智能扫地机器人的电路保护方案

从世界上第一台自动扫地机器人“三叶虫”诞生10多年以来，智能扫地机器人已经逐步走入人们的生活中，大大降低了打扫家务的时间，给人们留出更多的闲暇时间享受生活。

图1 智能扫地机器人的功能图

智能扫地机器人利用了超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接受相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断，通过 MCU 或者 DSP 为核心的控制器实现对超声发射和接受的控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，从而选出一个优化的路径，通过驱动器驱动两个步进马达，带动驱动轮而实现行走功能。同时，由其自身携带的吸尘部件，对经过的地面进行吸尘清扫。

通常智能扫地机器人由移动机构、感知系统、控制系统、清扫系统以及电源系统五部分构成的复杂系统。

移动机构是智能扫地机器人的主体，它决定了机器人的运动空间。感知系统一般采用超声波传感器、接触和接近传感器、红外线传感器等来感知外部错综复杂的环境信息。控制系统是通过以上各种传感器的使用，得到机器人控制所需要的各种信号，这些信号被送到控制器，由控制器进行存储、运算、处理，然后发出相应命令通过执行机构使智能扫地机器人的机械本体完成规定动作。清扫系统一般有主地刷、边刷和吸尘器，主地刷和边刷用于强力清扫地板上的吸附物，吸尘器吸取地板上较小的物体。

电源系统是指智能扫地机器人的供电方式，由于扫地机器人是以自主方式工作的，因而所用的电源为采用随机身携带的蓄电池，这样不但可实现无人控制，而且工作时较灵活，一次充电可以连续工作几个小时。

安全可靠是产品追求的基本要求。AEM作为业界领先的电路保护元件制造商，通过长期提供给各大品牌智能扫地机器人的过流、过压、过温的高可靠性片式保护器件，总结出一套完整保护应用方案。我们认为在电源系统的充电端口保护/ 可充电电池的二次保护、马达堵转问题是智能扫地机器人的关键保护节点。

1.充电输入回路的过流保护方案：

图2 电源系统示意图

如上图电路图， SMD保险丝应用于从电源适配器转换后的主板直流回路中，用于充电端口的保护，根据工作的实际电流大小和环境温度，以及通电瞬间的脉冲电流波形大小，采用精确选型方式可以确保做到“不该断时不断，该断时及时断，时时保证安全！”。AEM建议工程师选择保险丝时考虑以下步骤：

详细的计算公式建议参考AEM规格书中选型指导。由于智能扫地机器人电路中存在较大的容性/感性元器件， AEM抗高脉冲型HI系列SMD fuse。

2、马达堵转的保护方面，在扫地机器人工作中因清洁杂物的不可预测性，被吸入的杂物缠住马达发生堵转。此种情况的危害为异物将马达轴承固定不使其转动，这时电压还加在马达的两端，这时候的电流就是堵转电流，因为马达发生堵转之后马达线圈的温度会急剧上升，温度超过线圈的最高温度之后，时间稍长就会烧坏马达线圈。所以在智能扫地机器人中增加马达保护装置是必不可少的，AEM应对此情况的保护措施设计建议采用自恢复型保险丝 ，根据相关马达比如行走轮的线路中，着重考量可承受的最高电流，最高温度和要求动作保护的时间，选择合适尺寸规格的自恢复保险丝，可以在过电流状况排除以及供电断开后，电路将恢复至正常的运行条件。

通过以上高可靠性的SMD fuse+PPTC的过流/过温电路保护方案，将充分保障你的扫地机器人在地板上肆意舞蹈。