CN102044888A - 自动充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动充电系统，其包括一个可动装置及一个充电座。该可动装置包括一个电磁传感器、两个磁力开关及设于该两磁力开关正中间的第一充电装置。该充电座包括一个发生装置、两个分别对应该两磁力开关的磁性件及一个位于该两磁性件正中间的第二充电装置。该发生装置发出第一电磁信号以构建一通信范围。该电磁传感器用于在该通信范围内接收该第一电磁信号，以引导该可动装置移动至该充电座。该两个磁力开关分别感测到该两个磁性件后该第二充电装置以无线充电或电极接触的方式之一对该第一充电装置进行充电。由于电磁信号穿透力强易被电磁传感器接收，可动装置回归速度快。本发明还提供一种自动充电方法。

Description

自动充电系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化电子技术，特别涉及一种自动充电系统及方法。

背景技术

目前，自动化电子装置(下称可动装置)，如自动吸尘器，广泛应用于各个领域。为了使可动装置具有较高的活动自由度，其通常使用可充电电池作为电源以避免受线缆的束缚。目前，可动装置一般包括多个红外线收发装置及控制器，用于给可动装置的可充电电池充电的充电座也安装有红外收发装置。当可动装置的可充电电池的电量即将耗尽时，可动装置将由控制器控制而移动以寻找充电座。具体地，可动装置根据其多个红外线收发装置接收充电座的红外收发装置发出的红外线信号由控制器计算出充电座相对于可动装置的距离和角度，并根据算出的距离跟角度移动至充电座前，完成两者的对接。然而，利用红外线收发装置来引导并移动可动装置受到红外光直线传播的限制。若寻找充电座的过程中遇到障碍物的阻隔，将花费更多的时间甚至会出现在可充电电池的电量完全耗尽前仍无法找到充电座的情况。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可快速找到充电座的自动充电系统及方法。

一种自动充电系统，其包括一个可动装置及一个充电座。该可动装置包括一个电磁传感器、两个磁力开关及设于该两磁力开关正中间的第一充电装置。该充电座包括一个发生装置、两个分别对应该两磁力开关的磁性件及一个位于该两磁性件正中间的第二充电装置。该发生装置发出第一电磁信号以构建一通信范围。该电磁传感器用于在该通信范围内接收该第一电磁信号，以引导该可动装置移动至该充电座。该两个磁力开关分别感测到该两个磁性件后该第二充电装置以无线充电或电极接触的方式之一对该第一充电装置进行充电。

一种自动充电方法，其包括以下步骤：

提供一个可动装置及一个充电座；该可动装置包括一个电磁传感器、两个磁力开关、一个位于该两磁力开关正中间的第一充电装置。该充电座包括一个发出第一电磁信号的发生装置、两个分别对应该两磁力开关的磁性件及一个位于该两磁性件正中间的第二充电装。

当可动装置需要充电时，开启该电磁传感器，该可动装置调整位置以搜寻该第一电磁信号。

当电磁传感器收到该第一电磁信号时，该可动装置旋转并通过该电磁传感器确定该第一电磁信号最强的方向。

该可动装置往该方向行走，直到该电磁传感器接收到的第一电磁信号的强度到达设定值。

开启该两个磁力开关。该可动装置调整位置，直到一个磁力开关关闭。该可动装置绕该关闭的磁力开关旋转直到另一个磁力开关关闭，此时第一、第二充电装置正确对位。

该第二充电装置对该第一充电装置充电。

与现有技术相比，本发明的自动充电系统的可动装置由该第一电磁信号引导直接走向该充电座，并由该两个电磁开关实现定位，由于电磁信号穿透力强，该可动装置寻找该回归电磁信号不受障碍物的影响，是一种回归速度快的可动装置自动充电方法。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式的自动充电系统的可动装置的立体示意图。

