电流监测模块实时监测锂电池工作电压和电流，保证锂电池工作安全；所述主控模块接收电池电压电流监测模块检测到的信号，对信号进行处理并将处理后的信号提供给继电器控制模块；所述继电器控制模块根据处理后的信号控制充电和放电继电器的通断状态；所述通信模块将监测的锂电池工作电压和电流传递给外部系统；所述电源启动控制模块用于瞬时接通、延时断开电源开关，能够有效避免工作人员由于误碰电源开关造成的机器人停机。

[0017] 所述电池电压电流监测模块通过电压传感器和电流传感器获取电池工作时的电压和电流，并将获取的电压和电流信号传给主控制模块，在主控制模块中实时判断电池电压电流与预设值的大小，根据比较结果输出对应的控制信号，通过继电器控制模块实现对充电和放电继电器的通断控制。

[0018] 进一步的实施例中，所述主控模块采用MSP430F5438A[U1]芯片作为主控芯片。本发明中MSP430F5438A芯片作为核心，首先通过电池电压电流监测模块中的电压电流传感器实时监测电池的工作现状，机器人的电池电量需要时刻监测：在巡检过程中，以确保电池剩余电量能够保证机器人安全返回充电位置；充电过程中，确保电池不要过充。锂电池剩余电量与电池电压存在一定的对应关系，通过检测电池电压可获得电量信息。实时监测电池电流：监测供电电流，要求工作电流不超过设定最大输出电流，保证机器人和锂电池安全工作；监测充电电流，保证锂电池充电安全，同时用来判断充电回路是否接通。

[0019] 在完成了对锂电池电池电压和电流的检测后就可根据相关数据来控制固态继电器的接通，当检测到电池电压较低时，判断出电池电量偏低，机器人控制本身回到原点位置，此时充电装置触头和底座接触，随后打开充电的固态继电器，断开放电的固态继电器后，机器人开始充电；当检测到电池电量充满后，断开充电固态继电器，闭合放电的固态继电器，机器人就可开始巡检工作。采用固态继电器控制充电和放电通路的方式，可有效避免在充电装置触头和底座接触是会产生电火花的现象，保证安全同时提高了充电装置使用时间。

[0020] 巡检机器人上安装有电源开关和急停按钮，急停按钮在机器人出现故障时能够及时断开电源供电，保证机器人安全；电源开关用来接通和断开供电，为了防止工作人员误触断开机器人供电，要求电源开关具有瞬时接通、延时断开的功能。鉴于对电源开关功能要求设计了电源启动控制模块。

[0021] 结合图2所示，进一步的实施例中，所述继电器控制模块包括芯片ULN2003LVU2、第一固态继电器两芯插头J2、第二固态继电器两芯插头J3、第三固态继电器两芯插头J4、第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第一二极管D10、第二二极管D11以及第三二极管D12，所述芯片ULN2003LVU2的第八引脚GND接地，所述芯片ULN2003LVU2的第十二引脚OUT12、第十三引脚OUT13、第十四引脚OUT14分别与第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13的一端连接，所述芯片ULN2003LVU2的第十二引脚OUT12、第十三引脚OUT13、第十四引脚OUT14同时分别与第一二极管D10、第二二极管D11、第三二极管D12的阳极连接，芯片ULN2003LVU2的其余各引脚悬空；所述第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13的另一端分别与所述的固态继电器两芯插头J2、J3、J4的第一引脚连接，所述第一二极管D10、第二二极管D11、第三二极管D12的阴极分别与所述的固态继电器两芯插头J2、J3、J4的2脚和电压转换模块提供的+5V电源连接，所述继电器控制模块通过芯片ULN2003LVU2的第一引脚IN1、第二引脚IN2、第三引脚IN3与主控模块连接。

[0022] 结合图3所示，进一步的实施例中，所述锂电池电压电流监测模块包括电压传感器HNV025AU11、电流传感器HDC040GSU13、运算发大器U8、第四电阻R33、第五电阻R34、第六电阻R21、第七电阻R22、第八电阻R26、第九电阻R27、第十电阻R23、第十一电阻R25、第十二电阻R28、第十三电阻R30，所述第四电阻R33一端与电压传感器HNV025AU111脚+VIN连接，另一端与锂电池正极连接，电压传感器HNV025AU112脚-VIN与锂电池负极连接，电压传感器HNV025AU113脚VOUT+与第五电阻R34的一端连接，第五电阻R34的另一端接地，电压传感器HNV025AU114脚VCC+与电压转换模块提供的+15V电源连接，电压传感器HNV025AU114脚VCC-与电压转换模块提供的-15V电源连接；所述第十二电阻R28一端与电压传感器HNV025AU113脚VOUT+连接，另一端与运算发大器U8的5脚2IN+以及第十三电阻R30的一端连接，第十三电阻R30的另一端接地，运算发大器U8的6脚2IN-分别与第十电阻R23、第十一电阻R25的一端连接，第十电阻R23的另一端与运算发大器U87脚2OUT连接，第十一电阻R25的另一端接地，运算发大器U8第八引脚VCC与电压转换模块提供的+5V电源连接；所述电流传感器HDC040GSU131脚VCC与电压转换模块提供的+5V电源连接，2脚GND接地，3脚VOUT与第八电阻R26的一端连接，第八电阻R26另一端分别与运算发大器U83脚1IN+和第九电阻R27的一端连接，第九电阻R27的另一端接地，运算发大器U82脚分别与第六电阻R21、第七电阻R22的一端连接，第七电阻R22的另一端接地，第六电阻R21的另一端与运算发大器U8的1脚1OUT连接，运算发大器U84脚GND接地，所述锂电池电压电流监测模块通过运算发大器U8的7脚2OUT以及1脚1OUT与主控模块连接。

