燃爆驱动机器人的点火系统技术方案

燃爆驱动机器人的点火系统，它涉及燃爆驱动机器人的点火领域。本发明专利技术是为了解决多腔精准控制燃爆时间同时点火的问题。它包括锂电池、脉冲升压电路、ESP32控制器、多个储能电容、多个IGBT开关电路和多个放电管，锂电池的电压输出端通过脉冲升压电路的电压输出端连接每个储能电容的电压输入端，每个储能电容的电压输出端连接一个IGBT开关电路的电压输入端，每个IGBT开关电路的电压输出端连接一个放电管的电压输入端，ESP32控制器的采样脉冲升压电路，脉冲升压电路的使能信号输入端连接ESP32控制器，ESP32控制器的控制信号输出端分别连接在每个IGBT开关电路的开关控制信号输入端上。

Ignition system of robot driven by combustion and explosion

【技术实现步骤摘要】
燃爆驱动机器人的点火系统
本专利技术涉及一种多腔同时燃爆的点火系统。属于燃爆驱动机器人的点火领域。
技术介绍
过去的仿青蛙跳跃机器人是基于气动肌肉驱动的，这种驱动方式决定了其体形庞大，质量也比较重，而且机器人的结构也相对复杂，因此很难实现仿青蛙机器人的灵活跳跃能力。近年来随着化学燃料爆炸驱动技术的快速发展，机器人的能源供给方式得以变得更加小型化、清洁化、便捷化。燃爆驱动的仿青蛙软体跳跃机器人采用氢气作为可燃气体，氧气作为助燃剂进行燃爆化学反应。点火系统用来点燃料和助燃剂的混合气体，是燃爆机器人的重要元件之一。目前国内外燃爆驱动的机器人的点火方式主要有两种：第一种是高压模块放电点火，第二种方式是使用热火头点火。传统的高压模块放电点火是由振荡电路所产生的高频电压，之后经过升压变压器升成一万伏左右的高电压，然后进行尖端放电，放电频率为3～5Hz左右。这种脉冲点火器点火率高，能迅速点燃混合气体，可连续放电，如图11所示，这也是国内外燃爆机器人最常用的引爆方式。但脉冲点火的方法虽然点火率高，能迅速点燃混合气体，但不确定是第几次震荡放电才能点燃混合气体，因此燃爆时间会有几百毫秒的误差，而且一套装置只能点燃一个燃爆容腔。高压脉冲点火器的这两个缺点使其在燃爆机器人的应用上，尤其是多腔燃爆的精准控制上，存在很大的缺陷。另外，脉冲点火器需要很大的升压变压器，增大了机器人的重量，不利于装置的机载。第二种方式是使用热火头点火，通电后，热火头上的铂合金金属丝开始发热，当热度达到一定程度时，混合气体被点燃。与高压脉冲点火系统相比，热火头点火所需的电压小，常用的3.3伏电池即可，而且具有结构紧凑的优点，但无法精准控制燃爆时间。
技术实现思路
本专利技术是为了解决多腔精准控制燃爆时间同时点火的问题，提供一种燃爆驱动机器人的点火系统。它包括锂电池1、脉冲升压电路2、ESP32控制器3、多个储能电容4、多个IGBT开关电路5和多个放电管6，锂电池1的电压输出端连接脉冲升压电路2的电压输入端，脉冲升压电路2的电压输出端连接每个储能电容4的电压输入端，每个储能电容4的电压输出端连接一个IGBT开关电路5的电压输入端，每个IGBT开关电路5的电压输出端连接一个放电管6的电压输入端，ESP32控制器3的采样信号输入端连接脉冲升压电路2的电压状态信号输出端上，脉冲升压电路2的使能信号输入端连接在ESP32控制器3的使能控制信号输出端上，ESP32控制器3的控制信号输出端分别连接在每个IGBT开关电路5的开关控制信号输入端上。点火系统工作过程如图1所示，当ESP32控制器3发出开始充电信号时，锂电池1通过脉冲升压电路2将储能电容4两端电压充电至300伏左右，并向EPS32控制器3发送充电完成信号。放电管6通过基于IGBT的大功率开关电路控制，ESP32控制器3向IGBT开关电路5发出开关信号，从而控制储能电容4放电，击穿放电管中的电极，产生电火花。本专利技术设计了一种点火系统，兼具