图2为图1的自动充电系统的可动装置的另一角度的立体示意图。

图3为本发明较佳实施方式的自动充电系统的充电座的立体示意图。

图4为自动充电系统处于一种位置关系的平面示意图。

图5为自动充电系统处于一另位置关系的平面示意图。

图6为图1的自动充电系统的可动装置工作原理的示意图。

图7为本发明较佳实施方式的自动充电方法的流程图。

具体实施方式

请一并参阅图1至图3，本发明较佳实施方式的自动充电系统包括一个可动装置100及一个充电座200。可动装置100包括一个本体101、一个可充电电池(图未示)、两个致动轮104、两个辅助轮108、两个磁力开关106、一个第一充电装置112、一个电磁传感器102及一个第一控制单元109。

请一并参阅图1至图2，本体101包括一个圆形的底板103及一个半球壳状的上盖105。上盖105设置于底板103上以形成一个收容空间(图未示)。底板103开设有两个方形通孔180及两个长方体形的罩体182。通孔180沿底板103的左右对称设置。罩体182具有一个长方体形的腔体110。每个罩体182覆盖在对应的通孔180之上。

每个致动轮104包括一个圆轮120、一个转轴122及一个固定在本体101上的致动器126。每个圆轮120收容在对应的一个腔体110中并通过通孔180延伸至底板103之外。每个转轴122垂直设置于对应的一个圆轮120的中心。转轴122的一端设置在罩体182上，转轴122的另一端连接到致动器126。致动器126用于带动圆轮120沿转轴122转动，以驱动本体101移动。

两个辅助轮108沿底板103的圆心对称前后设置在底板103上。辅助轮108包括轮体150及架体152。轮体150设置在架体152中且可在架体152上转动。架体152固定在底板103上且可沿箭头154的方向360度旋转。两个辅助轮108用于转动以配合本体101移动。两个致动轮104的圆轮120凸出底板103的距离比两个辅助轮108的轮体150凸出底板103的距离大。当可动装置100行走时，一个辅助轮108不着地，另一个辅助轮108着地，以帮助可动装置100保持平衡。

两个磁力开关106分别设置于两个罩体182上且位于致动轮104的圆轮120的正上方。第一充电装置112是无线充电接收模块，其位于底板103的中心位置。电磁传感器102设置在上盖105前部。控制单元109设置在本体101内。为方便表示，控制单元109仅以方框表示。第一控制单元109包括一个侦测模块402、一个搜索模块404、一个定位模块406及一个驱动模块408。侦测模块402连接到搜索模块404，搜索模块404连接到定位模块406及驱动模块408，定位模块406连接到驱动模块408。侦测模块402用于侦测电池电量，磁力开关106连接到定位模块406，电磁传感器102连接到搜索模块404，致动器126连接到驱动模块408。

请参图3，充电座200包括一个位于地面上的定位部210及一个位于墙壁上与定位部210垂直的收发部211。定位部210包括两个圆形的磁性件206、第二充电装置212。第二充电装置212为一个无线充电发射模块。第二充电装置212与两个磁性件206在一条直线上且位于两个磁性件206正中间。两个磁性件平行于收发部211且与收发部211的距离等于可动装置100的底板103的直径或稍大该直径，定位部210的边缘213离收发部211的距离等于低板103的1.5倍直径或稍大该1.5倍直径，以使可动装置100能进入定位部210。磁性件206及第二充电装置212的顶部(图未标)与定位部210的顶面(图未标)位于一个平面上，以使可动装置100能进入定位部210。第二充电装置212对应于第一充电装置112。两个磁性件206分别对应于两个磁力开关106且磁性件206的面积比磁力开关106的面积大，以利于磁力开关106搜索磁性件206。收发部211包括一个用于发出第一电磁信号的发生装置202及一个第二控制单元220。第一电磁信号能被电磁传感器102接收。第二控制单元220包括一个充电模块502及一个发生模块504。第二充电装置212连接到充电模块502，发生装置202连接到发生模块504。

发生模块504控制发生装置202处于开启状态，发出第一电磁信号。充电模块502控制第二充电装置212处于开启状态，发出用于充电的电磁波。该用于充电的电磁波不干扰到电磁传感器102接收第一电磁信号。当一个开启的磁力开关106位于一个磁性件206上方，即一个磁力开关106感测到一个磁性件206时，磁力开关106将转变成关闭状态。

