CN109768607B - 一种机器人使用的智能控制自动充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人使用的智能控制自动充电系统及方法，本方案整合金属触点接触式/无线充电的优劣，提高充电触点对准精度，降低触点接触产生触电或火花的风险，发挥金属触点接触式充电效率高，无线充电连接速度快的优势，自动识别充电连接方式，根据场景需求，实现金属触点接触式充电/无线充电的智能控制，并对电池充电曲线进行合理的动态控制，降低充电损耗。

Description

一种机器人使用的智能控制自动充电系统及方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人使用的智能控制自动充电系统及方法。

背景技术

目前机器人使用的自动充电系统主要有金属触点接触式和无线充电两种：1)金属触点接触式自动充电系统，包括机器人和充电座，机器人使用自主导航，建立地图和坐标系，需充电时，对障碍物自动避障，并对充电座进行精确坐标识别，机器人尾部的电极与充电座电极垂直对接，校验充电逻辑后，便可通过对准的电极开始充电。机器人与充电座之间的充电电极大小，以及充电座向机器人供给的充电电流，限制了充电电流和充电效率。2)无线充电自动充电系统，充电座包含供电电源和无线充电发射器，在机器人端则安装无线充电接收器和充电控制器。机器人使用自主导航方案，建立地图和坐标系，需充电时，对障碍物自动避障，并对充电座进行精确坐标识别，当机器人中的无线充电接收器与充电座的无线充电发射器对准，逻辑校验成功时，就可以实现充电座对机器人的无线感应充电。

现有技术中存在一些缺点：1)金属触点接触式自动充电系统，充电效率高，触点接触有产生触电或火花的风险，且充电触点对准精度低，导致建立充电连接慢。2)无线自动充电系统，充电对准建立连接速度快，但充电电流较小，损耗较大，充电速度较慢的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种机器人使用的智能控制自动充电系统及方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种机器人使用的智能控制自动充电系统，包括充电装置，该充电装置为机器人提供金属触点接触充电、无线充电或金属触点接触充电和无线充电两者组合充电；所述的充电装置包括：充电座和机器人，充电座由供电电源、第一充电逻辑控制电路、无线充电发射器、第一金属触点电极和定位销组成，所述机器人的充电电路包括无线充电接收器、第二金属触点电极、销孔、第二充电逻辑控制电路、电池充电电路以及电池；其中，所述无线充电发射器用于充电座向机器人的无线充电接收器对准并充电；第一、第二金属触点电极用于接触充电的对准以及充电通流。

优选的，所述供电电源用于将输入的220V交流电源转换为直流电源。

优选的，所述第一、第二充电逻辑控制电路用于过流保护、检测充电状态以及控制无线充电或金属触点接触充电的通路。

优选的，所述充电座的定位销、机器人接收端的销孔用于提高充电座与机器人的对接精度。

优选的，所述定位销设置为外窄内宽的梯形柱体，所述销孔设置为外宽内窄的梯形柱体。

优选的，所述电池充电电路用于控制电池充电电压电流曲线。

优选的，所述充电电路可根据通路损耗动态调整充电电流和组合充电方式，从而获得最优的充电效率。

一种应用于机器人使用的智能控制自动充电系统中的机器人使用的智能控制自动充电方法，包括步骤：

1)机器人使用自主导航，建立地图和坐标系，需充电时，对障碍物自动避障，并对充电座进行精确坐标识别，自动导航至充电点与充电座进行对接；

2)机器人是否检测到充电座输出的TTL信号；若是，执行步骤3)；否则将退出自动充电，延时重新进入充电流程；

3)判断是充电座的金属触点还是无线充电发射器输出的信号，若机器人检测到所述金属触点输出的信号，则执行步骤4)；若机器人检测到所述无线充电发射器输出的信号，则执行步骤5)；

4)机器人打开内部金属触点充电通道，并检测充电座的金属触点电极端的电压大小，若为电池电压，充电座打开内部金属触点充电通道，开始自动充电，否则，充电座将退出自动充电流程；

