CN107508390A - 一种巡检机器人无线充电系统及方法 - Google Patents

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薄斌
周志成
胡成博
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Abstract

本发明公开了一种巡检机器人无线充电系统及方法，方法包括：1，巡检机器人检测到电池电量不足时，巡检机器人驶向地面充电区域，并同时采集磁导航传感器采到的磁条信号，当连续采到两次磁条信号时，控制巡检机器人停车；2，巡检机器人在地面充电区域停车后，通过机器人无线通讯模块向地面充电装置发送充电请求；地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置向外发射电能，无线电能接收装置接收无线电能发射装置传输的能量经电池充电电路给电池进行充电；3，当巡检机器人电池电量充满后，巡检机器人向地面充电装置发出断电请求，并离开此地面充电区域继续执行任务。本发明采用磁导航传感器对巡检机器人定位，其定位准确、成本较低、可靠性高。

Description

一种巡检机器人无线充电系统及方法
技术领域
本发明涉及变电站巡检机器人无线供电技术领域，具体涉及一种用于巡检机器人无线充电系统及方法。
背景技术
随着机器人技术的快速发展以及变电站巡检工作无人化发展的需要，巡检机器人在无人值守变电站、线路巡线等方面的应用越来越广泛。巡检机器人能够长期工作的前提是机器人在电量不足时能够迅速、精确的停在无线充电区域。如何确保巡检机器人在无线充电时定位的精度与准确性，已成为国内外专家学者研究的热点问题。
目前已存在多种巡检机器人的定位技术，有铺设固定轨道导航方法、GPS定位导航方法、人工标志定位方法等，但是用于巡检机器人无线充电系统的定位技术方法较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种巡检机器人无线充电系统及方法，采用磁导航传感器对巡检机器人定位，其定位准确、成本较低、可靠性高，适于长期工作的巡检机器人通过无线方式进行充电使用。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种巡检机器人无线充电系统，其特征是，包括分散设置在巡检路线上地面充电区域内的地面充电装置、设置在地面充电区域两端的磁条，以及按照巡检路线行驶的巡检机器人；
地面充电装置安装在地面充电区域内路面下方，位于两端磁条之间，且两磁条间距略大于巡检机器人车体长度；
地面充电装置包括充电控制器、路面无线通信模块、以及无线电能发射装置，充电控制器连接路面无线通信模块，以与巡检机器人中机器人无线通信模块连接通信；充电控制器的输出端连接无线电能发射装置以控制其向外发射电能；
巡检机器人包括安装在机器人体内的控制模块、无线电能接收装置、电池充电电路、电池和机器人无线通信模块，以及安装在机器人车体头部下方的磁导航传感器；
控制模块连接机器人无线通信模块，以向充电控制器发送充电/断电请求；
无线电能接收装置的输出端依次连接电池充电电路以及电池，无线电能接收装置用于接收无线电能发射装置传输的能量，经电池充电电路给电池进行充电；
电池的输出端连接控制模块以实时获取电池的容量。
进一步的，所述磁导航传感器采用JH-16 型磁导航传感器。
进一步的，机器人无线通信模块和地面无线通信模块采用蓝牙、红外或2.4GHz无线通信方式。
进一步的，机器人无线通信模块和地面无线通信模块采用nrf24l01无线通信芯片。
相应的，本发明还提供了一种基于上述无线充电系统的无线充电方法，包括以下步骤：
步骤S1，巡检机器人实时获取电池的容量，当检测到电池电量不足时，通过控制模块使巡检机器人驶向地面充电区域，并同时采集磁导航传感器采到的磁条信号，当连续采到两次磁条信号时，通过控制模块控制巡检机器人停车；
步骤S2，巡检机器人在地面充电区域停车后，通过机器人无线通讯模块向地面充电装置发送充电请求；地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置向外发射电能，无线电能接收装置接收无线电能发射装置传输的能量经电池充电电路给电池进行充电；
步骤S3，当巡检机器人电池电量充满后，巡检机器人向地面充电装置发出断电请求信号，并离开此地面充电区域继续执行任务；地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置停止向外发射电能。
进一步的，所述磁导航传感器采用JH-16 型磁导航传感器。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明的无线充电系统采用磁耦合谐振式无线电能传输技术，保证了无线电能传输的效率，采用磁导航传感器对巡检机器人定位，其定位准确、成本较低、可靠性高，适于长期工作的巡检机器人通过无线方式进行充电使用，有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明定位系统的结构示意图；
图2是本发明定位方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的巡检机器人无线充电系统，包括分散设置在巡检路线上地面充电区域内的地面充电装置、设置在地面充电区域两端的磁条，以及按照巡检路线行驶的巡检机器人；
地面充电装置安装在地面充电区域内路面下方，位于两个磁条之间，且两磁条间距略大于巡检机器人长度；
地面充电装置包括充电控制器、路面无线通信模块、以及无线电能发射装置，充电控制器连接路面无线通信模块，以与巡检机器人中机器人无线通信模块连接通信；充电控制器的输出端连接无线电能发射装置以控制其向外发射电能；
