一種移動機器人電源管理系統及方法與流程

文檔序號：12373228閱讀：1003來源：國知局

本發明屬于移動機器人技術領域，具體涉及一種移動機器人電源管理系統及方法的設計。

背景技術：

隨著機器人技術的日益發展，機器人的應用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領域。移動機器人是機器人學中的一個重要分支，按結構分，一般可分為輪式、腿足式、履帶式、吸盤式以及復合式機器人。其中，輪式移動機器人由于其控制簡單，運動穩定和能源利用率高等特點應用較為廣泛。

現有的移動機器人中，缺少一個系統的電源管理板。在充電模式時，移動機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對電源造成損壞；在放電模式時，移動機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的管理保護措施，可能由于過流或者溫度過高等原因對機器人的其余部件造成損壞。

此外，現有的移動機器人一般采用單一電源為整個機器人的動力機構以及控制系統供電，當電源出現故障或者電量不足時，不僅會導致機器人的動力機構停止工作，機器人停止運動，還會導致機器人的控制系統停止工作，進而導致整個機器人徹底癱瘓，無法響應用戶發出的各種指令，對移動機器人的控制和管理造成了極大的不便。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有的移動機器人缺少電源管理系統的問題，提出了一種移動機器人電源管理系統及方法。

本發明的技術方案為：一種移動機器人電源管理系統，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、微動開關模塊通信連接，充電控制模塊還分別與充電站、移動機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器人的主電池、備用電池、控制系統、動力機構電連接。

優選地，充電控制模塊包括兩個BUCK電路，用于采集移動機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。

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

優選地，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器人主電池和備用電池溫度。

優選地，RS422總線通信模塊通過RS422總線與上位機通信連接，用于向上位機發送當前電源管理系統的狀態，并接受上位機向電源管理系統發送的指令。

優選地，無線通信模塊用于與其他機器人或充電站進行通信。

優選地，微動開關模塊包括三個微動開關，用于檢測電源管理系統與充電站的對接情況。

本發明還公開了一種移動機器人電源管理方法，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，若是則進入步驟S2，否則移動機器人正常工作；

S2、移動機器人到達充電站附近，電源管理系統與充電站對接，報告上位機并開始充電；

S3、充電控制模塊判斷是否達到充電并行保護指標，若是則停止充電并進行相應處理，否則進入步驟S4；

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

S5、結束充電，并報告上位機充電結束，移動機器人駛離充電站；

放電模式管理方法包括以下步驟：

T1、電源管理系統接收到上位機發出的放電指令，開始放電；

T2、放電控制模塊判斷是否達到放電并行保護指標，若是則停止放電并進行相應處理，否則進入步驟T3；

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

T4、放電控制模塊開啟主電池輸出開關，關閉備用電池輸出開關，由主電池為移動機器人的控制系統和動力機構供電；

T5、放電控制模塊開啟備用電池輸出開關，關閉主電池輸出開關，由備用電池為移動機器人的控制系統供電。

進一步地，步驟S3中的充電并行保護指標包括：

(1)過流保護指標：檢測移動機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行過流處理；

(2)過壓保護指標：檢測移動機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行過壓處理；

(3)超時保護指標：檢測移動機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行充電時間超限處理；

(4)溫度保護指標：檢測移動機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行溫度超限處理。

進一步地，步驟T2中的放電并行保護指標包括：

(1)過流保護指標：檢測移動機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行過流處理；

(2)溫度保護指標：檢測移動機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行溫度超限處理。

本發明的有益效果是：

(1)本發明在充電站與移動機器人的電源之間設置了充電控制模塊，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模式，從而有效地保護了移動機器人的電源。

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

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

附圖說明

圖1為本發明提供的一種移動機器人電源管理系統結構框圖。

圖2為本發明提供的一種移動機器人電源管理方法的充電模式管理方法流程圖。

圖3為本發明提供的一種移動機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

下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的說明。

本發明提供了一種移動機器人電源管理系統，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、微動開關模塊通信連接，充電控制模塊還分別與充電站、移動機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器人的主電池、備用電池、控制系統、動力機構電連接。

其中，主控模塊由STM32F103芯片及其外圍電路構成，其具體電路結構為本領域的公知常識，在此不再贅述。

充電控制模塊包括兩個BUCK電路，其中一個BUCK電路與移動機器人的主電池對應連接，另一個BUCK電路與移動機器人的備用電池對應電連接，從而形成BUCK主拓撲結構。BUCK電路的具體結構為本領域的公知常識，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，并控制移動機器人主電池和備用電池的輸出開關，即當主電池狀態正常時開啟主電池輸出開關，關閉備用電池輸出開關，由主電池為移動機器人的控制系統和動力機構供電；當主電池出現故障或電量過低時開啟備用電池輸出開關，關閉主電池輸出開關，由備用電池為移動機器人的控制系統供電，這樣能夠保證對控制系統的供電不間斷。

溫度檢測模塊由TMP432芯片及其外圍電路構成，其具體電路結構為本領域的公知常識，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高速總線與上位機通信連接，用于向上位機發送當前電源管理系統的狀態，并接受上位機向電源管理系統發送的指令。

無線通信模塊為低速通信模塊，用于與其他機器人或充電站進行通信。

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

本發明還提供了一種移動機器人電源管理方法，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，若是則進入步驟S2，否則移動機器人正常工作。

S2、移動機器人到達充電站附近，電源管理系統與充電站對接，報告上位機并開始充電。

S3、充電控制模塊判斷是否達到充電并行保護指標，若是則停止充電并進行相應處理，否則進入步驟S4。

其中充電并行保護指標包括：

(1)過流保護指標：檢測移動機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行過流處理；

(2)過壓保護指標：檢測移動機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行過壓處理；