CN108008698B - 一种机器人系统及其开关机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，提供了一种机器人系统及其开关机控制装置；本发明中的开关机控制装置除了包括电源按键、电源控制模块、整机电源开关模块以及控制模块，还包括电子开关模块、外部传感模块、运动控制模块以及特定功能模块；由电源控制模块生成按键关机状态信号，控制模块根据按键关机状态信号保存机器人系统的运行参数后，电源控制模块根据电源按键的关机状态输出第二关机控制信号以控制整机电源开关模块关闭对控制模块的供电；所以能够使机器人系统再次开机时保持参数正常。

Description

一种机器人系统及其开关机控制装置

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种机器人系统及其开关机控制装置。

背景技术

对于目前日益智能化、复杂化的机器人系统，随着系统越来越复杂，在系统稳定性上通常面临着很大挑战。

在现有技术中，机器人系统仅包括按键、电源控制模块、整机电源开关模块以及系统功能模块，其中，系统功能模块包括控制模块，该控制模块用于控制机器人系统的各种操作。在需要控制机器人系统断电关机时，是通过接收与断电关机操作相关的按键指令，再由电源控制模块根据该按键指令生成关机控制信号，整机电源开关模块根据该关机控制信号控制外接直流电源断开，从而停止对系统功能模块供电。然而，对于机器人系统而言，由于其系统复杂，其运行时往往有很多重要的参数，在关机的时候是需要在完成对这些重要参数的存储后才能断电关机的，所以其不能直接断电关机，否则会导致再次开机时出现参数异常。

因此，现有技术因未对机器人系统的运行参数进行存储而直接断电关机，从而导致机器人系统在再次开机时出现参数异常的问题。

发明内容

本发明提供了一种机器人系统及其开关机控制装置，旨在解决现有技术因未对机器人系统的运行参数进行存储而直接断电关机，从而导致机器人系统在再次开机时出现参数异常的问题。

本发明是这样实现的，一种机器人系统的开关机控制装置，其包括电源按键、电源控制模块、整机电源开关模块以及控制模块；当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为开机状态时，所述电源控制模块输出开机控制信号使所述整机电源开关模块对所述控制模块的供电；当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为关机状态时，所述电源控制模块生成关机控制信号使所述整机电源开关模块停止对所述控制模块供电；所述机器人系统的开关机控制装置还包括：

当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为开机状态时，所述控制模块控制所述电子开关模块根据预设程序开启对所述外部传感模块、所述运动控制模块以及所述特定功能模块的供电；

当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为关机状态时，所述控制模块根据按键关机状态信号保存机器人系统的运行参数后，所述电源控制模块根据电源按键的关机状态输出第二关机控制信号，所述整机电源开关模块根据所述第二关机控制信号关闭对所述控制模块的供电。

本发明还提供机器人系统，其包括上述的机器人系统的开关机控制装置。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：从上述本发明可知，由于机器人系统的开关机控制装置包括电源按键、电源控制模块、整机电源开关模块以及控制模块，且还包括电子开关模块、外部传感模块、运动控制模块以及特定功能模块；当电源控制模块检测到电源按键的按键状态为关机状态时，电源控制模块生成按键关机状态信号，控制模块根据按键关机状态信号保存机器人系统的运行参数后，电源控制模块根据所述电源按键的关机状态输出第二关机控制信号以使整机电源开关模块关闭对控制模块的供电；由于控制模块可以根据按键关机状态信号保存相关的运行参数后再关闭对控制模块的供电，所以能够使机器人系统再次开机时保持参数正常。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机器人系统的开关机控制装置的一种模块结构图；

图2为本发明实施例提供的机器人系统的开关机控制装置中的电源控制模块的一种模块结构图；

图3为本发明实施例提供的的机器人系统的开关机控制装置的一种示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的机器人系统的开关机控制装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

一种机器人系统的开关机控制装置，其包括电源按键01、电源控制模块02、整机电源开关模块03以及控制模块04，电源控制模块02的第一输入端与电源按键01连接，电源控制模块02的第一输出端与整机电源开关模块03连接，控制模块04与整机电源开关模块03连接，当电源控制模块02检测到电源按键01的按键状态为开机状态时，电源控制模块02输出开机控制信号使整机电源开关模块03开启对控制模块04的供电；当电源控制模块02检测到电源按键01的按键状态为关机状态时，电源控制模块02生成关机控制信号使整机电源开关模块03停止对控制模块04供电；机器人系统的开关机控制装置还包括电子开关模块05、外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08。