请一并参阅图7，本实施方式的自动充电方法包括以下步骤：

S1：提供一个可动装置100及一个充电座200；可动装置100包括一个电磁传感器102、两个磁力开关106、一个位于两磁力开关106正中间的第一充电装置112；充电座200包括一个发出第一电磁信号的发生装置202、两个分别对应两磁力开关106的磁性件206及一个位于两磁性件206正中间的第二充电装置。

S2：当可动装置100需要充电时，开启电磁传感器102，可动装置100调整位置以搜寻该第一电磁信号。

具体地，侦测模块402侦测可动装置100的电池电量，并在电池电量低于设定值时，向搜索模块404分别发出一个低电量信号。若此时驱动模块408未接收到第一电磁信号，则向驱动模块408发出调整信号，此时驱动模块408控制两个致动器126转动使可动装置100以行走、旋转或两者结合这三种方式之一移动，以搜寻该第一电磁信号。

S3：当电磁传感器102收到第一电磁信号时，可动装置100旋转并确定第一电磁信号最强的方向。

具体地，当电磁传感器102收到第一电磁信号时，搜索模块404向驱动模块408传送一个搜索信号，此时驱动模块408驱动可动装置100旋转，搜索模块404在旋转过程中通过电磁传感器102确定第一电磁信号最强的方向。

S4：可动装置100往该第一电磁信号最强的方向行走，直到第一电磁信号的强度到达设定范围。

具体地，搜索模块404中设定有一个第一电磁信号的强度的最小值。该最小值是第二充电装置212附近处第一电磁信号的强度值。当搜索模块404侦测到第一电磁信号的强度值到达该最小值时，说明可动装置100已经在定位部210上。搜索模块404确定第一电磁信号最强的方向后，向驱动模块404发出一个行进信号，此时驱动模块408驱动可动装置100向该方向行进。同时，搜索模块404不停地侦测第一电磁信号的强度值以判断该第一电磁信号的强度值是否到达设定的最小值，如果未到达则继续向该第一电磁信号最强的方向行进，如果已经到达，则进行下一步。

S5：开启该两个磁力开关106，可动装置100调整位置，直到一个磁力开关106关闭；可动装置100绕该关闭的磁力开关106旋转直到另一个磁力开关106关闭，此时第一、第二充电装置112、212正确对位。

具体地，请再结合图4及图5，搜索模块404在确定第一电磁信号的强度到达该最小值后，向定位模块406发出一个调动信号，此时定位模块406开启两个磁力开关106，并向驱动模块408发送一个调整信号，此时驱动模块408驱动可动装置100以行走、旋转或两者结合这三种方式之一移动，以使至少一个磁力开关106位于磁性件206上方。当一个磁力开关106位于磁性件206上方时，该磁力开关106将关闭。定位模块406侦测到该磁力开关106关闭后，向驱动模块408发送一个对准信号，此时驱动模块408驱动可动装置100绕该关闭的磁力开关106旋转直到另一个磁力开关106关闭。由于第一、第二充电装置112、212分别位于两个磁力开关106及两个磁性件206正中间，所以，当两个磁力开关106分别位于两个磁性件206上方时，第一充电装置112与第二充电装置212正确对位。

S6：第二充电装置212对第一充电装置112充电。

优选地，请参图1，可动装置100的上盖105的前部上还设置有一个红外开关116，第一控制单元109还包括一个避障模块410。避障模块410连接到驱动模块408，红外开关116连接到避障模块410。红外开关116用于检测可动装置100前方设定的检测范围内有无障碍物。对应地，可动装置100自动充电方法中可动装置100往该第一电磁信号最强的方向行走过程中还包括以下步骤：

S4a：可动装置100开始往该第一电磁信号最强的方向行走时，开启红外开关116；当可动装置100在往充电座行进的过程中启红外开关116检测到障碍物时，可动装置100做出回避障碍物的动作，直到绕出障碍物。