[0023] 结合图4所示，进一步的实施例中，所述的电源启动控制模块包括电源转换模块HZD5W-24S05U10、第四二极管D6、第五二极管D7、第六二极管D8、第七二极管D9、PMOS管Q1，第一NPN三极管Q2、第二NPN三极管Q3、第十四电阻R35、第十五电阻R36、第十六电阻R37、第十七电阻R38、第十八电阻R39、第十九电阻R40、第二十电阻R41、第二十一电阻R42、第一电容C27、第二电容C28、第三电容C25、第四电容C26、第五电容C30、第六电容C29、第四固态继电器两芯插头J12，所述电源转换模块HZD5W-24S05U10的1脚+Vin分别与第六二极管D8的阴极、第一电容C27的正极、第二电容C28的一端以及电源正极连接，电源转换模块HZD5W-24S05U10的2脚-Vin分别与第六二极管D8阳极、第一电容C27负极、第二电容C28另一端、电源负极连接，电源转换模块HZD5W-24S05U10的6脚-Vout分别与第三电容C25正极、第四电容C26的一端连接，电源转换模块HZD5W-24S05U10的4脚-Vout分别与第三电容C25的负极、第四电容C26的另一端连接并接地；所述第二十一电阻R42的一端与第四固态继电器两芯插头J12的1脚连接，另一端接地，第四固态继电器两芯插头J12的2脚与第七二极管D9的阴极、PMOS管Q1的漏极、第五二极管D7的阳极连接，第七二极管D9的阳极接地；所述电源转换模块HZD5W-24S05U10的6脚-Vout与急停开关的一端JT1连接，急停开关的另一端JT2分别与PMOS管Q1的源极、第十四电阻R35的一端、开关的一端KG1连接，PMOS管Q1的栅极分别与第十四电阻R35的另一端、第一NPN三极管Q2的集电极连接，开关的另一端KG2分别与第四二极管D6的阳极、第十六电阻R37的一端连接，第四二极管D6的阴极与第五二极管D7的阴极连接，第四二极管D6的阴极、第五二极管D7的阴极同时与第十五电阻R36的一端连接，第十五电阻R36的另一端分别与第一NPN三极管Q2的基极、第二NPN三极管Q3集电极、第二十电阻R41一端、第六电容C29一端连接，第二十电阻R41和第六电容C29的另一端接地，第一NPN三极管Q2的发射极分别与第二NPN三极管Q3发射极、第十九电阻R40的一端连接，第十九电阻R40的另一端接地，第十六电阻R37的另一端分别与第十七电阻R38一端、第十八电阻R39一端、第五电容C30一端连接，第十七电阻R38的另一端与第二NPN三极管Q3基极连接，第十八电阻R39另一端与第五电容C30另一端连接后接地。

[0024] 图3中，电源启动控制电路中电源由电池通过DC/DC电压转换模块直接得到，独立于机器人其他供电系统；电路中JT1和JT2间接急停按钮，KG1和KG2间接电源开关，模拟电路的输出VOUT用来控制电源继电器。Q1是型号为2SJ653的PMOS管，Q3和Q4是型号为9014的NPN三极管。该模拟电路在开机状态时工作电流很小，关机状态时几乎不耗电，适用于电池供电的机器人系统。

[0025] 急停按钮控制整个模拟电路的供电，从而控制电源继电器的关断，达到瞬时关断供电电路的功能。

[0026] 当急停按钮处于接通状态时，按下电源开关，电源同时给C29、C30充电，当C29两端电压高于Q2发射结导通电压时，Q2导通，随后Q1导通，VOUT输出高电压。此时Q3还不满足发射结导通条件，断开电源开关，电路维持Q2和Q1导通，Q3截止状态，VOUT持续输出高电压，电源继电器受控导通，供电电路接通；长按电源开关，电源对C30充电，当C30两端电压高于Q3发射结导通电压时，Q3导通，此时Q2发射结电压不满足导通要求，Q2截止，随后Q1截止，VOUT输出低电压，电源继电器失控断开，供电电路关断。

[0027] 本发明电源管理系统能够自主判断机器人锂电池工作状态，完成自主充电，有效避免误碰电源开关造成的机器人停机。

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