其中，电源控制模块02的第二输出端和电源控制模块02的第二输入端与控制模块04连接，控制模块04与电子开关模块05连接，电子开关模块05与外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08连接。

在上述机器人系统的开关机控制装置中，当电源控制模块02检测到电源按键01的按键状态为开机状态时，控制模块04控制电子开关模块05根据预设程序开启对外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08的供电。

在上述机器人系统的开关机控制装置中，当电源控制模块02检测到电源按键01的按键状态为关机状态时，电源控制模块02生成按键关机状态信号，控制模块04根据按键关机状态信号保存机器人系统的运行参数后，电源控制模块02根据电源按键的关机状态输出第二关机控制信号，整机电源开关模块03根据第二关机控制信号关闭对控制模块04的供电。

具体实施中，电源按键01可以为自锁式电源按键机械开关，按下后两导电金属片导通，松开手后按键继续保持按下状态，必须用户再次按下后开关弹起，两导电金属片才彼此断开。整机电源开关03可以是继电器、可控硅、MOSFET等可以实现控制电源通断的器件或者电路。控制模块04可以是单片机、DSP、FPGA、POWERPC或者其它架构或平台的处理器。电子开关模块05可以是实现程序控制电源开关的模块或者电路，可以是继电器，也可以是可控硅、MOSFET等电路。外部传感模块06代指机器人系统中用来监测环境和运动状态的所有传感器模块。运动控制模块07可以为机器人系统中控制机器人运动的所有驱动电路和相关电机控制单元。特定功能模块08可以为机器人系统中为了满足机器人特定使用场合的主要功能模块，例如视觉机器人的图像采集与识别模块。

具体实施中，当控制模块04检测到外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08中的至少一个模块出现故障时，控制模块04根据故障情况控制电子开关模块05根据预设程序控制对外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08断电重启。

具体实施中，控制模块04控制电子开关模块05根据预设程序断电重启对外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08可以具体为：控制模块04生成复位信号，整机电源开关模块03根据复位信号控制控制模块04断电重启，控制模块04控制电子开关模块05根据预设程序控制外部传感模块06、运动控制模块07以及特定功能模块08断电重启。

在机器人系统中，大部分模块异常都能通过软重启和断电重启进行恢复，现有技术当系统中的各子模块遇到故障需要断电重启时，往往需要进行人为断电重启或者进行检修，会大大降低机器人的工作效率和系统稳定性。

如图2所示，电源控制模块02包括开关模块021、开关延时模块022、按键状态检测模块023以及控制信号隔离模块024。

其中，开关模块021的第一输入端与开关延时模块022的输出端连接，开关模块021的第二输入端与控制信号隔离模块024的输出端连接，开关模块021的输出端与整机电源开关模块03连接，开关延时模块022的输入端和按键状态检测模块023的输入端均与电源按键01连接，按键状态检测模块023的输出端和控制信号隔离模块024的输入端均与控制模块04连接。

具体实施中，开关模块021的输出端为电源控制模块02的第一输出端，开关延时模块022的输入端与按键状态检测模块023的输入端共同构成电源控制模块02的第一输入端，按键状态检测模块023为电源控制模块02的第二输出端，控制信号隔离模块024的输入端为电源控制模块02的第二输入端。

在上述电源控制模块02中，当开关延时模块检测到电源按键01的按键状态Key_Sig为开机状态时，开关延时模块根据电源电压输出第二电源电压，开关模块021根据第二电源电压生成开机控制信号SwitchCtrl，按键状态检测模块023根据电源按键01的开机状态生成按键开机状态信号KEY_DET，控制模块04根据按键开机状态信号KEY_DET生成第一开机控制信号KEY_CTL，控制信号隔离模块024根据第一开机控制信号生成第二开机控制信号，开关模块021根据第二电源电压和第二开机控制信号维持开机控制信号SwitchCtrl的输出。