S4b：可动装置100在原地旋转，重新确定出该第一电磁信号最强的方向，并继续往该重新确定的方向行走。

具体地，请再结合图6，若可动装置100的行走路线中存在障碍物300，当障碍物300落入红外开关116的检测范围时，红外开关116发出一个障碍物中断信号给避障模块410，避障模块410向驱动模块408发送一个避障信号，此时驱动模块408驱动可动装置100做出回避障碍物的动作，即，可动装置100原地旋转180度，然后往其前进方向的一侧沿一个设定半径的圆形轨道302行走一个设定的弧度，在本实施方式中，可动装置100往其前进方向的右侧沿一个设定半径的圆形轨道302行走一个半圆。若可动装置100未走完该半圆弧度红外开关116便检测到障碍物300，或者可动装置100走完该半圆时红外开关116仍检测到障碍物300，则避障模块410再向驱动模块408发送一个避障信号，此时驱动模块408重复以上收到避障信号后所做的动作。如此，直到绕出障碍物300。绕出障碍物后，可动装置100在原地旋转，由电磁传感器102重新确定出该第一电磁信号最强的方向，并继续往该重新确定的方向行走。

优选地，控制单元109还包括一个连接到第一充电装置112的读取模块414。读取模块414连接到驱动模块408。读取模块414用于读取第一充电装置112接收到的充电特征值，在本实施例中，该充电特征值为充电功率。在第二充电装置212对第一充电装置112充电过程中，还包括以下步骤：

S6a：可动装置100读取接收到的充电特征值，判断充电特征值是否达到设定值；如果没达到设定值，则可动装置100进行位置微调，直到该充电特征值符合要求。

具体地，如果没达到设定功率值，读取模块414向驱动模块408发送一个校正信号，此时，驱动模块408驱动可动装置进行位置微调，即可动装置100在附近位置小幅度以行走、旋转或两者结合这三种方式之一移动，其中，该小幅度是指每次行走的距离为0.5至3毫米；每次旋转的角度为1至15度。在微调的过程中，控制单元109不停地侦测读取到的充电特征值，直到该充电特征值达到设定值的范围。

优选地，在其它实施方式中，可动装置100还包括一个信号发生器114，第一控制单元109还包括一个确认模块412。确认模块412连接到定位模块406，信号发生器114连接到确认模块412。充电座200还包括一个信号接收器214，第二控制单元220还包括一个连接到充电模块502的开启模块506。信号接收器214连接到开启模块506。充电模块502控制第二充电装置212处于关闭状态，即不发出用于充电的电磁波。第一、第二充电装置112、212正确对位后，还包括以下步骤：

S5a：可动装置100发出一个充电信号。

S5b：充电座200收到该充电信号后开启第二充电装置212。

具体地，充电可动装置100停止移动后，定位模块406向确认模块412发送一个定位信号，此时确认模块412控制该信号发生器114发出一个充电信号。信号接收器214接收到该充电信号后，向充电模块502发出一个开启信号，此时充电模块502开启第二充电装置212。

可以理解，本发明的可动装置100的不限于上述实施方式中所提供结构特征。

可以理解，该第一充电装置及第二充电装置不限于本实施方式中提供的无线充电装置，也可以是其他形式的装置。如在可动装置100的第一充电装置112的位置设置一个由步进电机控制可伸出该本体101之外的插头(图未示)，在充电座200的第二充电装置212的位置设置一个对应该插头的插座(图未示)。当可动装置100与充电座200通过磁力开关106与磁性件206对接定位之后，该插头伸出本体101与该插座连接，从而实现充电座200对可动装置100的充电。

可以理解，接收器214与发生装置202是为了使第一电磁信号及第二电磁信号更好地在可动装置100与充电座200间传输。若第一电磁信号及第二电磁信号足够强，也可以将接收器214与发生装置202设置在定位部210，对应的，将控制模块220也设置在定位部210。此时可去除收发部211。

