CN112003389B - 基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统及方法，原边发射线圈采用在同一平面按照M×N阵列形式分布的多个矩形线圈构成，副边接收线圈采用单个圆形线圈构成，通过原边控制多个矩形线圈依次通电，检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～Vn，系统根据各个电压值大小进行排序，每一个排序序列对应有一个移动方向，通过控制具有副边接收线圈的机器人按预定步长移动，直到最大电压大于预设阈值时停止。其效果是：系统基于各个线圈之间能量传输关系可以有效确定机器人的当前偏移方向，从而按照预定的步进定向引导机器人移动到最近的一个发射线圈上，从而实现快速定位，确保无线充电效率。

Description

基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统及方法
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体地说，是一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统及方法。
背景技术
随着无线充电技术的发展，其应用越来越广泛，基于移动机器人的续航能力不足的问题，目前已经有人提出将无线充电技术用于移动机器人的技术方案。
如中国专利201810577626.7公开的一种具有无线充电功能的移动机器人，但其存在的技术缺陷是：
机器人停靠时发射线圈和接收线圈难以确保快速准确对准，导致无线能量信号耦合效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明首先提供一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，通过对无线充电系统的耦合结构和机器人的移动控制方式做改进，从而满足机器人充电停靠时快速定位，确保无线充电效率。
为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，其关键在于：原边发射线圈采用在同一平面按照M×N阵列形式分布的多个矩形线圈构成，副边接收线圈采用单个圆形线圈构成，所述原边发射线圈中的多个矩形线圈在原边控制器和多通道切换模块的控制下实现通电控制，所述副边接收线圈上连接有电压检测模块和副边控制器，所述原边控制器和所述副边控制器之间建立无线通信；
所述原边控制器按照第一发射功率依次轮流控制所述原边发射线圈中的多个矩形线圈通电，所述副边控制器通过检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～Vn，系统根据各个电压值大小进行排序，并按所得序列所对应的移动方向控制具有副边接收线圈的机器人按预定步长移动，直到最大电压大于预设阈值时停止，M和N为正整数，n表示发射线圈的个数，且n＝M×N。
可选地，所述副边控制器上连接有用于控制机器人移动方向和移动距离的移动控制装置。
可选地，所述原边发射线圈采用在同一平面按照3×3阵列形式分布的多个矩形线圈构成。
可选地，系统的移动方向按照东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向均匀划分设置。
除此之外，本发明还提供一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位方法，原边发射线圈采用在同一平面按照M×N阵列形式分布的多个矩形线圈构成，副边接收线圈采用单个圆形线圈构成，通过原边控制所述原边发射线圈中的多个矩形线圈依次通电，通过检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～Vn，系统根据各个电压值大小进行排序，每一个排序序列对应有一个移动方向，通过控制具有副边接收线圈的机器人按预定步长移动，直到最大电压大于预设阈值时停止，M和N为正整数，n表示发射线圈的个数，且n＝M×N。
可选地，本方法中系统预先设定m个移动方向，并将各个电压值排序情况分为m个类别，每一个类对应一个移动方向。
可选地，本方法中系统的移动方向按照东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向设定。
可选地，本方法中所述原边发射线圈采用在同一平面按照3×3阵列形式分布的多个矩形线圈构成。
可选地，本方法中，当最大拾取电压大于预设阈值时，系统控制最大拾取电压所对应的发射线圈按照第二发射功率工作。
本发明的显著效果是：
通过多个无线充电发射线圈和一个无线充电接收线圈，基于各个线圈之间能量传输关系可以有效确定机器人的当前偏移方向，从而按照预定的步进定向引导机器人移动到最近的一个发射线圈上，从而实现快速定位，确保无线充电效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明的系统原理框图；
图2为原边线圈和副边线圈的结构示意图；
图3为本发明的等效电路原理图；
图4为本发明具体实施例中原边线圈和副边线圈的位置关系图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1，图2所示，本实施例提供一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，可以看出，本例中原边发射线圈(原边线圈)采用3×3阵列形式分布的9个矩形线圈构成，副边接收线圈(副边线圈)采用单个圆形线圈构成；原边发射线圈中的9个矩形线圈在原边控制器和多通道切换模块的控制下实现通电控制，副边接收线圈上连接有电压检测模块和副边控制器，所述原边控制器和所述副边控制器之间建立无线通信；
