CN111756086B - 使用移动机器人电池的电源桥接装置及桥接方法 - Google Patents

使用移动机器人电池的电源桥接装置及桥接方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭露一种使用移动机器人电池的电源桥接装置及桥接方法，电源桥接装置包含：一电源管理单元，耦接至外部的一移动机器人，用以接收来自移动机器人的一电池，并监控电池，并由电池提供一电源；一控制单元，耦接至PMU，依据PMU所提供的电源进行运作，当控制单元被PMU唤醒时，控制单元与移动机器人通过一交握协定，并取得移动机器人的一电池控制，控制单元依据PMU进行判断移动机器人的电池是否足够以执行一装置充电；一直流/直流转换器，耦接至PMU与控制单元，依据控制单元转换电源至所需的电压值，以输出一直流电源；一直流/交流转换器，耦接至PMU与控制单元，依据控制单元转换电源以输出一交流电源。

Description

使用移动机器人电池的电源桥接装置及桥接方法
技术领域
本发明是关于一种电源桥接装置，尤指一种使用移动机器人电池的电源桥接装置及桥接方法。
背景技术
随着科技的进步，移动式机器人(mobile robot)越来越普遍，移动式机器人(例如：iRobot、Lawn Mowers等)在家庭中越来越普遍，在不执行主要工作(例如：扫地，割草等)时都会在充电或待命中，因此我们可以利用此机器人的充电电池加上本发明装置来解决我们生活上的不便，使生活更便利。
若当要使用家中充电式工具或电子产品时，电池正处于低电量状态，即使立即充电也来不及；或要使用小型家电却找不到交流电插座或延长线，故移动式机器人的充电电池可转变为家中备用或紧急救援的电源，将使未来生活更加的便利。
发明内容
本发明是利用各种移动式机器人的电池的电源桥接装置。
本发明为一种使用移动机器人电池的电源桥接装置，包含：一电源管理单元(Power management unit，以下简称PMU)，耦接至外部的一移动机器人，用以接收来自移动机器人的一电池，并监控该电池，并由该电池提供一电源；一控制单元，耦接至该PMU，依据该PMU所提供的该电源进行运作，且当该控制单元被该PMU唤醒时，该控制单元与该移动机器人通过一交握(handshake)协定，并取得该移动机器人的一电池控制，该控制单元依据该PMU进行判断该移动机器人的该电池是否足够以执行一装置充电；一直流/直流转换器(DC/DC converter)，耦接至该PMU与该控制单元，依据该控制单元转换该电源至所需的电压值，以输出一直流电源；一直流/交流转换器(DC/AC inverter)，耦接至该PMU与该控制单元，依据该控制单元转换该电源以输出一交流电源。
本发明为一种使用移动机器人电池的电源桥接装置，包含：一电力传送(PowerDelivery，以下简称PD)控制单元，耦接至一USB接口，该PD控制单元与一待充电装置连结后，通过一PD协定来决定充电配置，且该充电配置为该待充电装置所需的电压，并控制直流/直流转换器调整至所需的电压输出准位，之后并通过一电源开关将电源传送至USB接口，使该PD控制单元输出更精准的电压与电流至该待充电装置；其中，当该待充电装置连结至该USB接口时，则该控制单元依据该待充电装置的一充电请求决定是否自该电源管理单元传输该电源至该直流/直流转换器，以输出一直流电源至该待充电装置。
本发明为一种使用移动机器人电池的电源桥接装置，其中当电源管理单元未耦接至外部的该移动机器人时，则该控制单元或该PD控制单元为一待机状态或一休眠状态。
本发明为一种使用移动机器人电池的桥接方法，包含：接收来自一待充电装置的一充电请求；连结一移动机器人并通过一交握协定，并取得该移动机器人的一电池控制；依据该电池控制，监控该电池，并由该电池提供一电源；判断该移动机器人的该电池是否足够来决定是否执行一充电；依据该充电请求输出一直流电流或一交流电流至该待充电装置。
附图说明
图1A显示本发明于一实施例的示意图。
图1B显示当使用者需要使用移动机器人MR的电源时一实施例的操作步骤示意图。
