CN110575100A - 一种扫地机器人及其电池监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扫地机器人电池监测方法，包括：监测电池的容量损耗量，至少监测电池在充放电过程中造成的容量损耗量，结合电池的初始容量，得出电池的实际容量；监测电池的电量消耗量，至少监测扫地机器人清扫动作的耗电量和扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失；根据电池的实际容量与电量消耗量，得出电池的实时电量。本发明在监测电池的实际容量的过程中，充分考虑电池充放电对电池容量造成的损耗；同时，在监测电池的电量消耗的过程中，充分考虑清扫动作产生的电量消耗，以及碰撞造成的电量损失；最后通过扫地机器人电池的实际容量减去电量消耗量，能够准确得出电池的实时电量。

Description

一种扫地机器人及其电池监测方法
技术领域
本发明涉及小家电技术领域，特别涉及一种扫地机器人及其电池监测方法。
背景技术
目前，扫地机器人工作场景限制了扫地机器人不能做很大的体积，其电池的体积也在设计中受到很大限制，不能将电池容量做的很大，限制了扫地机器人的续航里程。因此，扫地机器人在使用的过程中，需要频繁地进行自动回充以满足扫地的需要。
目前，自动回充扫地机器人生产厂家会根据电池的标准容量，给出一个工作时间的参考值。但在实际使用的过程中，电池的容量却会受到家庭的环境、电池充电次数、环境温度等因素的影响，以致实际工作时间无法达到预计的参考值。在这种情况下，为了使扫地机器人能够更好地续航工作，现有技术往往采用计算电池剩余容量百分比的方法，来判断扫地机器人是否需要返回充电。但是，电池剩余容量百分比不能实际反映出电池的实际容量，无法对扫地机器人电池的实时电量进行准确监测，进而无法准确地判定扫地机器人回充的时机，有可能出现电池剩余电量不足以让扫地机器人完成回充，或者电池还剩余很多电量时即控制扫地机器人进行回充的情况，影响扫地机器人的工作效率。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种扫地机器人及其电池监测方法。
本发明提供了一种扫地机器人电池监测方法，包括：
监测电池的容量损耗量，至少监测电池在充放电过程中造成的容量损耗量，结合电池的初始容量，得出电池的实际容量；
监测电池的电量消耗量，至少监测扫地机器人清扫动作的耗电量和扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失；
根据电池的实际容量与电量消耗量，得出电池的实时电量。
进一步地，判断电池的实时电量是否小于设定的阈值，当电池的实时电量小于设定的阈值时，扫地机器人返回充电，其中，所述阈值大于扫地机器人返回充电需要消耗的电量。
进一步地，所述电量消耗量还包括机器人内部零件摩擦以及与地面滑动摩擦造成的能量损耗C摩＝γ*C25，其中，
γ为摩擦能量损耗系数，其取值范围为(0，0.05]；
C25为25℃时电池标准容量。
进一步地，所述监测电池的容量损耗量，结合电池的初始容量，得出电池的实际容量步骤包括：
监测并获取电池的历史总充放电量C总，得出当前电池的容量损耗量C损＝C总*a，进而得出当前电池的实际容量C实＝C初-C损＝C初-C总*a；其中，
C初为电池的初始容量；
a为单位充放电量造成的电池容量的损耗。
进一步地，所述监测电池的电量消耗量步骤包括：
监测并获取前一次充电完成后扫地机器人的实际清扫面积S，得出当前扫地机器人清扫动作的耗电量C扫＝S*b；其中，
b为单位清扫面积需要消耗的电量。
进一步地，所述监测电池的电量消耗量步骤包括：
监测到扫地机器人与障碍物发生碰撞后，记录扫地机器人与障碍物接触的时间，根据扫地机器人与障碍物接触的时间判断扫地机器人与障碍物发生碰撞的类型。
进一步地，当T<t1时，判断扫地机器人发生了第一类型的碰撞，损失的总能量为Ek1,并记录该种碰撞发生的次数为N1；
当t1<T<t2时，判断扫地机器人发生了第二类型的碰撞，损失的总能量为Ek2,并记录该种碰撞发生的次数为N2；
当T>t2时，判断扫地机器人发生了第三类型的碰撞，损失的总能量为Ek2,并记录该种碰撞发生的次数为N3；
则扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失C碰＝(N1*Ek1+N2*Ek2+N3*Ek3)/η；其中，
T为扫地机器人与障碍物发生碰撞后，扫地机器人与障碍物的接触时间；
η为扫地机器人的能量转化效率。