在上述电源控制模块02中，当开关延时模块检测到电源按键01的按键状态Key_Sig为关机状态时，按键状态检测模块023根据电源按键01的关机状态生成按键关机状态信号KEY_DET，开关延时模块根据电源按键的关机状态延时停止第二电源电压的输出，开关模块021根据第二电源电压输出的终止生成第二关机控制信号SwitchCtrl。

图3示出了本发明实施例提供的机器人系统的开关机控制装置10中的电源控制模块02的一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

开关模块021包括第一三极管Q1、第三三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4。

第一三极管Q1的集电极为开关模块021的输出端，第一三极管Q1的发射极为开关模块021的第一输入端，第一三极管Q1的基极与第一电阻R1的第一端和第三三极管Q3的集电极连接，第三三极管Q3的发射极与第三电阻R3的第一端连接，第三三极管Q3的基极、第二电阻R2的第一端以及第四电阻R4的第一端为开关模块021的第二输入端，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第二端连接，第三电阻R3的第二端和第四电阻R4的第二端共接于电源地。

开关延时模块包括第二三极管Q2、第四三极管Q4、第一二极管D1、第一电容C1、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7。

第二三极管Q2的集电极为开关延时模块的输出端，第二三极管Q2的发射极和第五电阻R5的第一端为开关延时模块的第一输入端，第二三极管Q2的基极与第五电阻R5的第二端和第四三极管Q4的集电极连接，第四三极管Q4的基极与第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端与第一二极管D1的阴极、第一电容C1的第一端以及第七电阻R7的第一端连接，第一二极管D1的阳极为开关延时模块的第二输入端，第四三极管Q4的发射极、第一电容C1的第二端以及第七电阻R7的第二端共接于电源地。

按键状态检测模块023包括第一光耦U1、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10。

第一光耦U1中的发光二极管的阳极与第八电阻R8的第一端连接，第八电阻R8的第二端为按键状态检测模块023的输入端，第一光耦U1中的集电极与第一电源VBB连接，第一光耦U1中的发射极与第九电阻R9的第一端和第十电阻R10的第一端连接，第九电阻R9的第二端为按键状态检测模块023的输出端，第一光耦U1中的发光二极管的阴极与电源地连接，第十电阻R10的第二端与数字电源地连接。

控制信号隔离模块024包括第二光耦U2和第十一电阻R11。

第二光耦U2中的发光二极管的阳极与第十一电阻R11的第一端连接，第十一电阻R11的第二端为控制信号隔离模块的输入端，第二光耦U2中的集电极为控制信号隔离模块024的输出端，第二光耦U2中的发射极与电源地连接，第二光耦U2中的发光二极管的阴极与数字电源地连接。

以下结合工作原理对图3所示的机器人系统的开关机控制装置10中的电源控制模块02作进一步说明：

在具体实施过程中，当电源按键按下时，即电源按键SW1导通，电源电压VCC通过第一二极管D1对第一电容C1进行充电，然后经第六电阻R6使得第四三极管Q4处于导通状态，然后在第五电阻R5和第十二电阻R12的分压下，第二三极管Q2的基极达到导通条件，从而第二二极管Q2导通，使得第一三极管Q1的发射极接近电源电压VCC。此时由于机器人整机的电源未上电，控制模块04未工作，KEY_CTL信号为低电平“0”，第二光耦U2处于截止状态，因而由第二电阻R2和第四电阻R4对电源电压VCC进行分压，从而使得第三三极管Q3处于导通状态，然后第一三极管Q1导通，从而使得SwitchCtrl信号处于接近电源电压VCC，从而控制整机电源开关模块03导通，控制模块04工作起来。

控制模块04工作起来后，由第一光耦U1、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10组成的按键状态检测模块023负责检测电源按键SW1是否按下，当电源按键SW1按下后，第一光耦U1将导通，对接控制模块04的信号KEY_DET将由低电平“0”变为高电平“1”，以此实现对电源按键SW1的检测。

