CN107508362A - 一种用于水下无线充电的机器人系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于水下无线充电的机器人系统，涉及水下无线充电系统。设有机器人系统、供电基站发射端和水下设备端；机器人系统包括接收端、发射端、控制器、收发器和水下激光对准装置；接收端包括第一接收线圈、接收匹配网络、整流滤波模块和供电电池；发射端包括供电电池、交流转换电路、发射匹配网络和第二发射线圈；供电基站发射端包括供电网络、AC‑DC开关电源、全桥高频逆变模块、供电匹配网络、第一发射线圈和驱动电路；水下设备端包括第二接收线圈、水下匹配网络、整流滤波模块和电池。通过基于磁共振的无线能量传输模块实现无线充电。机器人系统作为供电端，内置大容量电池作为供电源，通过机器人运往需要供电的设备端进行供电。
Description
技术邻域
本发明涉及水下无线充电系统，尤其是涉及一种用于水下无线充电的机器人系统。
背景技术
21世纪，人类正迎来开发海洋、利用海洋的新时代。随着高科技的蓬勃发展，海底观测网正逐步成为海洋科技领域的一个新的亮点，深海机电装备的能源提供以及深海与地面间通讯成为亟待解决的问题。传统的湿插拔插件，在导电的海水中，耐压密封也比较空难，可能发生漏电事故。今年来，非接触式电能传输技术不断发展，为解决上述问题提供了一个很好的解决办法。这样，既能够减少漏电的安全隐患，又可以增加设备的灵活性。
中国专利CN201310452939.7公开一种自适应水下无线充电装置，该发明适用于水下探测系统拥有一体化的防水外观，无线充电接收器嵌入在水下探测系统的表面，其运动机构负责整个无线充电接收器的平台运动，使无线充电器能够实时的与充电器发射平台贴合在一起。
中国专利CN 201410620807.5公开一种多功能水下感应耦合充电系统，包括水下工作站、供电端、设备端和耦合器，通过耦合模块实现无线充电，同时主控制芯片实时测量输入电压电流、功率芯片温度，接收输出电压电流数据，极大地提高了水下感应耦合充电系统的稳定性。
中国专利CN 201510541749.1公开一种水下机器人无线充电系统及其控制方法，所述水下无线充电系统包括耦合连接的发射端系统和接收端系统，该发明利用电磁感应原理对水下机器人进行无线充电，同时设计了一种充电功率控制算法，实现了对水下机器人充电机及控制。
中国专利CN 201610774799.9公开一种无线水下充电终端，接收端通过整流电路和逆变电源与恒流电路相连从而为电池充电；次级线圈绕在水下壳体的永磁柱上，充电时，通过在初级线圈产生的磁场与永磁柱端面的磁场形成反磁性产生吸引力进行水中定位。
分析以上所述关于水下无线充电相关技术，为水下设备的充电提供了非接触的解决方案，也可以在一定程度上增加了设备的灵活度。但是这些都需要水下设备移动到固定供电端，这样减少了设备的灵活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于水下无线充电的机器人系统。
本发明设有机器人系统、供电基站发射端和水下设备端；
所述机器人系统包括接收端、发射端、控制器、收发器和水下激光对准装置；所述收发器为GPS定位器，用于接收需要充电的设备端发送的位置信息，并将信息传送给控制器，控制器对所接收的信息进行分析、处理，控制机器人的动作系统，从而行驶到达设备端；所述收发器同时将机器人所处位置信息发送给供电基站，以供基站对机器人位置实时监控；水下激光对准装置用于水下机器人与供电基站或水下设备接近时对准接触，所述接收端、发射端、控制器、收发器和水下激光对准装置安装于机器人系统内部；
所述接收端包括第一接收线圈、接收匹配网络、整流滤波模块和供电电池；所述接收匹配网络与第一接收线圈产生谐振；第一接收线圈与第一发射线圈通过磁共振感应耦合得到第一发射线圈的信号，并转换成交流电；交流电经由整流滤波模块转换成直流电，给供电电池充电；
所述发射端包括供电电池、交流转换电路、发射匹配网络和第二发射线圈；所述交流转换电路连接至电池，交流转换电路经过发射匹配网络与第二发射线圈相连；所述交流转换电路包括DC-DC转换电路、高频逆变电路、驱动电路；所述交流转换电路用于将电池输出的直流电压转换成高频交流，传输给第二发射线圈；所述第二发射线圈经交流转换电路与供电电池连接，所述供电电池在供电基站时存储满电量，在水下设备端需要供电时，由机器人运往目的地给水下设备端供电；
所述供电基站发射端包括供电网络、AC-DC开关电源、全桥高频逆变模块、供电匹配网络、第一发射线圈和驱动电路；所述供电网络与AC-DC开关电源连接，AC-DC开关电源与全桥高频逆变模块相连，第一发射线圈通过供电匹配网络连接至AC-DC开关电源输出端；所述驱动电路用于产生频率的驱动信号以驱动全桥高频逆变模块；供电匹配网络采用补偿电容和电感与第一发射线圈产生谐振；
所述水下设备端包括第二接收线圈、水下匹配网络、整流滤波模块和电池；第二接收线圈与第二发射线圈通过磁共振感应耦合得到交流信号，交流信号经过整流滤波模块转换成直流电给电池供电。
所述驱动电路用于产生47kHz频率的驱动信号以驱动全桥高频逆变模块。
本发明通过基于磁共振的无线能量传输模块实现无线充电。所述机器人系统作为供电端，内置大容量电池作为供电源，通过机器人运往需要供电的设备端进行供电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将电池置于机器人内部，所述机器人系统相当于水下可自由移动的供电基站，解决了水下探测系统需要不断往返于供电基站和探测点以充电的问题，从而使得水下探测系统可地在探测地持续不间断地工作更长时间。