5)机器人打开无线充电接收器充电通道，所述无线充电发射器与机器人的无线充电接收器进行逻辑校验，若校验成功，所述无线充电发射器打开充电通道，开始自动充电，否则，充电座和机器人均退出自动充电流程。

进一步地，所述步骤3)进一步包括：若机器人同时检测到金属触点和无线充电发射器输出的信号，且均能进入自动充电流程，充电座和机器人内部根据金属触点充电通道和无线充电通道的充电压降损耗，对各通道的充电电流进行动态调整。

进一步地，充电座和机器人均支持快速充电。

与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：

1、可在一定的空间中实现金属触点接触充电、无线充电独立或组合的充电方式，充电座可适配多种组合配置的机器人，可兼顾成本型和性能型的机器人。

2、充电座及机器人的充电电路，可根据硬件通路损耗，软件动态调整充电电流或组合充电方式，以此获得最优的充电效率，相比现有技术固定的电压电流充电曲线，可降低电路老化的风险，并减少充电过程中的能源损耗。

3、充电接口保护电路及逻辑控制电路，因充电座默认输出TTL信号、机器人端充电电极默认不带电，充电电极均在逻辑电路的控制下进行有效的通断，可有效降低触点接触产生触电或火花的风险，并防止机器人外部充电电极意外短路造成机器损坏。

4、充电座的定位销为外端窄内端粗的梯形柱体，而机器人上的销孔为外端大内端小的梯形柱体，机器人与充电座对接时，充电座的定位销上较窄的外端，首先与机器人销孔上较小的内端对接，允许机器人自主导航存在较大误差，定位销与销孔在两者对接过程中逐渐提高了充电触点的定位精度。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明的机器人使用的智能控制自动充电系统图；

图2为本发明的机器人使用的智能控制自动充电方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种机器人使用的智能控制自动充电系统及方法，本方案整合金属触点接触式/无线充电的优劣，提高充电触点对准精度，降低触点接触产生触电或火花的风险，发挥金属触点接触式充电效率高，无线充电连接速度快的优势，自动识别充电连接方式，根据场景需求，实现金属触点接触式充电/无线充电的智能控制，并对电池充电曲线进行合理的动态控制，降低充电损耗。

自动充电系统包括：充电装置，该充电装置具有为机器人提供金属触点接触充电，无线充电，两者组合充电的功能。

如图1所示，充电座由供电电源、充电逻辑控制电路、无线充电发射器、金属触点电极、定位销组成，而机器人端的充电电路由无线充电接收器、金属触点电极、销孔、充电逻辑控制电路、电池充电电路、电池组成。

充电座的定位销、机器人上的销孔用于提高两者对接时的精度，充电座的供电电源将220V交流电源转换为直流电源，充电逻辑控制电路用于过流保护、检测充电状态、控制无线或触点接触充电的通路等，无线充电发射器用于充电座向机器人端的无线充电接收器对准并充电，金属触点电极用于接触充电的对准以及充电通流，机器人内的电池充电电路用于控制电池充电电压电流曲线，保证电芯寿命。

针对该充电装置的充电流程如图2所示，充电座默认输出TTL信号，为弱电信号，内置防浪涌电路，可有效抑制金属触点对接摩擦产生的瞬间尖峰电压，而机器人端的金属触点充电接口默认无电压输出，可有效保护机器人充电接口，防止外部出现短路等意外事件，而机器人端的无线充电接收器在开始自动充电流程时进入待机检测状态。

机器人使用自主导航，建立地图和坐标系，需充电时，对障碍物自动避障，并对充电座进行精确坐标识别，自动导航至充电点与充电座对接。若机器人检测到充电座输的TTL信号，将判断是金属触点还是无线充电发射器输出的信号，否则将退出自动充电，延时重新进入充电流程。

若机器人检测到充电座金属触点输出的信号，机器人将打开内部金属触点充电通道，此时，充电座触点电极将检测电压大小，若为电池电压，充电座将打开内部金属触点充电通道，开始自动充电，否则，充电座将退出自动充电流程，机器人由于没有充电输入源，也将退出自动充电流程。

