CN112952964A - 清洁机器人无线充电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种清洁机器人无线充电控制系统，包括充电桩单元和机器人充电单元；所述充电装单元包括整流电路、第一稳压电路、供电控制电路以及发射电路；所述机器人充电单元包括接收电路、第二稳压电路、蓄电池充电管理电路、控制器、信号触发电路以及执行机构供电控制电路；通过上述结构，在清洁机器人自动充电过程中能够完成对清洁机器人的执行机构进行断电锁定，从而有效防止用户误操作而引起机器人在充电过程中动作，并且整个系统稳定性好。

Description

清洁机器人无线充电控制系统

技术领域

本发明涉及一种机器人控制系统，尤其涉及一种清洁机器人无线充电控制系统。

背景技术

家庭清洁机器人在现代生活中使用越来越广泛，为人们的生活带来了极大的便捷性，现有的家庭清洁机器人采用电能作为能源，当清洁机器人电能使用完(蓄电池并没有完全放电，而是蓄电池的电量低于设定值则表示需要充电)后需要进行及时充电，现有的清洁机器人在充电时具有手动和自动两种模式，手动即通过电源线插接后进行充电，而自动充电则为机器人判断当前需要充电时自动寻找无线充电桩，然后调整自身姿态进行对准充电，但是，在自动充电中如果用户误输入遥控指令时，容易导致充电中断并执行相应的任务，从而容易造成蓄电池损伤，影响续航能力。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种清洁机器人无线充电控制系统，在清洁机器人自动充电过程中能够完成对清洁机器人的执行机构进行断电锁定，从而有效防止用户误操作而引起机器人在充电过程中动作，并且整个系统稳定性好。

本发明提供的一种清洁机器人无线充电控制系统，包括充电桩单元和机器人充电单元；

所述充电装单元包括整流电路、第一稳压电路、供电控制电路以及发射电路；

所述整流电路，用于将市电转换成直流电并输出至第一稳压电路的输入端；

所述稳压电路，用于接收整流电路输出的直流电进行第一稳压处理，并输出至供电控制电路；

所述供电控制电路，用于接收机器人充电单元输出的充电触发信号，并在接收充电触发信号后将第一稳压电路输出的直流电传输至发射电路；

所述发射电路，用于将供电控制电路输出的直流电转换成无线信号并传输至机器人充电单元；

所述机器人充电单元包括接收电路、第二稳压电路、蓄电池充电管理电路、控制器、信号触发电路以及执行机构供电控制电路；

所述接收电路，用于将发射电路输出的无线信号转换成直流电并输出至第二稳压电路；

所述第二稳压电路，用于将接收电路输出的直流电进行稳压处理并输出至蓄电池充电管理电路的输入端以及执行机构供电控制电路的输入端；

所述执行机构供电控制电路，用于在充电初始阶段控制机器人的执行机构供电回路断开，并在充电结束后接受蓄电池供电控制电路输出控制信号控制执行机构供电回路导通；

所述控制器，用于接收蓄电池充电管理电路的蓄电池的状态信号，控制执行机构动作与充电桩单元对准并在充电完成后控制机器人执行机构动作自动撤离充电桩单元；

所述信号触发电路，用于接收控制器根据蓄电池的状态信号输出的充电触发命令，并向供电控制电路输出充电触发信号。

进一步，所述供电控制电路包括触发开关电路、延时开关电路以及供电反馈电路；

所述触发开关电路，用于接收信号触发电路输出的充电触发信号将第一稳压电路输出的直流电输出至供电反馈电路的输入端以及延时开关电路的输入端；

所述延时开关电路，用于将触发开关电路输出的直流电延时输出至发射电路；

所述供电反馈电路，用于在触发开关电路导通后向执行机构供电控制电路输出反馈控制信号。

进一步，触发开关电路包括光敏三极管Q1、光敏三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7、三极管Q4、PMOS管Q3以及稳压管ZD1；