图2A显示本发明于一实施例的示意图。
图2B显示当使用者需要使用移动机器人MR内的电池MB时一实施例的操作步骤示意图。
图3显示当使用者需要使用移动机器人MR的电源时一实施例的操作步骤示意图。
符号说明
101 PMU
102 控制单元
103 直流/直流转换器
104 直流/交流转换器
105 PD控制单元
MR 移动机器人
MB 电池
100、200 使用移动机器人电池的电源桥接装置
具体实施方式
请参考图1A，图1A显示本发明于一实施例的示意图。本发明为一种使用移动机器人电池的电源桥接装置100，包含：PMU 101、控制单元102、直流/直流转换器103、直流/交流转换器104、PD控制单元105。PMU 101耦接至外部的一移动机器人MR，用以接收来自移动机器人的一电池MB的电源，并监控电池MB，并由电池MB提供电源。控制单元102耦接PMU 101，依据PMU 101所提供的电源进行运作。
请注意，当PMU 101未耦接至外部的移动机器人MR时，则控制单元102或PD控制单元105为一待机状态或一休眠状态。当PMU 101耦接至外部的移动机器人MR时，则控制单元102或PD控制单元105被PMU 101唤醒或使能。
当控制单元102被PMU 101唤醒时，控制单元102与移动机器人MR将进行一协定以取得移动机器人MR的电池控制权力，在本实施例中是通过一交握(handshake)协定，并取得移动机器人MR的一电池控制；接着，控制单元102依据PMU 101进行判断移动机器人MR的内部电池MB是否足够，来决定是否执行一充电；一直流/直流转换器103，耦接至PMU 101与控制单元102，直流/直流转换器103依据控制单元102的控制信号转换电源至所需的电压值，以输出一直流电源；一直流/交流转换器104，耦接至PMU 101与控制单元102，直流/交流转换器104依据控制单元102的控制信号转换电源以输出一交流电源以供使用者使用。
一PD控制单元105，耦接至一USB接口106，PD控制单元105与一待充电装置(图未示)连结后，通过PD通讯决定充电配置并控制直流/直流转换器103调整至所需的电压输出准位，之后并通过一电源开关107将电源传送至USB接口106输出更精准的电压与电流至待充电装置；其中，当待充电装置连结至USB接口106时，因USB接口106耦接至控制单元102，故控制单元102依据一充电请求决定是否自PMU 101传输电源至该直流/直流转换器103。
在一实施例中，充电配置所指的涵义是若此充电装置它的最大充电能力为PDP(PDPower)Watt瓦特规格，那么可以充电的配置可以是电压与电流乘积的关系；例如：最大PDP＝45W，则对应的快速充电配置是20V@2.25A、15V@3A...；或是用一般较低瓦数进行充电，则其充电配置可能是5V@3A、10V@1A，故本发明PD充电的进行是可以动态调整电压与电流的配置。
请注意，本发明使用移动机器人电池的电源桥接装置100可以针对无内建桥接器的移动机器人，利用电源桥接装置100使两台移动机器人的电力可串连并累加提供，多台移动机器人的情况亦同理；另外，于一实施例中电源开关107亦可控制一VBUS电源是否提供给该待充电装置。
请参考图1B，以下详细说明当使用者需要使用移动机器人MR的电源时一实施例的操作步骤：
(1)接收来自一待充电装置的一充电请求，PMU 101耦接至外部的一移动机器人MR，控制单元102与PD控制单元105同时被PMU 101唤醒或使能。
(2)控制单元102会与移动机器人MR的控制单元(图未示)进行交握协定，以取得移动机器人MR的电池控制权。
(3)控制单元102通过PMU 101得知移动机器人MR电池目前的电量大小，是否足以提供直流或交流电源，若电量不足则跳到步骤(8)，若电量充足则继续执行。
(4)根据使用者设定直流或交流电源所需电压，控制单元102会自动控制直流/直流转换器103及直流/交流转换器104提供正确的电源输出。
