CN106356932A - 具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线充电技术，具体涉及具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，包括机器人充电待充区，充电装置发射端和机载充电接收端；充电装置发射端包括电源模块、功率震荡模块、发射线圈、RFID阅读器、功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块；载充电接收端包括蓄电池、整流稳压模块、接收线圈、RFID电子标签、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块；发射线圈与接收线圈通过磁共振进行无线传能，RFID阅读器与RFID电子标签之间进行信号交互，无线通讯接收模块与无线通讯发射模块之间进行无线信息传递。该系统对环境的适应性较强，能自动适应机器人的停靠方向，提升电能传输效率，降低对机器人停靠位置的要求。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统。
背景技术
如今，电网规模不断扩大、设备不断增加，变电站人工巡检成本随着规模的扩展不断提高，且人工巡检会存在主观原因上疏漏；而恶劣天气情况时，安排人工巡检困难较大，采用变电站智能巡检机器人无疑能够很好的解决这个问题。要保证电能的持续供应，维持变电站智能巡检机器人正常工作，无线供电装置的研发被放上了重要议程。
现有的无线传能技术至少包括以下五个方向：电磁感应式、电磁共振式、微波式、超声波式及激光式。
其中，电磁共振式无线充电的原理是与音叉的共振原理相同。排列在一个磁场中的有相同振动频率的线圈，由于其振动频率特性相同可以实现能量从一个线圈向另一个线圈的电能传输。特点是传输距离较远、可实现一对多传能，但传输效率偏低，适用于中等功率的中等距离传输。
为了对智能机器人进行无线充电，追求充电效率，这就要求智能机器人的停靠位置的精确度高或者需要人工操作。
此后出现的线圈位置自适应的无线充电器，具有此类功能的充电器大多采用直线电机控制线圈之间距离，在实际智能机器人充电的应用场合下无法达到自适应耦合角度的要求，并且线圈可以调节的范围有限。
发明内容
本发明的目的是提供对环境适应性较强，人工操控要求较低，能自适应机器人的停靠方向，提升电能传输效率，对机器人充电停靠位置精度要求不高的无线充电系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，包括机器人充电待充区，充电装置发射端和机载充电接收端；所述充电装置发射端包括电源模块、功率震荡模块、发射线圈、RFID阅读器、功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块；所述载充电接收端包括蓄电池、整流稳压模块、接收线圈、RFID电子标签、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块；所述电源模块依次连接功率震荡模块和发射线圈，所述RFID阅读器依次连接功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块，所述功率控制模块与功率震荡模块连接，所述方向控制模块与发射线圈连接；所述接收线圈依次连接整流稳压模块、蓄电池、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块，所述功率检测模块与接收线圈相连；所述发射线圈与接收线圈通过磁共振进行无线传能，所述RFID阅读器与RFID电子标签之间进行信号交互，所述无线通讯接收模块与无线通讯发射模块之间进行无线信息传递。
在上述的具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统中，所述机器人充电待充区为直径80cm的半圆。
在上述的具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统中，所述发射线圈与接收线圈在同一高度，所述发射线圈沿直径80cm半圆的机器人充电待充区边界自由移动，以适应接收线圈的朝向。
在上述的具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统中，所述充电装置发射端完成RFID电子标签识别，所述机载充电接收端接收到的功率与蓄电池电量信息通过无线通讯模块反馈至充电装置发射端，充电装置发射端根据反馈信息计算功率传输效率与充电进度，若充电未完成而功率传输效率未达到设定值，则方向控制模块调整功率发射线圈的方向；若充电完成，则由功率控制模块调整功率震荡模块减小输出，停止充电。
具体实现时：具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，包含充电装置发射端与机载充电接收端，其中充电装置发射端：电源模块为功率震荡模块提供输入功率；功率震荡模块将电源模块输入的功率震荡至高频，使发射线圈、接收线圈发生磁共振，实现无线传能；发射线圈发射功率震荡模块震荡出的高频震荡电磁波；RFID阅读器检测识别机器人RFID电子标签信号，以完成机器人编号身份识别；功率控制模块根据无线通讯接收模块传递的机载充电接收端的能量和蓄电池工作状态，控制功率震荡模块转换功率的大小；方向控制模块控制发射线圈的方向，令发射线圈自动适应接收线圈的方位，使接收效率最大化；无线通讯接收模块接收无线通讯发射模块传来的功率、传输效率及电池状态等充电状态信息；其中充电装置发射端：接收线圈接收发射线圈所发射的电磁能量；整流稳压模块将接收线圈接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向蓄电池供电；RFID电子标签发送机器人编号等信号给RFID阅读器；功率检测模块检测接收端接收的能量，并通过无线通讯发射模块反馈至充电装置发射端；电池检测模块检测蓄电池工作状态，并通过无线通讯发射模块反馈至充电装置发射端。
为了提高无线充电效率，抑制发射接收线圈因对位不准造成接收功率下降，系统的发射线圈可在直径80cm半圆的机器人充电待充区边界自由移动，方向控制模块能够依据实时电能传输效率，调整发射线圈自动适应接收端线圈的朝向，提高线圈之间互感，使系统处于强耦合状态，从而提高系统的电能传输效率。
当智能机器人在充电区域停稳之后，充电装置发射端辨识出正确的RFID电子标签，机载充电接收端将接收到的功率与蓄电池电量信息通过无线通讯模块反馈回充电装置发射端，充电装置发射端根据以上信息计算出功率传输效率与充电进度，若充电未完成而功率传输效率未达到设定值则由方向控制模块调整功率发射线圈方向，提高充电效率；若充电完成，则由功率控制模块调整功率震荡模块减小输出，停止充电。