所述光敏三极管Q1的集电极通过电阻R1连接于PMOS管Q3的源极，光敏三极管Q1的发射极与光敏三极管Q2的集电极连接，光敏三极管Q2的发射极通过电阻R7连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R6连接于PMOS管Q3的栅极，PMOS管Q3的栅极通过电阻R2连接于PMOS管Q3的源极，PMOS管Q3的漏极与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极接地，PMOS管Q3的源极作为触发开关电路的输入端，PMOS管Q3的漏极作为触发开关电路的输出端。

进一步，所述延时开关电路包括电阻R4、电容C1、电容C2、三极管Q5、三极管Q6、电阻R5和电阻R8；

电阻R4的一端作为延时开关电路的输入端，电阻R4的另一端与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极作为延时开关电路的输出端；

三极管Q5的集电极通过电阻R5连接于三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接于三极管Q5的基极，电阻R4和三极管Q5的集电极之间的公共连接点通过电容C1和电容C2串联后接地，电容C1和电容C2之间的公共连接点通过电阻R8连接于三极管Q6的基极。

进一步，所述供电反馈电路包括电阻R3和发光二极管LED1；

电阻R3的一端连接于触发开关电路的输出端，电阻R3的另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极接地。

进一步，所述执行机构供电控制电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、三极管Q7、三极管Q11、光敏三极管Q10、PMOS管Q8、NMOS管Q9、二极管D1、二极管D2以及继电器RE；

继电器RE为常闭型继电器，继电器RE的常闭开关的输入端连接于蓄电池的输出端，继电器RE的常闭开关的输出端连接于执行机构的输入端，继电器RE的励磁线圈的一端接地，继电器RE的另一端连接于PMOS管Q9的源极，PMOS管Q9的栅极连接于三极管Q11的集电极，PMOS管Q9的漏极通过电阻R15连接于PMOS管Q8的漏极，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的基极与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端连接于蓄电池充电管理电路的控制输出端；

PMOS管Q9的栅极连接于光敏三极管Q10的发射极，光敏三极管Q10的集电极通过电阻R14连接于PMOS管Q8的漏极，光敏三极管Q10接收发光二极管LED1的反馈控制信号；

PMOS管Q8的源极连接于蓄电池，PMOS管Q8的源极通过电阻R9和电阻R11串联后接地，电阻R9和电阻R11之间的公共连接点通过电阻R10连接于PMOS管Q8的栅极；

电阻R13的一端连接于第二稳压电路的输出端，电阻R13的另一端与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的发射极连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极连接于电阻R9和电阻R11之间的公共连接点，三极管Q7的基极通过电阻R12连接于三极管Q7的集电极，三极管Q7的集电极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极连接于PMOS管Q8的漏极。

进一步，所述信号触发电路包括两个发光二极管以及用于驱动发光二极管动作的驱动电路；

所述驱动电路的控制输入端连接于控制器，驱动电路的输出端向两个发光二极管供电。

进一步，所述蓄电池充电管理电路为充电管理芯片及其外围电路；

所述充电管理芯片为CN3763芯片，充电管理芯片的3引脚向三极管Q11输出控制信号；

充电管理芯片的3引脚和4引脚与控制器连接。

本发明的有益效果：通过本发明，在清洁机器人自动充电过程中能够完成对清洁机器人的执行机构进行断电锁定，从而有效防止用户误操作而引起机器人在充电过程中动作，并且整个系统稳定性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的蓄电池充电管理电路原理图。