技术介绍
所介绍的两种点火方式的优点，既能迅速的点燃混合气体，并且能精准控制多个腔燃爆的时间，而且结构紧凑，体积小重量轻，有效的降低机器人的自身重量。另外，还可以同时控制多路点火头点火，可以满足多腔体燃爆机器人的要求。附图说明图1是本专利技术的结构示意图，图2是实施方式二中脉冲升压电路的工作原理框图，图3是脉冲升压电路的电路结构示意图，图4是脉冲升压芯片A8437的多个引脚以及储能电容两端电压时序图，图5是外部电阻RSET的值、供电电流及供电电压关系曲线图，图6是IGBT的引脚结构示意图，图7是IGBT驱动器的引脚结构示意图，图8是IGBT开关电路5工作原理示意图，图9是IGBT开关电路5的电路结构示意图，图10是点火电极外形图片，图11是现有技术的外形图片。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式包括锂电池1、脉冲升压电路2、ESP32控制器3、多个储能电容4、多个IGBT开关电路5和多个放电管6，锂电池1的电压输出端连接脉冲升压电路2的电压输入端，脉冲升压电路2的电压输出端连接每个储能电容4的电压输入端，每个储能电容4的电压输出端连接一个IGBT开关电路5的电压输入端，每个IGBT开关电路5的电压输出端连接一个放电管6的电压输入端，ESP32控制器3的采样信号输入端连接脉冲升压电路2的电压状态信号输出端上，脉冲升压电路2的使能信号输入端连接在ESP32控制器3的使能控制信号输出端上，ESP32控制器3的控制信号输出端分别连接在每个IGBT开关电路5的开关控制信号输入端上。所述锂电池1为电压参数2.3伏至5.5伏的电池。本实施方式应用在仿青蛙软体燃爆机器人。具体实施方式二：下面结合图2至图5具体说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式一的进一步解释和限定，本实施方式中，脉冲升压电路2使用了直流斩波升压的原理向储能电容4充能。这一功能基于脉冲升压芯片A8437实现，如图3所示。A8437芯片功能是给电容进行充电，使用3.7伏的锂电池电源，将电容两端电压充电至数百伏，从而实现一级升压。脉冲升压芯片A8437工作基本原理示意图如图2所示，脉冲升压芯片由3.7V锂电池供电，利用直流升压斩波的原理，借助升压变压器给电容充能，最终将电容两端的电压充至330V左右。图3中，VBAT与锂电池电源相连，CAP_V+与储能电容的正极相连。A8437芯片的CHARGE引脚与ESP32控制芯片的GPIO相连。当CHARGE引脚为高电平时，A8437芯片使能并开始给储能电容充电。充电时基于直流斩波升压的原理，借助升压变压器给储能电容充电。A8437芯片的SW引脚可以检测升压变压器的主极电压。当变压器主极一侧的电压达到阈值a，例如31.5V时，停止充电。并将开漏输出的DONE引脚拉低。此时，储能电容两侧的电压为VOUT＝31.5×N-Vd-----(1)其中，N为升压变压器的匝数比，Vd为输出侧二极管的正向压降。选择升压变压器的匝数比为1∶10.5，输出侧二极管SMA的选择耐压值较高的RS1M，其正向导通压降为1.3V。根据以上数据，带入式---(1)可得Vout＝31.5X10.5-1.3＝329.45V因此在充电完成后，储能电容的两端的电压约为330V。在使用过程中，电容中储存的电量会不断消耗，为了能有足够的电量进行放电点火，因此设计一个阈值b，当电容的电量低于此阈值b，且芯片的CHARGE依旧为高电平时，对电容进行充电，直到SW引脚检测到变压器主极一侧的电压达到31.5V，重复以上的循环，直到CHARGE引脚拉低。