CN112701802A - 一种用于机器人的无线充电系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于机器人的无线充电系统与方法，所述无线充电系统包括内置于充电桩的电刷单元、控制单元，以及内置于机器人箱体的刷板；其中，所述电刷单元包括若干个平行分布的第一充电线圈，所述第一充电线圈均独立工作；所述刷板包含第二充电线圈；所述控制单元包括处理器、电流互感器以及PWM驱动电路。在电刷电源中平行配列若干个充电线圈，从而增大了无线充电的接触面积，刷版只需要对准其中的任意一个充电线圈即可开始充电，降低了对导航定位较高的精度要求。

Description

一种用于机器人的无线充电系统与方法
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种用于机器人的无线充电系统与方法。
背景技术
由于无线充电技术具有不受充电线制约的优点，应用有工业领域的机器人通常采用无线充电的方式，无线充电通常是利用充电桩的电刷与机器人的刷板接触进行充电。
现有的充电技术对导航精度有较高的要求，在导航出现误差时，容易导致电刷与刷板接触面积过小导致机器人充电失败，而采用大量外露式的刷板容易造成刷板表面氧化，使电刷与刷板接触不良，影响充电效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种用于机器人的无线充电系统，所述无线充电系统包括内置于充电桩的电刷单元、控制单元，以及内置于机器人箱体的刷板；
其中，所述电刷单元包括若干个平行分布的第一充电线圈，所述第一充电线圈均独立工作；
所述刷板包含第二充电线圈；
所述控制单元包括处理器、电流互感器以及PWM驱动电路。
可选的，所述第一充电线圈与所述第二充电线圈的直径均相等。
可选的，所述电刷单元中第一充电线圈的排列呈等边三角形。
可选的，所述电刷单元中第一充电线圈两两相切。
可选的，所述控制单元用于调整电刷单元的充电功率；
其中，所述电流互感器分别于每个第一充电线圈相连，所述控制器的输入端连接电流互感器，所述控制器的输出端连接PWM驱动电路。
可选的，所述控制单元中的处理器还通过无线网络接收机器人的充电请求。
本发明还提出了一种用于机器人的无线充电方法，无线充电方法通过上述线充电系统实现，包括：
驱动机器人移动，当电刷单元与刷板接触时，获取机器人发送的包括额定充电功率的充电请求；
通过电流互感器采集电刷单元中各个第一充电线圈的感应电流，将感应电流最大的第一充电线圈识别为正在工作的充电线圈；
基于预设采样周期，通过电流互感器采集正在工作的充电线圈的感应电流，通过处理器根据感应电流计算电刷单元的实际充电功率；
通过控制单元监控电刷单元的实际充电功率，使实际充电功率不低于额定充电功率。
可选的，所述通过控制单元监控电刷单元的实际充电功率，使实际充电功率不低于额定充电功率，包括：
将实际充电功率与额定充电功率进行比较，当实际充电功率小于额定充电功率且与额定充电功率的差值大于预设阈值时，通过控制单元中的处理器生成调整信号；
将调整信号传送至控制单元中的PWM驱动电路，通过PWM驱动电路增大充电桩的输出电压，直至电刷单元的实际充电功率达到机器人的额定充电功率。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
在电刷电源中平行配列若干个充电线圈，从而增大了无线充电的接触面积，刷版只需要对准其中的任意一个充电线圈即可开始充电，降低了对导航定位较高的精度要求。将电刷单元内置于充电桩，克服了增大接触面积容易造成刷版表面氧化的问题，同时相比于传统的伸缩式电刷，消除了带电电刷接触人体的危险。
除此之外，本发明提出的无线充电系统还包括用于控制充电功率的控制单元，使充电桩能够匹配不同额定充电功率的机器人，提高了充电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种用于机器人的无线充电系统的结构示意图；
图2为电刷单元中第一充电线圈的排列示意图；
图3为本发明提出的一种用于机器人的无线充电方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，本发明提出了一种用于机器人的无线充电系统，包括内置于充电桩的电刷单元1、控制单元2，以及内置于机器人箱体的刷板3。
其中，所述电刷单元1包括若干个平行分布的第一充电线圈，所述第一充电线圈均独立工作；
所述刷板3包含第二充电线圈；
所述控制单元2包括处理器、电流互感器以及PWM驱动电路。
为了使充电桩的电刷与机器人的刷板充分接触，本实施例中所述第一充电线圈与所述第二充电线圈的直径均相等。
如图2所示，所述电刷单元1中第一充电线圈的排列呈等边三角形，并且第一充电线圈两两相切。通过上述配列方式，增大了可充电的接触面积的同时避免了线圈之间的电磁干扰，由于充电桩内置的线圈散布面积足够大，即使机器人导航存在误差导致充电位置有偏移，也能确保机器人箱体内充电线圈对准充电桩的充电线圈位置进行充电。
所述控制单元2用于调整电刷单元的充电功率，所述电流互感器分别于每个第一充电线圈相连，所述控制器的输入端连接电流互感器，所述控制器的输出端连接PWM驱动电路。
