CN112428307A - 一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统及方法，其技术特点是：包括多个可拆卸防爆锂电池单体，一条包含多个电池单体安装槽的腰带以及一条可扩展电路拓扑结构的电缆。其中电池单体固定在腰带的电池单体安装槽内，电缆并行固定在腰带下方与腰带连接为一体，实现了供电系统的柔性设计，穿戴者可方便地将供电系统像腰带一样固定于腰间，方便快捷并且负重分配得当。其中多个电池单体通过可扩展电路拓扑结构电缆实现串并联组合，从而满足可穿戴机器人柔性供电系统的电压电流等额定要求。另外由于电池单体的可拆卸性保证了供电系统设计的灵活性，即可适配多种电压和电流要求的可穿戴机器人系统。

Description

一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统及方法

技术领域

本发明属于可穿戴机器人供电领域，尤其是一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统及方法。

背景技术

以辅助人体工作或运动为目的的可穿戴机器人离不开独立的供电系统。考虑到安全和轻便，当前的可穿戴机器人设备普遍采用聚合物锂电池作为电源，配合相应的电源管理模块。虽然锂电池已经较为轻便，但是可穿戴机器人对电池容量往往有一定要求，致使供电系统的体积和重量占比较大。较大较重的供电系统往往集中分布于穿戴者背部或者腹部，这样对于穿戴者负重背负或者匍匐前进等任务或动作有一定限制。考虑到可穿戴机器人与穿戴者的柔性适配以及负重配比设计等要求，亟需对可穿戴机器人的供电系统进行优化改进，提出一种合理的供电系统设计降低穿戴者的穿戴负担。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统及方法，能够满足可穿戴机器人柔性供电系统的电压电流等额定要求。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，包括：腰带、电池单体和可扩展电路拓扑结构电缆，所述腰带包括电池单体安装槽、槽连接以及安装扣，电池单体安装槽通过并排的两个槽连接进行固定，安装扣与边缘的电池单体安装槽通过并排的两个槽连接进行固定，电池单体安装在电池单体安装槽上，可扩展电路拓扑结构电缆并行固定在腰带下方与腰带连接为一体，电池单体与可扩展电路拓扑结构电缆通过电池单体安装槽上的线缆接口进行连接。

而且，所述线缆接口包括：正极串连接口、负极串连接口、正极并连接口和负极并连接口。

而且，所述电池单体的正极分别连接正极串连接口和正极并连接口，电池单体的负极分别连接负极串连接口和负极并连接口。

而且，所述可扩展电路拓扑结构电缆包括正极电缆和负极电缆。

而且，所述安装扣为腰带扣，电池单体安装槽的尺寸由电池单体确定，并且预留线缆接口；电池单体安装槽的材质包括尼龙材料；槽连接的材质包括军用帆布和皮革；电池单体包括方形薄片电池单体或者由圆柱形电池单体二次组装成的方向电池。

一种用于可穿戴机器人的柔性供电方法，包括以下步骤：

步骤1、将腰带通过安装扣固定在穿戴者的腰间；

步骤2、根据负重配比将电池单体依次安装在腰带的电池单体安装槽上；

步骤3、根据所需要的电压或电流配置电池单体的串并联关系并连接至可扩展电路拓扑结构电缆，可扩展电路拓扑结构电缆输出相应的电压或电流。

而且，所述步骤3的包括以下步骤：

步骤3.1：穿戴者根据所需要的电压或电流判断电池单体的连接方式，若为电压要求则进行串联，若为电流要求则进行并联，若电压和电流均有要求则进行串并联；

步骤3.2：电池单体串联的方法为：将需要串联电池单体对应的正极串连接口连接至下一个电池单体的负极串连接口，后续电池依次进行连接，将串联电池单体中首尾电池单体未进行连接的正极串连接口和负极串连接口连接至对应的可扩展电路拓扑结构电缆；

步骤3.3：电池单体并联的方法为：将需要并联电池单体对应的正极串连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，将电池单体对应的负极串连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆。