进一步地，所述t1的取值范围为(0.28，0.32)s，所述t2的取值范围为(0.58，0.62)s。
进一步地，扫地机器人电池监测方法还包括：
监测电池的实时温度t，得出电池的初始容量C初＝C25[1+KT(t-25)]；其中，
C25为25℃时电池标准容量；
KT为温度系数。
本发明还提供了一种扫地机器人，至少包括电池和电池监测系统，所述电池监测系统使用上述的扫地机器人电池监测方法对所述电池进行监测。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明在监测电池的实际容量的过程中，充分考虑电池充放电对电池容量造成的损耗；同时，在监测电池的电量消耗的过程中，充分考虑清扫动作产生的电量消耗，以及碰撞造成的电量损失；最后通过扫地机器人电池的实际容量减去电量消耗量，能够准确得出电池的实时电量。
2、本发明根据扫地机器人完成返回充电需要的电量预设阈值，使阈值略高于扫地机器人完成返回充电需要的电量，扫地机器人充满电后进行扫地工作，其电池的实时电量一直处于减少状态，一旦监测到电池的实时电量达到预设的阈值时，即控制扫地机器人返回充电，以保证电池中剩余的电量能够续航扫地机器人完成回充动作，保证扫地机器人的工作效率。
3、本发明采用碰撞接触时间这个参数，判断碰撞类型。根据碰撞接触时间的不同，将碰撞分为静止碰撞，微动碰撞和移动一定距离的碰撞三种类型，每种类型通过计算设定与其对应的能量损耗值，能够较为准确地估算扫地机器人在扫地过程中由于碰撞造成的电量损耗。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1绘示了一种扫地机器人电池监测方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过度结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本发明提供了一种扫地机器人电池监测方法，如图1所示，包括：
步骤S100，监测电池的容量损耗量，至少监测电池在充放电过程中造成的容量损耗量，结合电池的初始容量，得出电池的实际容量。
由于电池的充放电过程对电池容量造成损耗是电池容量降低的主要原因，因此，在计算电池的实际容量时，主要考虑电池在充放电过程中造成的容量损耗量这一因素。作为一个优选的实施例，上述监测任务可以通过以下方式实现：
监测并获取电池的历史总充放电量C总，得出当前电池的容量损耗量C损＝C总*a，进而得出当前电池的实际容量C实＝C初-C损＝C初-C总*a；其中，
C初为电池的初始容量；
a为单位充放电量造成的电池容量的损耗。
可以理解地，根据上述结论，
第n次充电循环后电池的实际容量C实＝C初*(1-a)n；
第m次充电后电池的实际容量C实＝C初-(C1+C2+…+Cm)*a；其中，
Cm为第m次充电的充电量，m为自然数。
需要说明的是，C初为电池的初始容量，其与扫地机器人使用时的电池温度有关，为了准确地确定电池的初始容量，需要监测电池的实时温度t，得出电池的初始容量C初＝C25[1+KT(t-25)]；其中，
C25为25℃时电池标准容量；
KT为温度系数。
综上，可得扫地机器人电池的实际容量C实＝C初-C损＝C25[1+KT(t-25)]-C总*a；
或者，第n次充电循环后电池的实际容量C实＝C初*(1-a)n＝C25[1+KT(t-25)]*(1-a)n；
或者，第m次充电后电池的实际容量C实＝C初-(C1+C2+…+Cm)*a＝C25[1+KT(t-25)]-(C1+C2+…+Cm)*a。
通过本步骤，能够达到准确地监测扫地机器人电池的实际容量的目的。
步骤S200，监测电池的电量消耗量，至少监测扫地机器人清扫动作的耗电量和扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失。
扫地机器人在工作过程中，产生的电联消耗主要来自于清扫动作本身的电量消耗和扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失，其中，如何才能较为准确地监测扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失，是本发明所做的技术贡献之一。由于碰撞产生的能量损失与碰撞的类型密切相关，本发明中碰撞类型分为静止碰撞，微动碰撞和移动一定距离的碰撞三种类型。本发明监测到扫地机器人与障碍物发生碰撞后，会记录扫地机器人与障碍物接触的时间T，根据扫地机器人与障碍物接触的时间T判断扫地机器人与障碍物发生碰撞的类型。