图3为本发明的供电控制电路原理图。

图4为本发明的执行机构供电控制电路原理图。

图5为光敏三极管Q1和光敏三极管Q2的布置示意图。

图6为信号触发电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：

本发明提供的一种清洁机器人无线充电控制系统，包括充电桩单元和机器人充电单元；

所述充电装单元包括整流电路、第一稳压电路、供电控制电路以及发射电路；

所述整流电路，用于将市电转换成直流电并输出至第一稳压电路的输入端；

所述稳压电路，用于接收整流电路输出的直流电进行第一稳压处理，并输出至供电控制电路；

所述供电控制电路，用于接收机器人充电单元输出的充电触发信号，并在接收充电触发信号后将第一稳压电路输出的直流电传输至发射电路；

所述发射电路，用于将供电控制电路输出的直流电转换成无线信号并传输至机器人充电单元；

所述机器人充电单元包括接收电路、第二稳压电路、蓄电池充电管理电路、控制器、信号触发电路以及执行机构供电控制电路；

所述接收电路，用于将发射电路输出的无线信号转换成直流电并输出至第二稳压电路；

所述第二稳压电路，用于将接收电路输出的直流电进行稳压处理并输出至蓄电池充电管理电路的输入端以及执行机构供电控制电路的输入端；

所述执行机构供电控制电路，用于在充电初始阶段控制机器人的执行机构供电回路断开，并在充电结束后接受蓄电池供电控制电路输出控制信号控制执行机构供电回路导通；

所述控制器，用于接收蓄电池充电管理电路的蓄电池的状态信号，控制执行机构动作与充电桩单元对准并在充电完成后控制机器人执行机构动作自动撤离充电桩单元；

所述信号触发电路，用于接收控制器根据蓄电池的状态信号输出的充电触发命令，并向供电控制电路输出充电触发信号；其中，第一稳压电路和第二稳压电路采用现有的稳压电路，根据实际电压需要选择稳压电路的规格和型号，比如LM78系列稳压电路，发射电路采用现有的电路，比如，发射电路采用现有的开关电源电路，接收电路为接收线圈和第二整流电路组成，上述中的整流电路均采用二极管组成的全桥式整流电路；控制器采用机器人自身的控制器；通过上述结构，在清洁机器人自动充电过程中能够完成对清洁机器人的执行机构进行断电锁定，从而有效防止用户误操作而引起机器人在充电过程中动作，并且整个系统稳定性好。

本实施例中，所述供电控制电路包括触发开关电路、延时开关电路以及供电反馈电路；

所述触发开关电路，用于接收信号触发电路输出的充电触发信号将第一稳压电路输出的直流电输出至供电反馈电路的输入端以及延时开关电路的输入端；

所述延时开关电路，用于将触发开关电路输出的直流电延时输出至发射电路；

所述供电反馈电路，用于在触发开关电路导通后向执行机构供电控制电路输出反馈控制信号。

具体地：触发开关电路包括光敏三极管Q1、光敏三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7、三极管Q4、PMOS管Q3以及稳压管ZD1；

所述光敏三极管Q1的集电极通过电阻R1连接于PMOS管Q3的源极，光敏三极管Q1的发射极与光敏三极管Q2的集电极连接，光敏三极管Q2的发射极通过电阻R7连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R6连接于PMOS管Q3的栅极，PMOS管Q3的栅极通过电阻R2连接于PMOS管Q3的源极，PMOS管Q3的漏极与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极接地，PMOS管Q3的源极作为触发开关电路的输入端，PMOS管Q3的漏极作为触发开关电路的输出端。

所述延时开关电路包括电阻R4、电容C1、电容C2、三极管Q5、三极管Q6、电阻R5和电阻R8；

电阻R4的一端作为延时开关电路的输入端，电阻R4的另一端与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极作为延时开关电路的输出端；

三极管Q5的集电极通过电阻R5连接于三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接于三极管Q5的基极，电阻R4和三极管Q5的集电极之间的公共连接点通过电容C1和电容C2串联后接地，电容C1和电容C2之间的公共连接点通过电阻R8连接于三极管Q6的基极。

所述供电反馈电路包括电阻R3和发光二极管LED1；

电阻R3的一端连接于触发开关电路的输出端，电阻R3的另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极接地。