本发明的优点和积极效果是：

本发明包括多个可拆卸防爆锂电池单体，一条包含多个电池单体安装槽的腰带以及一条具备可扩展电路拓扑结构的电缆。其中电池单体固定在腰带的安装槽内，电缆并行固定在腰带下方与腰带连接为一体，实现了供电系统的柔性设计，穿戴者可方便地将供电系统像腰带一样固定于腰间，方便快捷并且负重分配得当。其中多个电池单体通过可扩展电路拓扑结构电缆实现串并联组合，从而满足可穿戴机器人柔性供电系统的电压电流等额定要求。另外由于电池单体的可拆卸性保证了供电系统设计的灵活性，即可适配多种电压和电流要求的可穿戴机器人系统。同时电池单体更换也较为方便，穿戴者解开安装扣后可将供电系统脱下，将单体与线缆断开连接后，从安装槽中取下即可。

附图说明

图1本发明用于可穿戴机器人的柔性供电系统的系统构型图；

图2是本发明可扩展电路拓扑结构电缆展示意；

图3是本发明进行12V 3A测试时的接线图；

图4是本发明进行18V 2A测试时的接线图。

1-电池单体，21-电池单体安装槽，22-槽连接，23-安装扣，3-可扩展电路拓扑结构的电缆，31-线缆接口

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，如图1所示，包括腰带、电池单体1和可扩展电路拓扑结构电缆3，所述腰带包括电池单体安装槽21、槽连接22以及安装扣23，电池单体安装槽通过并排的两个槽连接进行固定，安装扣与边缘的电池单体安装槽通过并排的两个槽连接进行固定，电池单体安装在电池单体安装槽上，可扩展电路拓扑结构电缆并行固定在腰带下方与腰带连接为一体，电池单体与可扩展电路拓扑结构电缆通过电池单体安装槽上的线缆接口31进行连接。

如图2所示，线缆接口包括：正极串连接口、负极串连接口、正极并连接口和负极并连接口，其中黑色圆形接口为正极串连接口、白色圆形接口为负极串连接口、黑色矩形接口为正极并连接口、白色矩形接口为负极并连接口。

电池单体的正极分别连接正极串连接口和正极并连接口，电池单体的负极分别连接负极串连接口和负极并连接口。

可扩展电路拓扑结构电缆包括正极电缆和负极电缆。

所述安装扣为腰带扣，用于将供电系统固定于穿戴者腰间；电池单体安装槽可以由尼龙材料构成，安装槽的尺寸由电池单体确定，并且预留四个线缆接口；槽连接可以选用军用帆布或者皮革等柔性材料将安装槽组装连接；电池单体包括方形薄片电池单体或者由圆柱形电池单体二次组装成的方向电池。

一种用于可穿戴机器人的柔性供电方法，

步骤1、将腰带通过安装扣固定在穿戴者的腰间；

步骤2、根据负重配比将电池单体依次安装在腰带的电池单体安装槽上；

步骤3、根据所需要的电压或电流配置电池单体的串并联关系并连接至可扩展电路拓扑结构电缆，可扩展电路拓扑结构电缆输出相应的电压或电流。

步骤3.1：穿戴者根据所需要的电压或电流判断电池单体的连接方式，若为电压要求则进行串联，若为电流要求则进行并联，若电压和电流均有要求则进行串并联；

步骤3.2：电池单体串联的方法为：将需要串联电池单体对应的正极串连接口连接至下一个电池单体的负极串连接口，后续电池依次进行连接，将串联电池单体中首尾电池单体未进行连接的正极串连接口和负极串连接口连接至对应的可扩展电路拓扑结构电缆；

步骤3.3：电池单体并联的方法为：将需要并联电池单体对应的正极串连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，将电池单体对应的负极串连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆。