若机器人检测到充电座无线发射器输出的信号，机器人将打开无线充电接收器充电通道，充电座无线充电发射器与机器人无线充电接收器将进行逻辑校验，若校验成功，充电座无线发射器将打开充电通道，开始自动充电，否则，充电座和机器人都将退出自动充电流程。

若机器人同时检测到充电座金属触点和无线发射器输出的信号，且均能进入自动充电流程，充电座和机器人内部将根据两个通道的充电压降损耗，对各通道的充电电流进行动态调整，以此达到减小损耗的目的。另外，若充电座和机器人均支持快速充电，两个通道将根据电池的可持续充电最大电流进行充电，大大缩短充电时间。

本发明还提供了一种非易失性存储介质，其包括一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令在执行时实现上述充电方法。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，同样属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于机器人使用的智能控制自动充电系统中的机器人使用的智能控制自动充电方法，机器人使用的智能控制自动充电系统包括充电装置，该充电装置为机器人提供金属触点接触充电、无线充电或金属触点接触充电和无线充电两者组合充电；所述的充电装置包括：充电座和机器人，充电座由供电电源、第一充电逻辑控制电路、无线充电发射器、第一金属触点电极和定位销组成，所述机器人的充电电路包括无线充电接收器、第二金属触点电极、销孔、第二充电逻辑控制电路、电池充电电路以及电池；其中，所述无线充电发射器用于充电座向机器人的无线充电接收器对准并充电；第一、第二金属触点电极用于所述接触充电的对准以及充电通流；

所述电池充电电路用于控制电池充电电压电流曲线；

所述充电电路可根据通路损耗动态调整充电电流和组合充电方式，从而获得最优的充电效率；

其特征在于，包括步骤：

1)机器人使用自主导航，建立地图和坐标系，需充电时，对障碍物自动避障，并对充电座进行精确坐标识别，自动导航至充电点与充电座进行对接；

2)机器人是否检测到充电座输出的TTL信号；若是，执行步骤3)；否则将退出自动充电，延时重新进入充电流程；

3)判断是充电座的金属触点还是无线充电发射器输出的信号，若机器人检测到所述金属触点输出的信号，则执行步骤4)；若机器人检测到所述无线充电发射器输出的信号，则执行步骤5)；

4)机器人打开内部金属触点充电通道，并检测充电座的金属触点电极端的电压大小，若为电池电压，充电座打开内部金属触点充电通道，开始自动充电，否则，充电座将退出自动充电流程；

5)机器人打开无线充电接收器充电通道，所述无线充电发射器与机器人的无线充电接收器进行逻辑校验，若校验成功，所述无线充电发射器打开充电通道，开始自动充电，否则，充电座和机器人均退出自动充电流程；

所述步骤3)进一步包括：若机器人同时检测到金属触点和无线充电发射器输出的信号，且均能进入自动充电流程，充电座和机器人内部根据金属触点充电通道和无线充电通道的充电压降损耗，对各通道的充电电流进行动态调整。

2.根据权利要求1所述的机器人使用的智能控制自动充电方法，其特征在于，充电座和机器人均支持快速充电。

3.根据权利要求1所述的机器人使用的智能控制自动充电方法，其特征在于，所述供电电源用于将输入的220V交流电源转换为直流电源。

4.根据权利要求1所述的机器人使用的智能控制自动充电方法，其特征在于，所述第一、第二充电逻辑控制电路用于过流保护、检测充电状态以及控制无线充电或金属触点接触充电的通路。

5.根据权利要求1所述的机器人使用的智能控制自动充电方法，其特征在于，所述充电座的定位销、机器人接收端的销孔用于提高充电座与机器人的对接精度。

6.根据权利要求5所述的机器人使用的智能控制自动充电方法，其特征在于，所述定位销设置为外窄内宽的梯形柱体，所述销孔设置为外宽内窄的梯形柱体。

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