CN112787423A - 基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法 - Google Patents

基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法；系统包括：机器人、第一接收天线、第二接收天线、信号检测与控制单元和无线充电发射线圈；机器人中设有相互连接的高频激励源和发射天线；第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈布置于地面；所述第一接收天线、第二接收天线布置于无线充电发射线圈两侧；所述信号检测与控制单元连接所述第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈。当机器人形式跨过第一接收天线、第二接收天线中一个时，感应到机器人进入充电桩中，控制充电装置开启为其充电；当机器人再次跨过第一接收天线、第二接收天线中一个时，感应到机器人离开充电桩，控制充电装置断电，完成此次充电过程。

Description

基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，特别涉及一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法。
背景技术
目前，随着变电站自动化水平的提高及无人值守的普及，人工巡检已满足不了变电站安全运行需求，采用智能电力巡检设备代替人工巡检是智能电网发展的发展趋势，而现有变电站巡检机器人接触式充电问题是制约变电站巡检机器人发展和普及应用的重要因素之一。无线充电技术能避免接触式充电中可能发生的对接失败甚至短路故障等安全问题，并可适应室外复杂恶劣环境。巡检机器人无线充电技术相比于传统接触式充电方式，在环境适应性、安全性、便利性等方面均具有较大优势，因此在变电站巡检机器人充电领域具有广阔的应用前景，未来可有助于提升变电站的自动化运行水平。
机器人无线充电主要采用磁耦合谐振式无线电能传输技术，无线充电系统主要由高频电能变换模块、供电线圈、受电线圈、整流变换模块四个部分构成。其中供电线圈位于地面端，受电线圈位于机器人底盘，能量通过供电线圈和受电线圈之间利用电磁感应原理进行无线传输。
由于系统采用自动工作模式，当机器人停靠在供电线圈上方时，需要系统识别机器人信息并自动为其无线充电；然而，现有技术技术中没有成熟的机器人无线充电位置识别方法，能够使机器人能够准确的识别充电线圈位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，包括：机器人、第一接收天线、第二接收天线、信号检测与控制单元和无线充电发射线圈；
机器人中设有相互连接的高频激励源和发射天线；
第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈布置于地面；所述第一接收天线、第二接收天线布置于无线充电发射线圈两侧；
所述信号检测与控制单元连接所述第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈。
本发明进一步的改进在于：所述发射天线为定向发射天线；所述第一接收天线、第二接收天线具体为第一定向接收天线和第二定向接收天线。
本发明进一步的改进在于：定向发射天线的发射方向竖直朝向地面。
本发明进一步的改进在于：机器人中还设有无线充电受电线圈。
本发明进一步的改进在于：所述无线充电受电线圈依次连接整流电路和蓄电池。
本发明进一步的改进在于：发射天线的发射频率为无线充电发射线圈发射频率的10倍以上。
本发明进一步的改进在于：同一时刻，第一接收天线和第二接收天线中最多只有一个能够接收到发射天线发射的电磁波信号。
基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别方法，包括：
机器人驱动运动轮按照预定的路径运动，同时高频激励源向发射天线不间断注入高频电流；发射天线发射电磁波；
第一接收天线和第二接收天线不间断感应发射天线发射的电磁波；
第一接收天线和第二接收天线中任一个感应到发射天线发射的电磁波，产生电流，信号检测与控制单元检测到第一接收天线和第二接收天线中任一个产生电流后，控制无线充电发射线圈开启为停靠在无线充电发射线圈上的机器人充电；第一接收天线和第二接收天线继续不间断感应发射天线发射的电磁波；第一接收天线和第二接收天线中任一个感应到发射天线发射的电磁波，产生电流，信号检测与控制单元检测到第一接收天线和第二接收天线中任一个产生电流后，控制无线充电发射线圈关闭，停止无线充电。
本发明进一步的改进在于：所述发射天线为定向发射天线；所述第一接收天线、第二接收天线具体为第一定向接收天线和第二定向接收天线；定向发射天线的发射方向竖直朝向地面。