例如，当T<0.3s时，判断扫地机器人发生了静止碰撞，在该种碰撞类型下，损失的总能量记为Ek1,并记录该种碰撞发生的次数为N1。在该种碰撞模式下，扫地机器人碰撞障碍物后，障碍物静止，例如碰撞大型家具或墙面的情况。这种碰撞持续时间较短，可以忽略碰撞过程中滑动摩擦造成的能量损失。监测扫地机器人的质量M1，初始速度V1，则扫地机器的起始动能为Ek＝1/2M1V1 2。碰撞障碍物后，障碍物静止，扫地机器人也在该段时间内，速度从V1减为0，此过程中扫地机器人的动能由Ek＝1/2M1V1 2变为0，扫地机器人的动能损失为Ek1＝1/2M1V1 2。
当0.3s<T<0.6s时，判断扫地机器人发生了微动碰撞，损失的总能量为Ek2,并记录该种碰撞发生的次数为N2。在该种碰撞模式下，扫地机器人碰撞障碍物后，障碍物未静止，由于障碍物移动距离较短，同样可以忽略滑动摩擦造成的能量损失。监测扫地机器人的质量M1，起始速度V1，则扫地机器人的起始动能为Ek＝1/2M1V1 2，设障碍物质量为M2，在该段时间内，扫地机器人和障碍物的运动速度达到V2。在这过程中，V2短时间内达到V1的1/5至1/3，得出M2＝M1(V1-V2)/V2。进而得出扫地机器人的动能损失Ek2＝1/2M1(V1 2-V2 2)+1/2M2V2 2＝1/2M1V1 2+1/2M1V1V2-M1V2 2。
当T>0.6s时，判断扫地机器人发生了移动一定距离的碰撞，损失的总能量为Ek2,并记录该种碰撞发生的次数为N3。在该种模式下，扫地机器人碰撞障碍物后，障碍物未静止，碰撞后扫地机器人推动障碍物运动一段距离，此时扫地机器人与障碍物的共同速度为V3，设扫地机器人的质量为M1，起始速为V1，此时扫地机器所具有的动能为Ek＝1/2M1V1 2，障碍物质量为M3，在机器人遇到障碍物后，在该段时间内，扫地机器人和障碍物的运动速度变为V3，得出M3＝M1(V1-V3)/V3。进而得出扫地机器人的动能损失Ek3＝1/2M1(V1 2-V3 2)+1/2M3V3 2＝1/2M1V1 2+1/2M1V1V3-M1V3 2。
则扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的总能量损失C碰＝(N1*Ek1+N2*Ek2+N3*Ek3)/η；其中，
T为扫地机器人与障碍物发生碰撞后，扫地机器人与障碍物的接触时间；
η为扫地机器人的能量转化效率。
同时，监测扫地机器人清扫动作的耗电量步骤包括：
监测并获取前一次充电完成后扫地机器人的实际清扫面积S，得出当前扫地机器人清扫动作的耗电量C扫＝S*b；其中，
b为单位清扫面积需要消耗的电量，可以理解地，这里的单位清扫面积需要消耗的电量与扫地机器人的功率和设定的工作档位有关。
综上，可得扫地机器人电池的电量消耗量C消＝C碰+C扫＝(N1*Ek1+N2*Ek2+N3*Ek3)/η+S*b；
通过本步骤，能够达到准确地监测扫地机器人电池的电量消耗量的目的。
步骤S300，根据电池的实际容量与电量消耗量，得出电池的实时电量。最后根据C时＝C实-C消＝C初-C损-C碰-C扫，得出电池的实时电量C时。本发明在监测电池的实际容量的过程中，充分考虑电池充放电对电池容量造成的损耗；同时，在监测电池的电量消耗的过程中，充分考虑清扫动作产生的电量消耗，以及碰撞造成的电量损失；最后通过扫地机器人电池的实际容量减去电量消耗量，能够准确得出电池的实时电量。
进一步地，本发明一种扫地机器人电池监测方法，还包括判断电池的实时电量是否等于设定的阈值C阈，当电池的实时电量C时等于设定的阈值C阈时，扫地机器人返回充电，其中，所述阈值C阈大于扫地机器人返回充电需要消耗的电量。本发明根据扫地机器人完成返回充电需要的电量预设阈值，使阈值略高于扫地机器人完成返回充电需要的电量，扫地机器人充满电后进行扫地工作，其电池的实时电量一直处于减少状态，一旦监测到电池的实时电量达到预设的阈值时，即控制扫地机器人返回充电，以保证电池中剩余的电量能够续航扫地机器人完成回充动作。
本发明还提供了一种扫地机器人，至少包括电池和电池监测系统，所述电池监测系统使用如上所述的扫地机器人电池监测方法对所述电池进行监测。扫地机器人在具体工作过程中：
首先，监测电池在充放电过程中造成的容量损耗量C损，结合电池的初始容量C初，得出扫地机器人电池的实际容量C实＝C初-C损。
然后，监测扫地机器人清扫动作的耗电量C扫和扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失C碰，得出扫地机器人电池的电量消耗量C消＝C碰+C扫。
然后，得出扫地机器人电池的实时电量C时＝C实-C消＝C初-C损-C碰-C扫。使用本方法能够更准备地估算出扫地机器人的实时电量。