本发明的有益效果，该无线充电系统对环境的适应性较强，工作运行时对人工操控要求较低，能自动适应机器人的停靠方向，提升电能传输效率，降低对机器人充电时停靠位置的要求。
附图说明
图1为本发明一个实施例整体功能示意图；
图2为本发明一个实施例发射线圈及接收线圈俯视图；
图3为本发明一个实施例工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本实施例采用如下技术方案，具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，包括机器人充电待充区，充电装置发射端和机载充电接收端；所述充电装置发射端包括电源模块、功率震荡模块、发射线圈、RFID阅读器、功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块；所述载充电接收端包括蓄电池、整流稳压模块、接收线圈、RFID电子标签、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块；所述电源模块依次连接功率震荡模块和发射线圈，所述RFID阅读器依次连接功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块，所述功率控制模块与功率震荡模块连接，所述方向控制模块与发射线圈连接；所述接收线圈依次连接整流稳压模块、蓄电池、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块，所述功率检测模块与接收线圈相连；所述发射线圈与接收线圈通过磁共振进行无线传能，所述RFID阅读器与RFID电子标签之间进行信号交互，所述无线通讯接收模块与无线通讯发射模块之间进行无线信息传递。
进一步，所述机器人充电待充区为直径80cm的半圆。
进一步，所述发射线圈与接收线圈在同一高度，所述发射线圈沿直径80cm半圆的机器人充电待充区边界自由移动，以适应接收线圈的朝向。
更进一步，所述充电装置发射端完成RFID电子标签识别，所述机载充电接收端接收到的功率与蓄电池电量信息通过无线通讯模块反馈至充电装置发射端，充电装置发射端根据反馈信息计算功率传输效率与充电进度，若充电未完成而功率传输效率未达到设定值，则方向控制模块调整功率发射线圈的方向；若充电完成，则由功率控制模块调整功率震荡模块减小输出，停止充电。
实施例的具体实施过程：如图1所示，无线充电系统包含充电装置发射端与机载充电接收端，其中充电装置发射端包含：电源模块，为功率震荡模块提供输入功率；功率震荡模块，将电源模块输入的功率震荡至高频，使发射线圈、接收线圈发生磁共振，实现无线传能；发射线圈，发射功率震荡模块震荡出的高频震荡电磁波；RFID阅读器，检测识别机器人RFID电子标签信号，以完成机器人编号身份识别；功率控制模块，根据无线通讯接收模块传递的检测接收端接收的能量和蓄电池工作状态，控制功率震荡模块的转换功率的大小；方向控制模块，控制发射线圈的方向，令发射线圈自动适应接收线圈的方位，使接收效率最大化；无线通讯接收模块，接收无线通讯发射模块传来的功率、传输效率及电池状态等充电状态信息；其中充电装置发射端包含：接收线圈，接收发射线圈所发射的电磁能量；整流稳压模块，将接收线圈接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向蓄电池供电；RFID电子标签，发送机器人编号等信号给RFID阅读器；功率检测模块，检测接收端接收的能量，并通过无线通讯发射模块反馈至充电装置发射端；电池检测模块，检测蓄电池工作状态，并通过无线通讯模块反馈至发射端。
如图2所示，系统发射线圈与接收线圈在同一高度垂直放置，系统的发射线圈可在直径80cm半圆的机器人充电待充区边界自由移动，不论接收线圈位于何位置，发射线圈总能自动适应接收端线圈的朝向，提高线圈之间互感，使系统处于强耦合状态，提高系统效率。
如图3所示，当智能机器人在充电区域停稳之后，充电装置发射端辨识出正确的RFID电子标签，机载充电接收端将接收到的功率与蓄电池电量信息通过无线通讯模块反馈回充电装置发射端，充电装置发射端根据以上信息计算出功率传输效率与充电进度，若充电未完成而功率传输效率未达到设定值则由方向控制模块调整功率发射线圈方向，提高充电效率；若充电完成，则由功率控制模块调整功率震荡模块减小输出，停止充电。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (4)
1.具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，其特征在于，包括机器人充电待充区，充电装置发射端和机载充电接收端；所述充电装置发射端包括电源模块、功率震荡模块、发射线圈、RFID阅读器、功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块；所述载充电接收端包括蓄电池、整流稳压模块、接收线圈、RFID电子标签、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块；所述电源模块依次连接功率震荡模块和发射线圈，所述RFID阅读器依次连接功率控制模块、方向控制模块和无线通讯接收模块，所述功率控制模块与功率震荡模块连接，所述方向控制模块与发射线圈连接；所述接收线圈依次连接整流稳压模块、蓄电池、电池检测模块、功率检测模块和无线通讯发射模块，所述功率检测模块与接收线圈相连；所述发射线圈与接收线圈通过磁共振进行无线传能，所述RFID阅读器与RFID电子标签之间进行信号交互，所述无线通讯接收模块与无线通讯发射模块之间进行无线信息传递。
2.如权利要求1所述的具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，其特征在于，所述机器人充电待充区为直径80cm的半圆。
3.如权利要求2所述的具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈与接收线圈在同一高度，所述发射线圈沿直径80cm半圆的机器人充电待充区边界自由移动，以适应接收线圈的朝向。
4.如权利要求1所述的具有方向自适应线圈结构的智能机器人无线充电系统，其特征在于，所述充电装置发射端完成RFID电子标签识别，所述机载充电接收端接收到的功率与蓄电池电量信息通过无线通讯模块反馈至充电装置发射端，充电装置发射端根据反馈信息计算功率传输效率与充电进度，若充电未完成而功率传输效率未达到设定值，则方向控制模块调整功率发射线圈的方向；若充电完成，则由功率控制模块调整功率震荡模块减小输出，停止充电。
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