本发明进一步的改进在于：发射天线的发射频率为无线充电发射线圈发射频率的10倍以上；同一时刻，第一接收天线和第二接收天线中最多只有一个能够接收到发射天线发射的电磁波信号。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统及方法；系统包括：机器人、第一接收天线、第二接收天线、信号检测与控制单元和无线充电发射线圈；机器人中设有相互连接的高频激励源和发射天线；第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈布置于地面；所述第一接收天线、第二接收天线布置于无线充电发射线圈两侧；所述信号检测与控制单元连接所述第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈。当巡检机器人执行任务过程中需要补充能量时，会自动按照预设路径返回位于相应位置的无线充电桩充电，由于机器人能量补充采用完全自主的无线充电方式；本发明通过设置第一接收天线、第二接收天线，当机器人形式跨过第一接收天线、第二接收天线中一个时，感应到机器人进入充电桩中，控制充电装置开启为其充电。当机器人再次跨过第一接收天线、第二接收天线中一个时，感应到机器人完成能量补充并离开充电桩，控制充电装置断电，完成此次充电过程。
进一步的，所述发射天线为定向发射天线；所述第一接收天线、第二接收天线具体为第一定向接收天线和第二定向接收天线；定向发射天线的发射方向竖直朝向地面。通过定向发射天线和定向接收天线配合，识别机器人是否进入充电桩区域更加准确；而且能够及时控制无线充电发射线圈开启或者关闭，节省电能。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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为本发明一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统的结构示意图；
图2为本发明一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
请参阅图1所示，本发明提供一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，包括：高频激励源1、定向发射天线2、定向接收天线3和信号检测与控制单元4。
地面端识别线圈3包括设置于地面上的第一定向接收天线A和第二定向接收天线B，无线充电发射线圈5设置于第一定向接收天线A和第二定向接收天线B之间；第一定向接收天线A、第二定向接收天线B和无线充电发射线圈5均连接信号检测与控制单元4。
机器人100的顶部设有摄像头101；机器人100的底部设有运动轮102；机器人100的底部还设有高频激励源1和定向发射天线2。机器人100内还设有无线充电受电线圈，用于接收无线充电发射线圈5发射的电磁信号，进而产生电流，电流经过整流后为机器人100中的蓄电池充电。
高频激励源1连接定向发射天线2，用于通过定向发射天线2向地面方向发射定向电磁波，电磁波范围集中，第一定向接收天线A和第二定向接收天线B具有一定间距；同一时刻，第一定向接收天线A和第二定向接收天线B中最多只有一个能够接收到定向发射天线2；发射的定向电磁波。
高频激励源1，用于持续输出功率很小的高频电流，为防止位置识别信号与机器人无线充电系统本身信号产生电磁干扰；高频激励源1输出电流频率为无线充电频率的10倍频率。高频激励源1输出的电流注入定向发射天线2。
实施例2
请参阅图2所示，本发明提供一种基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别方法，包括以下步骤：
S1、机器人100驱动运动轮102按照预定的路径运动，同时高频激励源1向定向发射天线2不间断注入输出功率很小的高频电流；定向发射天线2向地面方向发射定向电磁波；
S2、第一定向接收天线A和第二定向接收天线B不间断感应定向发射天线2向地面方向发射的定向电磁波；
S3、第一定向接收天线A和第二定向接收天线B中任一个感应到定向发射天线2向地面方向发射的定向电磁波，产生电流，信号检测与控制单元4检测到第一定向接收天线A和第二定向接收天线B中任一个产生电流后，判断机器人100驶过第一定向接收天线A或第二定向接收天线B，控制无线充电发射线圈5开启为停靠在无线充电发射线圈5上的机器人100充电；
S4、第一定向接收天线A和第二定向接收天线B继续不间断感应定向发射天线2向地面方向发射的定向电磁波；
S5、第一定向接收天线A和第二定向接收天线B中任一个感应到定向发射天线2向地面方向发射的定向电磁波，产生电流，信号检测与控制单元4检测到第一定向接收天线A和第二定向接收天线B中任一个产生电流后，判断机器人100充完电再次驶过第一定向接收天线A或第二定向接收天线B，控制无线充电发射线圈5关闭，停止无线充电。
情况1：机器人沿第一定向接收天线A驶入-停留充电-第二定向接收天线B驶出方向移动
当机器人经过第一定向接收天线A时，第一定向接收天线A感应出机器人100的定向发射天线2发射的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5开启，为停靠在无线充电发射线圈5上的机器人100充电；当机器人完成充电并从第二定向接收天线B上方驶离时，第二定向接收天线B会感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5关闭。
机器人沿第二定向接收天线B驶入-停留充电-第一定向接收天线A驶出方向移动