可以理解，若可动装置100中设置了一个自动平衡系统，能使可动装置100在走动的过程中保持平衡，辅助轮107也可以去除。

可以理解，该充电特征值不限于上述的充电功率，也可以是其它的充电特征值，如可动装置100接收到的电流大小。

可以理解，所述前进方向的一侧不限于该前进方向的右侧，也可以是左侧；所述设定的弧度不限于一个半圆，也可以是其它弧度。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (21)

1.一种自动充电系统，其包括一个可动装置及一个充电座；

该可动装置包括一个电磁传感器、两个磁力开关及设于该两磁力开关正中间的第一充电装置；

该充电座包括一个发生装置、两个分别对应该两磁力开关的磁性件及一个位于该两磁性件正中间的第二充电装置；该发生装置发出第一电磁信号以构建一通信范围；

该电磁传感器用于在该通信范围内接收该第一电磁信号，以引导该可动装置移动至该充电座；该两个磁力开关分别感测到该两个磁性件后该第二充电装置对该第一充电装置进行充电。

2.如权利要求1所述的自动充电系统，其特征在于，该可动装置包括一个本体及两个分别设置于该本体相对两侧的致动轮，每个致动轮包括一个凸出该本体之外的圆轮及一个驱动该圆轮转动的致动器。

3.如权利要求2所述的自动充电系统，其特征在于，该可动装置还包括一个第一控制单元，该电磁传感器、磁力开关、致动器及第一充电装置连接到该第一控制单元；该充电座还包括一个第二控制单元，该发生装置及第二充电装置连接到该第二控制单元。

4.如权利要求3所述的自动充电系统，其特征在于，该可动装置还包括一个可充电电池，该第一控制单元包括一个侦测模块、一个驱动模块、一个定位模块及一个搜索模块；侦测模块连接到搜索模块，搜索模块连接到定位模块及驱动模块，定位模块连接到驱动模块；该侦测模块连接到该电池，以侦测该电池电量是否低于设定的低电压值；该定位模块连接到该磁力开关，以控制及接收该磁力开关的状态，该搜索模块连接到该电磁传感器，以确定该电磁信号最强的方向，该驱动模块连接到该致动器以控制该致动器的转动。

5.如权利要求4所述的自动充电系统，其特征在于，该第一控制单元还包括一个定位模块；该定位模块连接到该搜索模块及驱动模块，该磁力开关连接到该定位模块；该定位模块用于开启该磁力开关及感测该磁力开关是否处于关闭状态。

6.如权利要求5所述的自动充电系统，其特征在于，该可动装置还包括一个信号发生器，该第一控制单元还包括一个确认模块；该确认模块连接到该定位模块，该确认模块连接到该信号发生器；该确认模块用于控制该信号发生器发出一个充电信号。

7.如权利要求6所述的自动充电系统，其特征在于，该充电座还包括一个信号接收器，该第二控制单元包括一个开启模块及一个充电模块；该开启模块连接到该信号接收器，该充电模块连接到该第二充电装置；该开启模块用于感测该信号接收器接是否接收到该充电信号，及，当信号接收器接接收到该充电信号后，发送一个开启信号到该充电模块；该开启信号用于通知该充电模块开启该第二充电装置。

8.如权利要求6或7所述的自动充电系统，其特征在于，该充电信号为红外信号。

9.如权利要求4所述的自动充电系统，其特征在于，该可动装置包括一个红外开关，该第一控制单元还包括一个避障模块；该避障模块连接到该驱动模块，该红外开关连接到避障模块；该红外开关用于可动装置前方是否有障碍物，当红外开关检测到可动装置前方有障碍物是，该避障模块用于向该驱动模块发送避障信号；驱动模块收到避障信号后驱动该可动装置绕开障碍物。