其中，如图5所示，图5中的中心圆圈表示发射电路的发射线圈区域，A和B分别表示光敏三极管Q1和光敏三极管Q2，也就是，两个光敏元件的布置位于发射线圈区域的两侧，在这种结构下，当两个光敏三极管同时导通时才表示机器人的接收线圈与充电桩的发射线圈之间对准，此时无线充电时效率最高。

本实施例中，所述执行机构供电控制电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、三极管Q7、三极管Q11、光敏三极管Q10、PMOS管Q8、NMOS管Q9、二极管D1、二极管D2以及继电器RE；

继电器RE为常闭型继电器，继电器RE的常闭开关的输入端连接于蓄电池的输出端，继电器RE的常闭开关的输出端连接于执行机构的输入端，继电器RE的励磁线圈的一端接地，继电器RE的另一端连接于PMOS管Q9的源极，PMOS管Q9的栅极连接于三极管Q11的集电极，PMOS管Q9的漏极通过电阻R15连接于PMOS管Q8的漏极，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的基极与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端连接于蓄电池充电管理电路的控制输出端；

PMOS管Q9的栅极连接于光敏三极管Q10的发射极，光敏三极管Q10的集电极通过电阻R14连接于PMOS管Q8的漏极，光敏三极管Q10接收发光二极管LED1的反馈控制信号；

PMOS管Q8的源极连接于蓄电池，PMOS管Q8的源极通过电阻R9和电阻R11串联后接地，电阻R9和电阻R11之间的公共连接点通过电阻R10连接于PMOS管Q8的栅极；

电阻R13的一端连接于第二稳压电路的输出端，电阻R13的另一端与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的发射极连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极连接于电阻R9和电阻R11之间的公共连接点，三极管Q7的基极通过电阻R12连接于三极管Q7的集电极，三极管Q7的集电极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极连接于PMOS管Q8的漏极。

所述信号触发电路包括两个发光二极管以及用于驱动发光二极管动作的驱动电路；两个发光二极管与光敏三极管Q1和光敏三极管Q2一一对应，也就是说：当充电时，两个发光二极管和两个光敏三极管一一正对。

所述驱动电路的控制输入端连接于控制器，驱动电路的输出端向两个发光二极管供电，其中，驱动电路的电源为蓄电池提供。

所述蓄电池充电管理电路为充电管理芯片及其外围电路；

所述充电管理芯片为CN3763芯片，充电管理芯片的3引脚向三极管Q11输出控制信号；

充电管理芯片的3引脚和4引脚与控制器连接。

下面对本发明的原理做进一步详细阐述：

当机器人判断自身需要充电时(通过相应的电压传感器、电流传感器或者电压采集电路和电流采集电路采集蓄电池的电压和放电电流后由控制器来判断，同样属于现有技术)，则行进到充电桩单元处(如何进行寻找、如何进行路径规划，这些均是现有技术即可解决，在此不赘述)；然后机器人的控制器控制两个发光二极管工作，并调整自身姿态，当两个发光二极管与两个光敏三极管(Q1和Q2)正对时，两个光敏三极管导通，从而使得PMOS管Q3导通，发光二极管LED1工作，此时对电容C1和电容C2充电，三极管Q5不导通，发光二极管LED1与光敏三极管Q10对应，即信号触发电路中的两个发光二极管与光敏三极管Q1和Q2正对时，发光二极管LED1和光敏三极管Q10正对，光敏三极管Q10导通，此时，NMOS管Q9导通，继电器得电而断开，从而使得机器人的执行机构EX(机器人的执行机构主要为驱动电机，用于驱动机器人的轮子、关节等动作)断电，并且光敏三极管Q10导通的同时，通过电阻R22向控制器发送一个触发信号，停止信号触发电路中的发光二极管的工作。