(5)若使用者使用的USB接口106为USB TYPE-C接口所实现时，则PD控制单元105会与待充电装置沟通，PD控制单元105通过PD协定决定充电配置并控制直流/直流转换器103调整至所需的电压输出准位，之后通过电源开关107将电源传送至USB接口106提供更精准的电压与电流给待充电装置。
(6)若使用者将待充电装置接上，使用中的插座旁的LED会亮起显示正在使用中。
(7)待使用电源完毕，或充电已完成控制单元102会停止供电，插座旁的LED会关闭。
(8)若使用者不需使用移动机器人MR的电源或电池MB电源不足时，则控制单元102会将移动机器人MR的电池控制权交还给移动机器人MR的控制单元。
(9)回复到移动机器人MR原始功能模式。
请参考图2A，图2A显示本发明于一实施例的示意图。使用移动机器人电池的电源桥接装置200与100差异在于，使用移动机器人电池的电源桥接装置200显示电池MB是直接与移动机器人的电源桥接装置200连结，意即电池MB是脱离移动机器人MR的本体与移动机器人的电源桥接装置200连结。
请同时参考图2B，在本实施例中，当使用者需要使用移动机器人MR内的电池MB时，则包含下列步骤：
(1)要拿出电池MB前，移动机器人MR的控制单元会将目前的运作(currentstatus)存入非易失性储存器内，移动机器人MR的控制单元进入休眠(hibernate state)。
(2)通过PMU 101得知电池MB目前的电量大小，是否足以提供直流或交流电源，若电量不足则跳到步骤(7)，若电量充足则继续执行。
(3)根据使用者设定直流或交流电源所需电压，控制单元102会自动控制直流/直流转换器103及直流/交流转换器104提供正确的电源输出。
(4)若使用者使用的USB接口106为USB TYPE-C接口所实现时，则PD控制单元105会与待充电装置沟通，通过电源开关107以提供更精准的电压与电流给待充电装置。
(5)若使用者将待充电装置接上，使用中的插座旁的LED会亮起显示正在使用中。
(6)待使用电源完毕，或充电已完成控制单元102会停止供电，插座旁的LED会关闭。
(7)若使用者不需使用电池MB或电池MB电源不足时，则控制单元102会进入自动关机模式。
(8)使用者自装置200拿出电池装回移动机器人MR，移动机器人MR会将非易失性储存器内储存的目前的运作读出，离开休眠模式，回复到休眠前运作状态。
请参考图3，以下详细说明当使用者需要使用移动机器人MR的电源时一实施例的操作步骤：
(1)接收来自一待充电装置的一充电请求，PMU 101耦接至外部的一移动机器人MR，控制单元102与PD控制单元105同时被PMU 101唤醒或使能。
(2)控制单元102会与移动机器人MR的控制单元(图未示)进行交握协定，以取得移动机器人MR的电池控制权。
(3)控制单元102通过PMU 101得知移动机器人MR的电池MB目前的电量大小，是否足以提供直流或交流电源，若电量不足则跳到步骤(8)，若电量充足则继续执行。
(4)根据使用者设定直流或交流电源所需电压，控制单元102会自动控制直流/直流转换器103及直流/交流转换器104提供正确的电源输出。
(5)若使用者使用的USB接口106为USB TYPE-C接口所实现时，则PD控制单元105会建立与待充电手持装置的充电规格与行为，并与手持装置建立USB连线，控制单元102通过与PMU 101沟通知道电池相关电流与电压数据，经过计算得到电池的电量与健康状况，并通过的USB接口106回报给手持装置，手持装置会通过APP显示相关信息给使用者。
(6)若使用者待充电装置是没有屏幕的电子产品，控制单元102会将移动机器人MR的电池MB的电量状况利用LED指示灯显示(例如：绿灯表电量>30％；绿灯闪烁表剩余电量低于30％；红灯表电量低于10％等)。
(7)若使用者将待充电装置接上，使用中的插座旁的LED会亮起显示正在使用中。
(8)待使用电源完毕，或充电已完成控制单元102会停止供电，插座旁的LED会关闭。
(9)若使用者不需使用移动机器人MR的电源或电池MB电源不足时，则控制单元102会将移动机器人MR的电池控制权交还给移动机器人MR的控制单元。