10.如权利要求2所述的自动充电系统，其特征在于，该本体包括一个半球壳状的上盖及一个贴近地面的圆形底板；该电磁传感器设置在该上盖前部；该底板包括两个沿该底板的圆心左右对称设置的方形通孔及两个具有一个长方体形腔体且对应覆盖在该通孔上的罩体；每个致动轮还包括一个转轴，每个致动器固定在该低板上；每个圆轮收容于一个该长方体形腔体中并通过该通孔延伸至该底板之外；每个转轴垂直设置于一个圆轮的中心且转轴的一端设置在罩体上，转轴的另一端连接到致动器；该两个电磁传感器分别设置在该罩体上且位于该两个致动轮的正上方。

11.如权利要求10所述的自动充电系统，其特征在于，该可动装置还包括两个辅助轮；该两个辅助轮沿该底板的圆心对称前后设置在该底板上；该两个致动轮凸出该底板的距离比该两个辅助轮凸出该底板的距离大。

12.一种自动充电方法，其包括以下步骤：

提供一个可动装置及一个充电座；该可动装置包括一个电磁传感器、两个磁力开关、一个位于该两磁力开关正中间的第一充电装置；该充电座包括一个发出第一电磁信号的发生装置、两个分别对应该两磁力开关的磁性件及一个位于该两磁性件正中间的第二充电装置；

当可动装置需要充电时，开启该电磁传感器，该可动装置调整位置以搜寻该第一电磁信号；

当电磁传感器收到该第一电磁信号时，该可动装置旋转并确定该第一电磁信号最强的方向；

该可动装置往该方向行走，直到该电磁传感器接收到的第一电磁信号的强度到达设定值；

开启该两个磁力开关；该可动装置调整位置，直到一个磁力开关关闭；该可动装置绕该关闭的磁力开关旋转直到另一个磁力开关关闭，此时第一、第二充电装置正确对位；

该第二充电装置对该第一充电装置充电。

13.如权利要求12所述的自动充电方法，其特征在于，该可动装置上设置有一个用于发出第二电磁信号的发生器，该充电座上设置有用于接收该第二电磁信号的接收器；在开启该电磁传感器前，还包括以下步骤：

当可动装置需要充电时，该发生器发出第二电磁信号；

该接收器接收到该第二电磁信号后，该发生装置便发出第一电磁信号。

14.如权利要求12所述的自动充电方法，其特征在于，该搜寻该第一电磁信号的方式为该可动装置行走、旋转或两者结合这三种方式之一。

15.如权利要求12所述的自动充电方法，其特征在于，该可动装置的前部上还设置有一个红外开关，其可于检测可动装置前方设定的检测范围内有无障碍物；在该可动装置往该第一电磁信号最强的方向行走的过程中，还包括以下步骤：

确认前方是否有障碍物；

当有障碍物落入该红外开关的检测范围时，该可动装置做出回避障碍物的动作，直到绕出障碍物；

该可动装置在原地旋转，由该电磁传感器重新确定出该第一电磁信号最强的方向，并继续往该方向行走。

16.如权利要求15所述的自动充电方法，其特征在于，该回避障碍物动作包括以下步骤：

该可动装置往旋转180度后再往其前进方向的一侧沿一个设定半径的圆形轨道行走一个设定的弧度，直到绕出该障碍物。

17.如权利要求12所述的自动充电方法，其特征在于，该调整位置的方式为该可动装置在以行走、旋转或两者结合这三种方式之一移动。

18.如权利要求12所述的自动充电方法，其特征在于，在该第二充电装置对该第一充电装置充电后，还包括以下步骤：

该可动装置读取接收到的充电特征值；

判断该充电特征值是否符合要求，如果没达到设定值，则该可动装置进行位置微调，直到充电特征值符合要求。

19.如权利要求18所述的自动充电方法，其特征在于，该位置微调方式为在该可动装置在附近位置以小幅度行走、旋转或两者结合这三种方式之一移动。

20.如权利要求19所述的自动充电方法，其特征在于，该小幅度是指每次行走的距离为0.5至3毫米；每次旋转的角度为1至15度。

21.如权利要求12所述的自动充电方法，其特征在于，该第一充电装置为无线充电接收装置，该第二充电装置为无线充电发射装置。

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