CN104638702A - 室外机器人光伏充电系统 - Google Patents

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李健
徐方
邹风山
刘世昌
杨奇峰
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Abstract

本发明涉及一种室外机器人光伏充电系统，包括：总控制器、太阳能板、光伏控制器、电源模块、电量监控模块，其中，总控制器、光伏控制器以及电量监控模块通过总线进行数据交互，太阳能板将太阳能转换为电能，光伏控制器对电源模块的电量进行控制；电量监控模块获取电源模块的电量信息，总控制器根据电量信息向光伏控制器发送第一控制信号，光伏控制器根据第一控制信号对电源模块进行过充电保护或过放电保护。本发明采用双蓄电池供电的方式，实现了整体机器人系统的冗余供电。此外，基于当前任务和电池当前容量软件编程的电源管控系统使机器人更智能化，增加了机器人的任务量并提高了机器人能量控制的可靠性。

Description

室外机器人光伏充电系统
技术领域
本发明涉及机器人充电技术，尤其涉及一种室外机器人光伏充电系统。
背景技术
在现有技术中，侦查机器人、搜索机器人等室外机器人多为单能量源系统，即采用单块蓄电池组供电，其缺点是：（1）缺乏对电池状态的监控，目前室外机器人很少有对电池电量进行精确监控，也很少具备根据剩余电量和机器人当前任务状态作出综合评判机制，一般情况是通过预先估算来判断机器人电池电量状态，此种方式会影响机器人运行的高效性；（2）单蓄电池组供电冗余性不强，一旦蓄电池组损坏，系统无法正常运行，机器人在户外执行任务时采用无线控制方式，无维护人员跟随，一旦作为唯一能量源蓄电池组发生故障，系统将无法正常运行；（3）充电不便，影响机器人实用性，机器人受其所执行任务特点制约，充电较为困难，一次充电续航力很难满足复杂任务的需求，开发出一种可取代固定充电站的室外机器人新充电模式方案亟待解决。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种室外机器人光伏充电系统。
一种室外机器人光伏充电系统，包括：总控制器、太阳能板、光伏控制器、电源模块、电量监控模块，其中，所述总控制器、光伏控制器以及电量监控模块通过总线进行数据交互，所述太阳能板将太阳能转换为电能，所述光伏控制器对所述电源模块的电量进行控制；所述电量监控模块获取所述电源模块的电量信息，所述总控制器根据所述电量信息向所述光伏控制器发送第一控制信号，所述光伏控制器根据所述第一控制信号对所述电源模块进行过充电保护或过放电保护。
本发明提出的室外机器人采用双蓄电池供电的方式，实现了整体机器人系统的冗余供电，不但增加了电池容量，同时解决了因电池故障造成机器人无法正常运行问题。此外，基于当前任务和电池当前容量软件编程的电源管控系统使机器人更智能化，增加了机器人的任务量并提高了机器人能量控制的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例之一的室外机器人光伏充电系统结构图。
图2为本发明实施例之二的室外机器人光伏充电系统结构图。
图3为本发明实施例之三的室外机器人光伏充电系统结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
本发明提供一种室外机器人光伏充电系统。
如图1所示，本发明一实施例的室外机器人光伏充电系统包括：总控制器100、太阳能板200、光伏控制器300、电源模块400、电量监控模块500。其中，所述总控制器100、光伏控制器300以及电量监控模块400通过总线进行数据交互。
下面将对本发明提出的室外机器人光伏充电系统各组成部分及工作原理作进一步详细描述。
太阳能板200吸收太阳光、通过光电效应或者光化学效应将太阳辐射能直接或间接转换成电能。目前，单晶硅太阳能电池板因其高转换效率被广泛应用于太阳能发电系统。本发明可优选采用单晶硅太阳能电池板为电源模块400供电提供基础。
光伏控制器300用于对太阳能板200获取的电能进行调节和控制，其一方面把调整后的能量送往室外机器人的直流负载，另一方面把多余的能量送往电源模块400进行储存。
电源模块400充满电后，总控制器100要控制电源模块400不被过充电；当电源模块400所储存的电能放完时，总控制器100要控制蓄电池不被过放电，从而达到保护电源模块400的目的。具体地，电量监控模块500获取电源模块400的电量信息，总控制器100根据所述电量信息向光伏控制器300发送第一控制信号，光伏控制器300根据所述第一控制信号对电源模块400进行过充电保护或过放电保护。
进一步地，总控制器100可将所述电量信息与其预设的阈值进行对比。当所述电量信息大于某一阈值时，可认为再充电会对电源模块400造成过充电，总控制器100从向光伏控制器300发送控制信号，控制电源模块400不被过充电；当所述电量信息小于某一阈值时，可认为再放电会对电源模块400造成过放电，总控制器100从向光伏控制器300发送控制信号，控制电源模块400不被过放电。
电量监控模块500通过电量监控板实现。一般采用电流积分的方法来计算剩余电量。软件上采用的方法是假定每次运行电流一定，并且每次电池电量已经充满，测得每个电流值对应电池电压与放电时间的关系曲线，进而得到电量与电压的关系曲线。