原边线圈通常布置在预设充电区域并连接在无线充电发射电路，副边线圈通常设置在机器人的底盘上，且通过无线充电接收电路为机器人充电，当机器人靠近预设充电区域时，原边控制器先按照第一发射功率依次轮流控制原边发射线圈中的9个矩形线圈通电，副边控制器通过检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～V9，系统根据各个电压值大小进行排序，并通常利用经验值训练可以得出每一种排序情况下对应的机器人偏移方向，从而按所得序列所对应的移动方向控制机器人按预定步长移动，直到9个拾取电压中最大电压大于预设阈值时停止。
从图1可以看出，本实施例中系统的移动方向按照东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向均匀划分设置，图中N1～N8分别表示8个方向，通过预先训练的数据可以得出，拾取电压V1～V9这9个数据根据大小排序后，所有的排列组合都可以分为N1～N8这8种类别，即代表着机器人8个不同的校准方向，通常在副边控制器上连接有用于控制机器人移动方向和移动距离的移动控制装置，当明确校准方向后，通过所述移动控制装置控制机器人按照其对应的校准方向移动预定的距离，然后再重新控制原边发射线圈中的9个矩形线圈依次通电，确定偏移的方向继续调整，直到最大拾取电压值达到预设阈值为止。
当最大拾取电压大于预设阈值时，系统控制最大拾取电压所对应的发射线圈按照第二发射功率工作，从而确保高效快速的无线充电。
本实施例的等效电路如图3所示，图中Lp1，Lp2，Lp3，……，Lp9表示原边的9个矩形线圈，Uac表示原边高频逆变后的交流等效电源，Cpeq1，Cpeq2，Cpeq3，……，Cpeq9表示每个矩形线圈对应的串联谐振电容，S1，S2，S3，……，S9表示多通道切换模块中的多个切换开关，通过各个开关的控制可以实现每个线圈独立供电，M1，M2，M3，……，M9表示各个矩形线圈与接收线圈之间对应的互感，由于接收线圈的位置不同，各个矩形线圈通电工作时与接收线圈之间的互感情况也不相同，从而影响拾取电压的大小，根据不同的位置，拾取电压V1～V9这9个数据的大小就有不同的排列方式，从而可以对应出机器人应当移动的方向，因此，本发明提出一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统及方法，通过检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～V9，然后根据各个电压值大小进行排序，系统每一个排序序列对应有一个移动方向，通过控制机器人在该方向上按预定步长移动，就可以将其调整到最大电压大于预设阈值的情况，从而实现快速定位。达到准确位置后，再将最大拾取电压所对应的发射线圈按照第二发射功率工作，从而确保高效快速的无线充电。
以图4为例(图中7～9号线圈省略)，可以看出，接收线圈离4号线圈最近，通过检测电压得出的顺序是V4V1V5V2V7V8V6V3V9，该顺序对应的调整方向为N4，即机器人沿东南方向移动预设距离，通过简短的调整即可将接收线圈调整到4号线圈的正上方，此时V4大于预设阈值，通过4号线圈按照第二发射功率实现对接收线圈的无线电能传输。
基于上述描述，本实施例提供的一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统及方法，通过对耦合结构中原边线圈(即无线充电发射线圈)的结构做调整，在电路参数确定的条件下，结合副边接收线圈电压检测技术，可以准确实现机器人无线充电的快速定位，减少机器人停靠预设充电区域出现的位置偏移，确保无线充电接收线圈能够与无线充电发射线圈准确对应，提升无线充电效率。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，其特征在于：原边发射线圈采用在同一平面按照M×N阵列形式分布的多个矩形线圈构成，副边接收线圈采用单个圆形线圈构成，所述原边发射线圈中的多个矩形线圈在原边控制器和多通道切换模块的控制下实现通电控制，所述副边接收线圈上连接有电压检测模块和副边控制器，所述原边控制器和所述副边控制器之间建立无线通信；
所述原边控制器按照第一发射功率依次轮流控制所述原边发射线圈中的多个矩形线圈通电，所述副边控制器通过检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～Vn，系统根据各个电压值大小进行排序，并按所得序列所对应的移动方向控制具有副边接收线圈的机器人按预定步长移动，直到最大电压大于预设阈值时停止，M和N为正整数，n表示发射线圈的个数，且n＝M×N。
2.根据权利要求1所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，其特征在于：所述副边控制器上连接有用于控制机器人移动方向和移动距离的移动控制装置。
3.根据权利要求1所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，其特征在于：所述原边发射线圈采用在同一平面按照3×3阵列形式分布的多个矩形线圈构成。
4.根据权利要求1所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位系统，其特征在于：系统的移动方向按照东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向均匀划分设置。
5.一种基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位方法，其特征在于：原边发射线圈采用在同一平面按照M×N阵列形式分布的多个矩形线圈构成，副边接收线圈采用单个圆形线圈构成，通过原边控制所述原边发射线圈中的多个矩形线圈依次通电，通过检测副边接收线圈的电压参数得到每一个矩形线圈通电时对应的拾取电压V1～Vn，系统根据各个电压值大小进行排序，每一个排序序列对应有一个移动方向，通过控制具有副边接收线圈的机器人按预定步长移动，直到最大电压大于预设阈值时停止，M和N为正整数，n表示发射线圈的个数，且n＝M×N。