最后，将扫地机器人电池的实时电量C时与预设的阈值C阈进行比较，当电池的实时电量C时等于设定的阈值C阈时，控制扫地机器人返回充电，其中，所述阈值C阈大于扫地机器人返回充电需要消耗的电量。本发明根据扫地机器人完成返回充电需要的电量预设阈值，使阈值略高于扫地机器人完成返回充电需要的电量，扫地机器人充满电后进行扫地工作，其电池的实时电量一直处于减少状态，一旦监测到电池的实时电量达到预设的阈值时，即控制扫地机器人返回充电，以保证电池中剩余的电量能够续航扫地机器人完成回充动作。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，包括：
监测电池的容量损耗量，至少监测电池在充放电过程中造成的容量损耗量，结合电池的初始容量，得出电池的实际容量；
监测电池的电量消耗量，至少监测扫地机器人清扫动作的耗电量和扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失；
根据电池的实际容量与电量消耗量，得出电池的实时电量。
2.如权利要求1所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
判断电池的实时电量是否等于设定的阈值，当电池的实时电量等于设定的阈值时，扫地机器人返回充电，其中，所述阈值大于扫地机器人返回充电需要消耗的电量。
3.如权利要求1所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
所述电量消耗量还包括机器人内部零件摩擦以及与地面滑动摩擦造成的能量损耗C摩＝γ*C25，其中，
γ为摩擦能量损耗系数，其取值范围为(0，0.05]；
C25为25℃时电池标准容量。
4.如权利要求1所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
所述监测电池的容量损耗量，结合电池的初始容量，得出电池的实际容量步骤包括：
监测并获取电池的历史总充放电量C总，得出当前电池的容量损耗量C损＝C总*a，进而得出当前电池的实际容量C实＝C初-C损＝C初-C总*a；其中，
C初为电池的初始容量；
a为单位充放电量造成的电池容量的损耗。
5.如权利要求1所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
所述监测电池的电量消耗量步骤包括：
监测并获取前一次充电完成后扫地机器人的实际清扫面积S，得出当前扫地机器人清扫动作的耗电量C扫＝S*b；其中，
b为单位清扫面积需要消耗的电量。
6.如权利要求1所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
所述监测电池的电量消耗量步骤包括：
监测到扫地机器人与障碍物发生碰撞后，记录扫地机器人与障碍物接触的时间，根据扫地机器人与障碍物接触的时间判断扫地机器人与障碍物发生碰撞的类型。
7.如权利要求6所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
当T<t1时，判断扫地机器人发生了第一类型的碰撞，损失的总能量为Ek1,并记录该种碰撞发生的次数为N1；
当t1<T<t2时，判断扫地机器人发生了第二类型的碰撞，损失的总能量为Ek2,并记录该种碰撞发生的次数为N2；
当T>t2时，判断扫地机器人发生了第三类型的碰撞，损失的总能量为Ek2,并记录该种碰撞发生的次数为N3；
则扫地机器人扫地过程中产生碰撞造成的能量损失C碰＝(N1*Ek1+N2*Ek2+N3*Ek3)/η；其中，
T为扫地机器人与障碍物发生碰撞后，扫地机器人与障碍物的接触时间；
η为扫地机器人的能量转化效率。
8.如权利要求7所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，
所述t1的取值范围为(0.28，0.32)s，所述t2的取值范围为(0.58，0.62)s。
9.如权利要求1所述的一种扫地机器人电池监测方法，其特征在于，还包括：
监测电池的实时温度t，得出电池的初始容量C初＝C25[1+KT(t-25)]；其中，
C25为25℃时电池标准容量；
KT为温度系数。
10.一种扫地机器人，其特征在于，
至少包括电池和电池监测系统，
所述电池监测系统使用如权利要求1-9中任一项所述的扫地机器人电池监测方法对所述电池进行监测。
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