优选地，电源模块400采用冗余双电源设计，可实现了整体机器人系统的冗余供电，这样不但增加了电池容量，同时解决了因电池故障造成室外机器人无法正常运行的问题，从而增加室外机器人运行时间，使室外机器人可执行时间长、距离远的任务。
进一步优选地，电源模块400采用磷酸铁锂电池组作为蓄电池组，磷酸铁锂电池是高比能量最高、性能最稳定锂电池，受室外机器人体积空间限制以及高能量比的要求，可优选采用磷酸铁锂电池组为室外机器人供电。
总控制器100的主要作用是实现对整个机器人系统进行控制，相当于系统的大脑，其与光伏控制器300、电量监控模块500通过CAN总线连接。
优选地，如图2所示，本发明提出的室外机器人光伏充电系统还包括与总控制器100无线连接的远程监控模块600，远程监控模块600可获取上述电量信息，并向工作人员展示。工作人员还可以通过远程监控模块600向总控制器100发送远程控制信号，总控制器100根据所述远程控制信号以及所述电量信息向光伏控制器300发送第二控制信号，光伏控制器300根据所述第二控制信号对电源模块400进行充电。
优选地，如图3所示，本发明提出的室外机器人光伏充电系统还包括用于控制所述室外机器人的运动控制模块700。进一步优选地，运动控制模块700由多个驱动控制板组成，所述驱动控制板通过码盘实现位置闭环，从而达到运动部分精确控制的目的。
由于室外机器人应用场合的特殊性，远程监控模块600与总控制器100可优选采用工业无线网卡进行无线连接，其传输距离可达到上千米。
本发明提出的室外机器人光伏充电系统在充电方面采用光伏充电方式，在能量源部分优选采用冗余双电电源设计，利用了太阳能电池板、光伏控制器、蓄电池组、机器人主控制器等组成整套控制系统，通过CAN总线把机器人主控制器、电量监控部分和光伏充电控制器连接起来，并通过无线网络实现远程实时监控功能。通过电量监控部分检测当前蓄电池状态来判断机器人是否需要充电。如电池电量低于机器人完成当前任务下限值，可通过软件编程或远程人工控制机器人进行太阳能充电。
本发明提出的室外机器人光伏充电系统克服了充电站固定式充电对机器人执行长距离任务带来的不便，采用双蓄电池供电的方式，实现了整体机器人系统的冗余供电，不但增加了电池容量，同时解决了因电池故障造成机器人无法正常运行问题，达到了增加机器人运行时间，使机器人可执行时间长、距离远的任务的目的。此外，基于当前任务和电池当前容量软件编程的电源管控系统使机器人更智能化，增加了机器人的任务量并提高了机器人能量控制的可靠性。
此外，本发明提出的光伏充电系统还可以应用于混合动力汽车、无人机等行业。针对于不同行业的应用不同，将光伏充电系统与应用领域原能量控制系统整合，即可实现户外充电。
虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来解释和说明本发明的技术方案，而并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、变形、改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种室外机器人光伏充电系统，包括：总控制器、太阳能板、光伏控制器、电源模块、电量监控模块，其中，所述总控制器、光伏控制器以及电量监控模块通过总线进行数据交互，所述太阳能板将太阳能转换为电能，所述光伏控制器对所述电源模块的电量进行控制，所述电量监控模块获取所述电源模块的电量信息，所述总控制器根据所述电量信息向所述光伏控制器发送第一控制信号，所述光伏控制器根据所述第一控制信号对所述电源模块进行过充电保护或过放电保护。
2.根据权利要求1所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，还包括与所述总控制器无线连接的远程监控模块，所述远程监控模块获取所述电量信息；所述远程监控模块向所述总控制器发送远程控制信号，所述总控制器根据所述远程控制信号以及所述电量信息向所述光伏控制器发送第二控制信号，所述光伏控制器根据所述第二控制信号对所述电源模块进行充电。
3.根据权利要求1所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，还包括用于控制所述室外机器人的运动控制模块。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，所述电源模块采用冗余双电源设计。
5.根据权利要求4所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，所述电源模块采用磷酸铁锂电池组作为蓄电池组。
6.根据权利要求1所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，所述太阳能板为单晶硅太阳能电池板。
7.根据权利要求2所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，所述远程监控模块与所述总控制器通过工业无线网卡进行无线连接。
8.根据权利要求3所述的室外机器人光伏充电系统，其特征在于，所述运动控制模块包括至少一个驱动控制板，所述驱动控制板通过码盘实现位置闭环。
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