在机器人正常工作中，通过软件程序使得第一开机控制信号KEY_CTL为“0”，保证第二光耦U2处于截止状态，从而最终让第一三极管Q1处于导通。

当机器人系统需要关机时，由操作人员按起电源按键SW1，电源按键SW1断开，那么按键信号Key_sig会掉电从而使得第一光耦U1截止，从而KEY_DET信号由“1”变为“0”。控制模块04通过检测此信号来知道外部的关机需求，然后开始保存运行参数，第一二极管D1正极停止输入电源电压VCC，通过对第一电容C1的放电，第四三极管Q4和第二三极管Q2延时停止第二电源电压的输出，以控制第三三极管Q3截止，从而实现可靠的关机。

同时，在电源按键SW1断开后，第一电容C1由于之前充有电，会通过第六电阻R6和第七电阻R7慢慢地进行放电，直到第四三极管Q4的基极电压放电到不足以导通第四三极管Q4后，第四三极管Q4开始截止，然后第二三极管Q2截止，从而使得SwitchCtrl信号掉电而控制整机电源开关断电。从电源按键SW1断开到第二三极管Q2最终截止的整个过程的时间就是硬件提供的关机延迟时间，在硬件电路上设计此硬件关机延迟时间约10s左右，能保证即使控制模块04内部软件异常造成KEY_CTL信号不能控制的情况下仍然能在关机延迟后进行可靠地关机。需要说明的是，可以通过更改第一电容C1的容值大小来确定硬件关机延迟时间的长短，以便对关机时间时长的最小化和系统参数的保存两者之间做到平衡。

如果控制模块发现自身接口电路或者芯片片内外设(如UART接口、USB接口、PCIE接口、网口等)异常时，可以通过控制KEY_CTL信号到“1”，然后第二光耦U2导通，将会使得第二光耦U2集电极输出的电压被拉低到电源地，从而使得第三三极管Q3截止，继而使得第一三极管Q1截止，从而使SwitchCtrl信号失去电压，以通过控制整机电源开关模块03对包括控制模块04在内的所有非常供电电路和模块进行硬件断电。然后当控制模块04掉电后，KEY_CTL信号将掉电为“0”，从而第二光耦U2截止，第三三极管Q3和第一三极管Q1导通，整机电源开关模块03重新导通，从而实现了整机电路和模块的硬件断电重启，从而恢复控制模块04和所有模块的故障。

基于上述机器人系统的开关机控制装置10实现了再次开机时参数正常，因此本发明实施例还提供一种机器人系统，其包括上述的机器人系统的开关机控制装置10。

综上所述，本发明实施例通过其包括电源按键、电源控制模块、整机电源开关模块以及控制模块，且还包括电子开关模块、外部传感模块、运动控制模块以及特定功能模块；当电源控制模块检测到电源按键的按键状态为关机状态时，电源控制模块生成按键关机状态信号，控制模块根据按键关机状态信号保存机器人系统的运行参数后，电源控制模块根据所述电源按键的关机状态输出第二关机控制信号以使整机电源开关模块关闭对控制模块的供电；由于控制模块可以根据按键关机状态信号保存相关的运行参数后再关闭对控制模块的供电，所以能够使机器人系统再次开机时保持参数正常。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人系统的开关机控制装置，其包括电源按键、电源控制模块、整机电源开关模块以及控制模块；当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为开机状态时，所述电源控制模块输出开机控制信号使所述整机电源开关模块对所述控制模块的供电；当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为关机状态时，所述电源控制模块生成关机控制信号使所述整机电源开关模块停止对所述控制模块供电；其特征在于，所述机器人系统的开关机控制装置还包括：

电子开关模块、外部传感模块、运动控制模块以及特定功能模块；

当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为开机状态时，所述控制模块控制所述电子开关模块根据预设程序开启对所述外部传感模块、所述运动控制模块以及所述特定功能模块的供电；

当所述电源控制模块检测到所述电源按键的按键状态为关机状态时，所述电源控制模块生成按键关机状态信号，所述控制模块根据所述按键关机状态信号保存机器人系统的运行参数后，所述电源控制模块根据所述电源按键的关机状态输出第二关机控制信号，所述整机电源开关模块根据所述第二关机控制信号关闭对所述控制模块的供电；

所述电源控制模块包括：

开关模块、开关延时模块、按键状态检测模块以及控制信号隔离模块；

所述开关模块的第一输入端与所述开关延时模块的输出端连接，所述开关模块的第二输入端与所述控制信号隔离模块的输出端连接，所述开关模块的输出端与所述整机电源开关模块连接，所述开关延时模块的输入端和所述按键状态检测模块的输入端均与所述电源按键连接，所述按键状态检测模块的输出端和所述控制信号隔离模块的输入端均与所述控制模块连接；