本发明主要是结合磁共振耦合式无线充电技术，在一个水下机器人中设计机器人系统的结构，可解决水下设备需要移动到供电基站充电的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明交流转换电路结构示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1和2，本发明实施例设有机器人系统1、供电基站发射端2和水下设备端3。
所述机器人系统1包括接收端11、发射端12、控制器13、收发器14和水下激光对准装置；所述收发器14为GPS定位器，用于接收需要充电的设备端发送的位置信息，并将信息传送给控制器13，控制器13对所接收的信息进行分析、处理，控制机器人的动作系统，从而行驶到达设备端；所述收发器14同时将机器人所处位置信息发送给供电基站，以供基站对机器人位置实时监控；水下激光对准装置用于水下机器人与供电基站或水下设备接近时对准接触，所述接收端11、发射端12、控制器13、收发器14和水下激光对准装置安装于机器人系统1内部。
所述接收端11包括第一接收线圈111、接收匹配网络112、整流滤波模块113和供电电池100；所述接收匹配网络112与第一接收线圈111产生谐振；第一接收线圈111与第一发射线圈216通过磁共振感应耦合得到第一发射线圈216的信号，并转换成交流电；交流电经由整流滤波模块113转换成直流电，给供电电池100充电。
所述发射端12包括供电电池100、交流转换电路121、发射匹配网络123和第二发射线圈124；所述交流转换电路121连接至电池，交流转换电路121经过发射匹配网络123与第二发射线圈124相连；所述交流转换电路121包括DC-DC转换电路1211、高频逆变电路1212、驱动电路1213；所述交流转换电路121用于将电池输出的直流电压转换成高频交流，传输给第二发射线圈124；所述第二发射线圈124经交流转换电路121与供电电池100连接，所述供电电池100在供电基站时存储满电量，在水下设备端3需要供电时，由机器人运往目的地给水下设备端3供电；
所述供电基站发射端2包括供电网络211、AC-DC开关电源212、全桥高频逆变模块214、供电匹配网络215、第一发射线圈216和驱动电路217；所述供电网络211与AC-DC开关电源212连接，AC-DC开关电源212与全桥高频逆变模块214相连，第一发射线圈216通过供电匹配网络215连接至AC-DC开关电源212输出端；所述驱动电路217用于产生47kHz驱动信号以驱动全桥高频逆变模块214；供电匹配网络215采用补偿电容和电感与第一发射线圈216产生谐振；
所述水下设备端3包括第二接收线圈311、水下匹配网络312、整流滤波模块313和电池314；第二接收线圈311与第二发射线圈124通过磁共振感应耦合得到交流信号，交流信号经过整流滤波模块313转换成直流电给电池314供电。
所述驱动电路217用于产生47kHz频率的驱动信号以驱动全桥高频逆变模块。
Claims (2)
1.一种用于水下无线充电的机器人系统，其特征在于设有机器人系统、供电基站发射端和水下设备端；
所述机器人系统包括接收端、发射端、控制器、收发器和水下激光对准装置；所述收发器为GPS定位器，用于接收需要充电的设备端发送的位置信息，并将信息传送给控制器，控制器对所接收的信息进行分析、处理，控制机器人的动作系统，从而行驶到达设备端；所述收发器同时将机器人所处位置信息发送给供电基站，以供基站对机器人位置实时监控；水下激光对准装置用于水下机器人与供电基站或水下设备接近时对准接触，所述接收端、发射端、控制器、收发器和水下激光对准装置安装于机器人系统内部；
所述接收端包括第一接收线圈、接收匹配网络、整流滤波模块和供电电池；所述接收匹配网络与第一接收线圈产生谐振；第一接收线圈与第一发射线圈通过磁共振感应耦合得到第一发射线圈的信号，并转换成交流电；交流电经由整流滤波模块转换成直流电，给供电电池充电；
所述发射端包括供电电池、交流转换电路、发射匹配网络和第二发射线圈；所述交流转换电路连接至电池，交流转换电路经过发射匹配网络与第二发射线圈相连；所述交流转换电路包括DC-DC转换电路、高频逆变电路、驱动电路；所述交流转换电路用于将电池输出的直流电压转换成高频交流，传输给第二发射线圈；所述第二发射线圈经交流转换电路与供电电池连接，所述供电电池在供电基站时存储满电量，在水下设备端需要供电时，由机器人运往目的地给水下设备端供电；
所述供电基站发射端包括供电网络、AC-DC开关电源、全桥高频逆变模块、供电匹配网络、第一发射线圈和驱动电路；所述供电网络与AC-DC开关电源连接，AC-DC开关电源与全桥高频逆变模块相连，第一发射线圈通过供电匹配网络连接至AC-DC开关电源输出端；所述驱动电路用于产生频率的驱动信号以驱动全桥高频逆变模块；供电匹配网络采用补偿电容和电感与第一发射线圈产生谐振；
所述水下设备端包括第二接收线圈、水下匹配网络、整流滤波模块和电池；第二接收线圈与第二发射线圈通过磁共振感应耦合得到交流信号，交流信号经过整流滤波模块转换成直流电给电池供电。
2.如权利要求1所述一种用于水下无线充电的机器人系统，其特征在于所述驱动电路用于产生47kHz频率的驱动信号以驱动全桥高频逆变模块。
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