当机器人经过第二定向接收天线B时，第二定向接收天线B感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5开启，为停靠在无线充电发射线圈5上的机器人100充电；当机器人完成充电并从第一定向接收天线A上方驶离时，第一定向接收天线A感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5关闭。
机器人沿第一定向接收天线A驶入-停留充电-第一定向接收天线A驶出方向移动
当机器人第一次经过第一定向接收天线A时，第一定向接收天线A感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5开启，为停靠在无线充电发射线圈5上的机器人100充电；当机器人完成充电并再次从第一定向接收天线A上方驶离时，第一定向接收天线A感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5关闭。
机器人沿第二定向接收天线B驶入-停留充电-第二定向接收天线B驶出方向移动
当机器人第一次经过第二定向接收天线B时，第二定向接收天线B会感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5开启，为停靠在无线充电发射线圈5上的机器人100充电；当机器人完成充电并再次从第二定向接收天线B上方驶离时，第二定向接收天线B会感应出定向发射天线2发送的电流信息，并经过信号检测与控制单元4控制无线充电发射线圈5关闭。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，包括：机器人(100)、第一接收天线、第二接收天线、信号检测与控制单元(4)和无线充电发射线圈(5)；
机器人(100)中设有相互连接的高频激励源(1)和发射天线；
第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈(5)布置于地面；所述第一接收天线、第二接收天线布置于无线充电发射线圈(5)两侧；
所述信号检测与控制单元(4)连接所述第一接收天线、第二接收天线和无线充电发射线圈(5)。
2.根据权利要求1所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，所述发射天线为定向发射天线；所述第一接收天线、第二接收天线具体为第一定向接收天线和第二定向接收天线。
3.根据权利要求2所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，定向发射天线的发射方向竖直朝向地面。
4.根据权利要求1所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，机器人(100)中还设有无线充电受电线圈。
5.根据权利要求4所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，所述无线充电受电线圈依次连接整流电路和蓄电池。
6.根据权利要求1所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，发射天线的发射频率为无线充电发射线圈发射频率的10倍以上。
7.根据权利要求1所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别系统，其特征在于，同一时刻，第一接收天线和第二接收天线中最多只有一个能够接收到发射天线发射的电磁波信号。
8.基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别方法，其特征在于，包括：
机器人驱动运动轮按照预定的路径运动，同时高频激励源向发射天线不间断注入高频电流；发射天线发射电磁波；
第一接收天线和第二接收天线不间断感应发射天线发射的电磁波；
第一接收天线和第二接收天线中任一个感应到发射天线发射的电磁波，产生电流，信号检测与控制单元检测到第一接收天线和第二接收天线中任一个产生电流后，控制无线充电发射线圈开启为停靠在无线充电发射线圈上的机器人充电；第一接收天线和第二接收天线继续不间断感应发射天线发射的电磁波；第一接收天线和第二接收天线中任一个感应到发射天线发射的电磁波，产生电流，信号检测与控制单元检测到第一接收天线和第二接收天线中任一个产生电流后，控制无线充电发射线圈关闭，停止无线充电。
9.根据权利要求8所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别方法，其特征在于，所述发射天线为定向发射天线；所述第一接收天线、第二接收天线具体为第一定向接收天线和第二定向接收天线；定向发射天线的发射方向竖直朝向地面。
10.根据权利要求8所述的基于磁场定位技术的机器人无线充电位置识别方法，其特征在于，发射天线的发射频率为无线充电发射线圈发射频率的10倍以上；同一时刻，第一接收天线和第二接收天线中最多只有一个能够接收到发射天线发射的电磁波信号。
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