在本实施例中，控制单元中的处理器还通过无线网络接收机器人的充电请求，所述充电请求包含机器人额定充电功率的信息，处理器接收到充电请求后，将机器人额定充电功率的信息存储在控制单元的存储器中，以便后续调用。
本实施例中的电刷单元1与刷板3均采用内置的方式安装，一方面避免了充电桩和机器人接触式电刷和刷板暴露在外，因氧化造成接触不良导致充电失败，提高了无线充电系统的可靠性，另一方面避免了传统的外露式电刷充电对人体和设备造成的危害，增强了无线充电系统的安全性。
实施例二
如图3所示，本发明提出了一种用于机器人的无线充电方法，所述无线充电方法通过上述无线充电系统实现，包括：
S401：驱动机器人移动，当电刷单元与刷板接触时，获取机器人发送的包括额定充电功率的充电请求。
当机器人电池容量低于预设阈值时，通过视觉定位技术或红外感应技术确定充电桩的位置，通过预先内置的导航算法解算出到达充电桩的路径，驱动机器人的AGV移动单元使机器人沿所述路径移动至充电桩。
同时，通过蓝牙、wifi等无线网络将包含额定充电功率的充电请求上传至充电桩控制单元中的处理器。
S402：通过电流互感器采集电刷单元中各个第一充电线圈的感应电流，将感应电流最大的第一充电线圈识别为正在工作的充电线圈。
由于充电桩的电刷单元中包含多个第一充电线圈，在充电时仅其中一个第一充电线圈参与充电过程，而其他未参数充电过程的第一充电线圈的感应电流会远小于参与充电过程的第一充电线圈，因此通过采集感应电流识别出感应电流最大的第一充电线圈识别为正在工作的充电线圈。
S403：基于预设采样周期，通过电流互感器采集正在工作的充电线圈的感应电流，通过处理器根据感应电流计算电刷单元的实际充电功率。
将采集到的感应电流通过IO引脚发送给处理器，由处理器根据预先存储的第一充电线圈的内阻与感应电流计算实际充电功率。
S404：通过控制单元监控电刷单元的实际充电功率，使实际充电功率不低于额定充电功率。
将实际充电功率与额定充电功率进行比较，当实际充电功率小于额定充电功率且与额定充电功率的差值大于预设阈值时，通过控制单元中的处理器生成调整信号；
将调整信号传送至控制单元中的PWM驱动电路，通过PWM驱动电路增大充电桩的输出电压，具体为通过PWM驱动电路中的MOS管调整输出电压的占空比，从而实现调整输出电压幅值的功能，直至电刷单元的实际充电功率达到机器人的额定充电功率。
通过PWM驱动电路调整输出电压，进而调整充电桩的实际充电功率达到机器人的额定充电功率，不仅提高了充电效率，还扩大了充电桩的应用范围，通过动态调整实际充电功率。使充电桩能够对不同额定充电功率的机器人充电。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于机器人的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括内置于充电桩的电刷单元、控制单元，以及内置于机器人箱体的刷板；
其中，所述电刷单元包括若干个平行分布的第一充电线圈，所述第一充电线圈均独立工作；
所述刷板包含第二充电线圈；
所述控制单元包括处理器、电流互感器以及PWM驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种用于机器人的无线充电系统，其特征在于，所述第一充电线圈与所述第二充电线圈的直径均相等。
3.根据权利要求1所述的一种用于机器人的无线充电系统，其特征在于，所述电刷单元中第一充电线圈的排列呈等边三角形。
4.根据权利要求1所述的一种用于机器人的无线充电系统，其特征在于，所述电刷单元中第一充电线圈两两相切。
5.根据权利要求1所述的一种用于机器人的无线充电系统，其特征在于，所述控制单元用于调整电刷单元的充电功率；
其中，所述电流互感器分别于每个第一充电线圈相连，所述控制器的输入端连接电流互感器，所述控制器的输出端连接PWM驱动电路。
6.根据权利要求1所述的一种用于机器人的无线充电系统，其特征在于，所述控制单元中的处理器还通过无线网络接收机器人的充电请求。
7.一种用于机器人的无线充电方法，其特征在于，所述无线充电方法通过权利要求1-6任一项所述的无线充电系统实现，包括：
驱动机器人移动，当电刷单元与刷板接触时，获取机器人发送的包括额定充电功率的充电请求；
通过电流互感器采集电刷单元中各个第一充电线圈的感应电流，将感应电流最大的第一充电线圈识别为正在工作的充电线圈；
基于预设采样周期，通过电流互感器采集正在工作的充电线圈的感应电流，通过处理器根据感应电流计算电刷单元的实际充电功率；
通过控制单元监控电刷单元的实际充电功率，使实际充电功率不低于额定充电功率。
8.根据权利要求7所述的一种用于机器人的无线充电方法，其特征在于，所述通过控制单元监控电刷单元的实际充电功率，使实际充电功率不低于额定充电功率，包括：
将实际充电功率与额定充电功率进行比较，当实际充电功率小于额定充电功率且与额定充电功率的差值大于预设阈值时，通过控制单元中的处理器生成调整信号；
将调整信号传送至控制单元中的PWM驱动电路，通过PWM驱动电路增大充电桩的输出电压，直至电刷单元的实际充电功率达到机器人的额定充电功率。
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