当所述开关延时模块检测到所述电源按键的按键状态为开机状态时，所述开关延时模块根据电源电压输出第二电源电压，所述开关模块根据所述第二电源电压生成开机控制信号，所述按键状态检测模块根据所述电源按键的开机状态生成按键开机状态信号，所述控制模块根据按键开机状态信号生成第一开机控制信号，所述控制信号隔离模块根据所述第一开机控制信号生成第二开机控制信号，所述开关模块根据所述第二电源电压和所述第二开机控制信号维持所述开机控制信号的输出；

当所述开关延时模块检测到所述电源按键的按键状态为关机状态时，所述按键状态检测模块根据所述电源按键的关机状态生成按键关机状态信号，所述开关延时模块根据所述电源按键的关机状态延时停止所述第二电源电压的输出，所述开关模块根据所述第二电源电压输出的终止生成第二关机控制信号。

2.如权利要求1所述的开关机控制装置，其特征在于，当所述控制模块检测到所述外部传感模块、所述运动控制模块以及所述特定功能模块中的至少一个模块出现故障时，所述控制模块根据故障情况控制所述电子开关模块根据预设程序控制所述外部传感模块、所述运动控制模块以及所述特定功能模块断电重启。

3.如权利要求2所述的开关机控制装置，其特征在于，所述控制模块根据故障情况控制所述电子开关模块根据预设程序控制所述外部传感模块、所述运动控制模块以及所述特定功能模块断电重启具体为：所述控制模块生成复位信号，所述整机电源开关模块根据所述复位信号控制所述控制模块断电重启，所述控制模块控制所述电子开关模块根据预设程序控制所述外部传感模块、所述运动控制模块以及所述特定功能模块断电重启。

4.如权利要求1所述的开关机控制装置，其特征在于，所述开关模块包括第一三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；

所述第一三极管的集电极为所述开关模块的输出端，所述第一三极管的发射极为所述开关模块的第一输入端，所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第一端和所述第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三三极管的基极、所述第二电阻的第一端以及第四电阻的第一端为所述开关模块的第二输入端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第二端连接，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端共接于电源地。

5.如权利要求1所述的开关机控制装置，其特征在于，所述开关延时模块包括第二三极管、第四三极管、第一二极管、第一电容、第五电阻、第六电阻以及第七电阻；

所述第二三极管的集电极为所述开关延时模块的输出端，所述第二三极管的发射极和所述第五电阻的第一端为所述开关延时模块的第一输入端，所述第二三极管的基极与所述第五电阻的第二端和所述第四三极管的集电极连接，所述第四三极管的基极与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与所述第一二极管的阴极、所述第一电容的第一端以及第七电阻的第一端连接，所述第一二极管的阳极为所述开关延时模块的第二输入端，所述第四三极管的发射极、所述第一电容的第二端以及所述第七电阻的第二端共接于电源地。

6.如权利要求1所述的开关机控制装置，其特征在于，所述按键状态检测模块包括第一光耦、第八电阻、第九电阻以及第十电阻；

所述第一光耦中的发光二极管的阳极与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端为所述按键状态检测模块的输入端，所述第一光耦中的集电极与第一电源连接，所述第一光耦中的发射极与所述第九电阻的第一端和所述第十电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端为所述按键状态检测模块的输出端，所述第一光耦中的发光二极管的阴极与电源地连接，所述第十电阻的第二端与数字电源地连接。

7.如权利要求1所述的开关机控制装置，其特征在于，所述控制信号隔离模块包括第二光耦和第十一电阻；

所述第二光耦中的发光二极管的阳极与所述第十一电阻的第一端连接，所述第十一电阻的第二端为所述控制信号隔离模块的输入端，所述第二光耦中的集电极为所述控制信号隔离模块的输出端，所述第二光耦中的发射极与电源地连接，所述第二光耦中的发光二极管的阴极与数字电源地连接。

8.一种机器人系统，其特征在于，所述机器人系统还包括如权利要求1至7任一项所述的开关机控制装置。