设计电阻分压电路，对电容两端的电压进行测量。如图中的R2、R3。电阻R3一端接地，另一端与A8437的RGE引脚相连。因此REG引脚可以采集R3两端的电压，进而计算出储能电容4两端的电压。当REG采集到的电压低于0.96V时，对储能电容4进行充电操作。储能电容的最低电压阈值计算公式如下VOUT(Low)＝VREG(L)×(R1/R2+1)＝290V-----(2)式中，Vreg＝0.96V。通过改变电阻R2和R3的阻值，即可设置电容最低电压的阈值大小。选择R2＝10M欧，R3＝33.2k，带入式---(2)可得V＝290V。因此，当储能电容4两端的电压低于290本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.燃爆驱动机器人的点火系统，其特征在于，它包括锂电池(1)、脉冲升压电路(2)、ESP32控制器(3)、多个储能电容(4)、多个IGBT开关电路(5)和多个放电管(6)，锂电池(1)的电压输出端连接脉冲升压电路(2)的电压输入端，脉冲升压电路(2)的电压输出端连接每个储能电容(4)的电压输入端，每个储能电容(4)的电压输出端连接一个IGBT开关电路(5)的电压输入端，每个IGBT开关电路(5)的电压输出端连接一个放电管(6)的电压输入端，ESP32控制器(3)的采样信号输入端连接脉冲升压电路(2)的电压状态信号输出端上，脉冲升压电路(2)的使能信号输入端连接在ESP32控制器(3)的使能控制信号输出端上，ESP32控制器(3)的控制信号输出端分别连接在每个IGBT开关电路(5)的开关控制信号输入端上。

【技术特征摘要】
1.燃爆驱动机器人的点火系统，其特征在于，它包括锂电池(1)、脉冲升压电路(2)、ESP32控制器(3)、多个储能电容(4)、多个IGBT开关电路(5)和多个放电管(6)，锂电池(1)的电压输出端连接脉冲升压电路(2)的电压输入端，脉冲升压电路(2)的电压输出端连接每个储能电容(4)的电压输入端，每个储能电容(4)的电压输出端连接一个IGBT开关电路(5)的电压输入端，每个IGBT开关电路(5)的电压输出端连接一个放电管(6)的电压输入端，ESP32控制器(3)的采样信号输入端连接脉冲升压电路(2)的电压状态信号输出端上，脉冲升压电路(2)的使能信号输入端连接在ESP32控制器(3)的使能控制信号输出端上，ESP32控制器(3)的控制信号输出端分别连接在每个IGBT开关电路(5)的开关控制信号输入端上。2.根据权利要求1所述燃爆驱动机器人的点火系统，其特征在于，脉冲升压电路(2)基于脉冲升压芯片A8437，借助升压变压器给储能电容(4)充电；A8437芯片的CHARGE引脚与ESP32控制芯片的GPIO相连，当CHARGE引脚为高电平时，A8437芯片使能并开始给储能电容充电；脉冲升压芯片A8437的SW引脚检测升压变压器的主极电压；当变压器主极一侧的电压达到阈值a时，停止充电；并将开漏输出的DONE引脚拉低。3.根据权利要求2所述燃爆驱动机器人的点火系统，其特征在于检测储能电容(4)中储存的电量是否低于一个阈值，当储能电容(4)的电量低于此阈值b，且芯片的CHARGE依旧为高电平时，对储能电容(4)进行充电，直到SW引脚检测到变压器主极一侧的电压达到阈值a，重复以上的循环，直到CHARGE引脚拉低。4.根据权利要求3所述燃爆驱动机器人的点火...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊继壮，闫旭，王奕，高峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23