巡检机器人包括安装在机器人体内的控制模块、无线电能接收装置、电池充电电路、电池和机器人无线通信模块，以及安装在机器人车体头部下方的磁导航传感器；
控制模块连接机器人无线通信模块，以向充电控制器发送充电/断电请求；
无线电能接收装置的输出端依次连接电池充电电路以及电池，无线电能接收装置用于接收无线电能发射装置传输的能量，经电池充电电路给电池进行充电；
电池的输出端连接控制模块以实时获取电池的容量。
在本发明实施例中，所述巡检机器人无线充电方式采用无线电能发射装置+无线电能接收装置组合，即发射线圈和接收线圈，为磁耦合谐振式无线电能传输技术，保证了无线电能传输的效率。
所述磁导航传感器采用现有技术中JH-16 型磁导航传感器，JH-16 型磁导航传感器能够检测磁条上方100gauss以下的磁场强度，每一个采样点有一路数字信号对应输出，其定位准确、成本较低、可靠性高。
控制模块、充电控制器可以采用现有技术中的DSP、单片机或MCU等实现，控制模块用于控制巡检机器人进行行驶、停车等运动；充电控制器用于控制地面充电装置是否进行充电。无线通信模块可采用现有技术中蓝牙、红外或2.4GHz无线通信方式，如采用nrf24l01无线通信芯片实现2.4GHz无线通信。电池充电电路用于将无线电能接收装置接收的电能转为直流为电池充电，具体电路参见现有技术。
基于上述无线充电系统的无线充电方法，如图2所示为巡检机器人无线充电方法的流程图，包括以下步骤：
步骤S1，巡检机器人实时获取电池的容量，当检测到电池电量不足时（或者说低于充电阈值时），通过控制模块使巡检机器人驶向地面充电区域，并同时采集磁导航传感器采到的磁条信号，当连续采到两次磁条发出的信号时，通过控制模块控制巡检机器人停车；
在巡检机器人行驶过程中，当磁导航传感器第一次采到磁条发出的信号时，说明巡检机器人已进入地面充电区域，当磁导航传感器两次次采到磁条发出的信号时，说明巡检机器人正对地面充电装置，通过控制模块给机器人发出停车信号，此时机器人所处位置为无线充电点。
通过磁导航传感器两次检测信号实现机器人的精确定位，其定位准确、成本较低、可靠性高，适于长期工作的巡检机器人通过无线方式进行充电使用，有很强的实用性。
步骤S2，巡检机器人在地面充电区域停车后，通过机器人无线通讯模块向地面充电装置发送充电请求；地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置向外发射电能，无线电能接收装置接收无线电能发射装置传输的能量经电池充电电路给电池进行充电；
步骤S3，当巡检机器人电池电量充满后，巡检机器人向地面充电装置发出断电请求信号，并离开此地面充电区域继续执行任务，地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置停止向外发射电能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种巡检机器人无线充电系统，其特征是，包括分散设置在巡检路线上地面充电区域内的地面充电装置、设置在地面充电区域两端的磁条，以及按照巡检路线行驶的巡检机器人；
地面充电装置安装在地面充电区域内路面下方，位于两端磁条之间，且两磁条间距略大于巡检机器人车体长度；
地面充电装置包括充电控制器、路面无线通信模块、以及无线电能发射装置，充电控制器连接路面无线通信模块，以与巡检机器人中机器人无线通信模块连接通信；充电控制器的输出端连接无线电能发射装置以控制其向外发射电能；
巡检机器人包括安装在机器人体内的控制模块、无线电能接收装置、电池充电电路、电池和机器人无线通信模块，以及安装在机器人车体头部下方的磁导航传感器；
控制模块连接机器人无线通信模块，以向充电控制器发送充电/断电请求；
无线电能接收装置的输出端依次连接电池充电电路以及电池，无线电能接收装置用于接收无线电能发射装置传输的能量，经电池充电电路给电池进行充电；
电池的输出端连接控制模块以实时获取电池的容量。
2. 根据权利要求1所述的一种巡检机器人无线充电系统，其特征是，所述磁导航传感器采用JH-16 型磁导航传感器。
3.根据权利要求1所述的一种巡检机器人无线充电系统，其特征是，机器人无线通信模块和地面无线通信模块采用蓝牙、红外或2.4GHz无线通信方式。
4.根据权利要求1所述的一种巡检机器人无线充电系统，其特征是，机器人无线通信模块和地面无线通信模块采用nrf24l01无线通信芯片。
5.基于权利要求1-4任一项所述无线充电系统的无线充电方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，巡检机器人实时获取电池的容量，当检测到电池电量不足时，巡检机器人驶向地面充电区域，并同时采集磁导航传感器采到的磁条信号，当连续采到两次磁条信号时，控制巡检机器人停车；
步骤S2，巡检机器人在地面充电区域停车后，通过机器人无线通讯模块向地面充电装置发送充电请求；地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置向外发射电能，无线电能接收装置接收无线电能发射装置传输的能量经电池充电电路给电池进行充电；
步骤S3，当巡检机器人电池电量充满后，巡检机器人向地面充电装置发出断电请求，并离开此地面充电区域继续执行任务；地面充电装置接收此请求控制无线电能发射装置停止向外发射电能。
6. 根据权利要求5所述的一种巡检机器人无线充电方法，其特征是，所述磁导航传感器采用JH-16 型磁导航传感器。
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