根据上述一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统及方法，对某次供电要求进行测试：

如图3所示，供电要求为12V 3A，单体电池为6V 1A共6块单体电池，第一块单体电池对应的正极并联接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，第一块单体电池对应的负极串联接口连接第二块单体电池对应的正极串连接口，第二块单体电池对应的并联负极接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆，第三块单体电池对应的正极并联接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，第三块单体电池对应的负极串联接口连接第四块单体电池对应的正极串连接口，第四块单体电池对应的并联负极接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆，第五块单体电池对应的正极并联接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，第五块单体电池对应的负极串联接口连接第六块单体电池对应的正极串连接口，第六块单体电池对应的并联负极接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆。此时系统的输出电压为两串三并可扩展电路拓扑结构电缆正负极电缆输出的电压为12V电流为3A，满足需求。

如图3所示，供电要求为18V 2A，单体电池为6V 1A共6块单体电池，第一块单体电池对应的正极并联接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，第一块单体电池对应的负极串联接口连接第二块单体电池对应的正极串连接口，第二块单体电池对应的串联负极接口连接第三块单体电池对应的正极串连接口，第三块单体电池对应的负极并连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆，第四块单体电池对应的正极并联接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，第四块单体电池对应的负极串联接口连接第五块单体电池对应的正极串连接口，第五块单体电池对应的串联负极接口连接第六块单体电池对应的正极串连接口，第六块单体电池对应的负极并连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆。此时系统的输出电压为三串两并可扩展电路拓扑结构电缆正负极电缆输出的电压为1V电流为2A，满足需求。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，其特征在于包括：腰带、电池单体和可扩展电路拓扑结构电缆，所述腰带包括电池单体安装槽、槽连接以及安装扣，电池单体安装槽通过并排的两个槽连接进行固定，安装扣与边缘的电池单体安装槽通过并排的两个槽连接进行固定，电池单体安装在电池单体安装槽上，可扩展电路拓扑结构电缆并行固定在腰带下方与腰带连接为一体，电池单体与可扩展电路拓扑结构电缆通过电池单体安装槽上的线缆接口进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，其特征在于：所述线缆接口包括：正极串连接口、负极串连接口、正极并连接口和负极并连接口。

3.根据权利要求1所述的一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，其特征在于：所述电池单体的正极分别连接正极串连接口和正极并连接口，电池单体的负极分别连接负极串连接口和负极并连接口。

4.根据权利要求1所述的一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，其特征在于：所述可扩展电路拓扑结构电缆包括正极电缆和负极电缆。

5.根据权利要求1所述的一种用于可穿戴机器人的柔性供电系统，其特征在于：所述安装扣为腰带扣，电池单体安装槽的尺寸由电池单体确定，并且预留线缆接口；电池单体安装槽的材质包括尼龙材料；槽连接的材质包括军用帆布和皮革；电池单体包括方形薄片电池单体或者由圆柱形电池单体二次组装成的方向电池。

6.一种用于可穿戴机器人的柔性供电方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将腰带通过安装扣固定在穿戴者的腰间；

步骤2、根据负重配比将电池单体依次安装在腰带的电池单体安装槽上；

步骤3、根据所需要的电压或电流配置电池单体的串并联关系并连接至可扩展电路拓扑结构电缆，可扩展电路拓扑结构电缆输出相应的电压或电流。

7.根据权利要求1所述的一种用于可穿戴机器人的柔性供电方法，其特征在于：所述步骤3的包括以下步骤：

步骤3.1：穿戴者根据所需要的电压或电流判断电池单体的连接方式，若为电压要求则进行串联，若为电流要求则进行并联，若电压和电流均有要求则进行串并联；

步骤3.2：电池单体串联的方法为：将需要串联电池单体对应的正极串连接口连接至下一个电池单体的负极串连接口，后续电池依次进行连接，将串联电池单体中首尾电池单体未进行连接的正极串连接口和负极串连接口连接至对应的可扩展电路拓扑结构电缆；

步骤3.3：电池单体并联的方法为：将需要并联电池单体对应的正极串连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的正极电缆，将电池单体对应的负极串连接口连接至可扩展电路拓扑结构电缆的负极电缆。

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