(10)回复到移动机器人MR原始功能模式。
综上所述，将移动机器人MR的电池MB通过内建接头连接到本发明的使用移动机器人电池的电源桥接装置，本发明的电源桥接装置可提供一个或数个交流电源、一个或数个直流电源，例如：14.8v 6400mAh的电池，通过交流转换器转换成交流110v电源，经由交流电插座使用风扇、PC/NB、家用音响等。通过直流转换器转换成直流18v/5v电源，经由直流电插口(USB type-C)可使用充电式工具机，电子产品(例如：智能手机/平板电脑)。由于在家中或户外就有一移动电源可用，不用到处找插座，当充电式工具机、电子产品忘记充电也有备用电力可用。

Claims (8)

1.一种使用移动机器人电池的电源桥接装置，其特征在于，包括：
一电源管理单元，耦接至外部的一移动机器人，用以接收来自所述移动机器人的一电池，并监控所述电池，且由所述电池提供一电源；
一控制单元，耦接至所述电源管理单元，依据所述电源管理单元所提供的所述电源进行运作，且当所述控制单元被所述电源管理单元唤醒时，所述控制单元与所述移动机器人通过一交握协定，并取得所述移动机器人的一电池控制，所述控制单元依据所述电源管理单元进行判断所述移动机器人的所述电池是否足够以执行一装置充电；
一直流/直流转换器，耦接至所述电源管理单元与所述控制单元，所述直流/直流转换器依据所述控制单元转换所述电源至所需的电压值，以输出一直流电源；以及
一直流/交流转换器，耦接至所述电源管理单元与所述控制单元，所述直流/交流转换器依据所述控制单元转换所述电源以输出一交流电源。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
一电力传送控制单元，耦接至一USB接口，所述电力传送控制单元与一待充电装置连结后，通过一电力传送协定来决定一充电配置，且所述充电配置为所述待充电装置所需的电压，并通过一电源开关将所述电源传送至所述USB接口输出更精准的电压与电流至所述待充电装置；
其中，当所述待充电装置连结至所述USB接口时，因所述控制单元耦接至所述USB接口，故所述控制单元可依据所述待充电装置的一充电请求决定是否自所述电源管理单元传输所述电源至所述直流/直流转换器，以输出一直流电源至所述待充电装置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述电源管理单元未耦接至外部的所述移动机器人时，则所述控制单元或所述电力传送控制单元为一待机状态或一休眠状态。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述充电请求为所述电源管理单元监测所述USB接口的所述交握协定来决定。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电源开关控制一VBUS电源是否提供给所述待充电装置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述装置不需要对所述待充电装置进行充电或所述电池电源不足时，则所述控制单元交还所述电池控制给所述移动机器人。
7.一种使用移动机器人电池的桥接方法，其特征在于，应用如权利要求1至6任一项所述的电源桥接装置实现，包括：
接收来自待充电装置的充电请求；
连结移动机器人并通过交握协定，并取得所述移动机器人的电池控制；
依据所述电池控制，监控对应的电池，并由所述电池提供电源；
判断所述移动机器人的所述电池是否足够来决定是否执行充电；以及
依据所述充电请求转换所述电源，以输出一直流电流或一交流电流至所述待充电装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
当所述待充电装置不需要进行充电或所述电池电源不足时，则交还所述电池控制给所述移动机器人。
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