6.根据权利要求5所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位方法，其特征在于：系统预先设定m个移动方向，并将各个电压值排序情况分为m个类别，每一个类对应一个移动方向。
7.根据权利要求6所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位方法，其特征在于：系统的移动方向按照东、南、西、北、东南、西南、东北、西北8个方向设定。
8.根据权利要求5-7任一所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位方法，其特征在于：所述原边发射线圈采用在同一平面按照3×3阵列形式分布的多个矩形线圈构成。
9.根据权利要求5所述的基于多发射线圈阵列的机器人无线充电快速定位方法，其特征在于：当最大拾取电压大于预设阈值时，系统控制最大拾取电压所对应的发射线圈按照第二发射功率工作。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112600316B (zh) * 2020-12-17 2021-08-20 牡丹江医学院 一种低电磁辐射的视觉假体无线充电系统及其控制方法
CN113085596B (zh) * 2021-03-04 2023-01-24 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于充电耦合机构的无人机下降精度调整方法及系统
CN114050668B (zh) * 2022-01-07 2022-04-15 合肥有感科技有限责任公司 无线充电发射装置
CN114604110B (zh) * 2022-03-31 2024-07-05 重庆华创智能科技研究院有限公司 一种无人机无线充电控制系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203562809U (zh) * 2013-11-11 2014-04-23 天津工业大学 位置自适应无线充电耦合器
CN204068436U (zh) * 2013-12-12 2014-12-31 深圳大学 分布式网格无线供电系统及与其配合的负载端
CN104377841A (zh) * 2014-11-17 2015-02-25 中国矿业大学 一种三相无线供电系统负载位置检测及控制方法
CN107276256A (zh) * 2017-08-18 2017-10-20 广东工业大学 一种无线能量传输的线圈对位方法、装置及移动机器人
CN108923547A (zh) * 2018-08-24 2018-11-30 深圳市沃特沃德股份有限公司 自动调整位置的无线充电的方法和装置
CN109193972A (zh) * 2018-09-06 2019-01-11 浙江大学 一种基于耦合中继的二维无线供能方法
CN109904938A (zh) * 2019-03-06 2019-06-18 哈尔滨工业大学 一种应用于移动设备的矩阵网络式无线供电系统及其充电方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130028446A (ko) * 2011-09-09 2013-03-19 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 장치 및 그 방법
US9649948B2 (en) * 2014-08-25 2017-05-16 Ford Global Technologies, Llc Self-locating multi-coil system for wireless vehicle charging
KR20160025200A (ko) * 2014-08-27 2016-03-08 현대자동차주식회사 무선 충전 시스템 및 그 제어 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203562809U (zh) * 2013-11-11 2014-04-23 天津工业大学 位置自适应无线充电耦合器
CN204068436U (zh) * 2013-12-12 2014-12-31 深圳大学 分布式网格无线供电系统及与其配合的负载端
CN104377841A (zh) * 2014-11-17 2015-02-25 中国矿业大学 一种三相无线供电系统负载位置检测及控制方法
CN107276256A (zh) * 2017-08-18 2017-10-20 广东工业大学 一种无线能量传输的线圈对位方法、装置及移动机器人
CN108923547A (zh) * 2018-08-24 2018-11-30 深圳市沃特沃德股份有限公司 自动调整位置的无线充电的方法和装置
CN109193972A (zh) * 2018-09-06 2019-01-11 浙江大学 一种基于耦合中继的二维无线供能方法
CN109904938A (zh) * 2019-03-06 2019-06-18 哈尔滨工业大学 一种应用于移动设备的矩阵网络式无线供电系统及其充电方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于磁耦合谐振的自主无线充电机器人系统设计;宋凯 等;《电工技术学报》;20140930;第29卷(第9期);第38-43页 *

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