当电容C1和电容C2充电完成后，三极管Q5导通，发射电路得电工作，从而接收电路、第二稳压电路以及蓄电池充电管理电路进入工作状态；在第二稳压电路输出电压VD的同时，三极管Q7导通，从而使得PMOS管Q8截止，蓄电池停止供电，确保在充电过程中蓄电池不处于放电状态，此时，由直流电VD保持继电器RE处于断开状态；当充电管理芯片充电状态时，其3引脚为低电平，因此，三极管Q11处于截止状态，不影响NMOS管Q9的工作；而当充电完成后，该芯片的3引脚为高电平，其4引脚转为低电平，此时，三极管Q11导通，NMOS管Q9截止，解除机器人执行机构的断电状态；并且充电管理芯片也停止向蓄电池充电，即Q12截止，并且控制器也得到充电完成命令，此时，控制器自动控制机器人撤离充电桩单元，光敏三极管Q1和光敏三极管Q2以及光敏三极管Q10均截止，继电器Q9保持截止，供电控制电路停止工作，后续的发射电路也停止工作，从而防止发射电路始终处于工作状态影响其稳定性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：包括充电桩单元和机器人充电单元；

所述充电装单元包括整流电路、第一稳压电路、供电控制电路以及发射电路；

所述整流电路，用于将市电转换成直流电并输出至第一稳压电路的输入端；

所述稳压电路，用于接收整流电路输出的直流电进行第一稳压处理，并输出至供电控制电路；

所述供电控制电路，用于接收机器人充电单元输出的充电触发信号，并在接收充电触发信号后将第一稳压电路输出的直流电传输至发射电路；

所述发射电路，用于将供电控制电路输出的直流电转换成无线信号并传输至机器人充电单元；

所述机器人充电单元包括接收电路、第二稳压电路、蓄电池充电管理电路、控制器、信号触发电路以及执行机构供电控制电路；

所述接收电路，用于将发射电路输出的无线信号转换成直流电并输出至第二稳压电路；

所述第二稳压电路，用于将接收电路输出的直流电进行稳压处理并输出至蓄电池充电管理电路的输入端以及执行机构供电控制电路的输入端；

所述执行机构供电控制电路，用于在充电初始阶段控制机器人的执行机构供电回路断开，并在充电结束后接受蓄电池供电控制电路输出控制信号控制执行机构供电回路导通；

所述控制器，用于接收蓄电池充电管理电路的蓄电池的状态信号，控制执行机构动作与充电桩单元对准并在充电完成后控制机器人执行机构动作自动撤离充电桩单元；

所述信号触发电路，用于接收控制器根据蓄电池的状态信号输出的充电触发命令，并向供电控制电路输出充电触发信号。

2.根据权利要求1所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：所述供电控制电路包括触发开关电路、延时开关电路以及供电反馈电路；

所述触发开关电路，用于接收信号触发电路输出的充电触发信号将第一稳压电路输出的直流电输出至供电反馈电路的输入端以及延时开关电路的输入端；

所述延时开关电路，用于将触发开关电路输出的直流电延时输出至发射电路；

所述供电反馈电路，用于在触发开关电路导通后向执行机构供电控制电路输出反馈控制信号。

3.根据权利要求2所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：触发开关电路包括光敏三极管Q1、光敏三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7、三极管Q4、PMOS管Q3以及稳压管ZD1；

所述光敏三极管Q1的集电极通过电阻R1连接于PMOS管Q3的源极，光敏三极管Q1的发射极与光敏三极管Q2的集电极连接，光敏三极管Q2的发射极通过电阻R7连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R6连接于PMOS管Q3的栅极，PMOS管Q3的栅极通过电阻R2连接于PMOS管Q3的源极，PMOS管Q3的漏极与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极接地，PMOS管Q3的源极作为触发开关电路的输入端，PMOS管Q3的漏极作为触发开关电路的输出端。

4.根据权利要求2所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：所述延时开关电路包括电阻R4、电容C1、电容C2、三极管Q5、三极管Q6、电阻R5和电阻R8；

电阻R4的一端作为延时开关电路的输入端，电阻R4的另一端与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极作为延时开关电路的输出端；

三极管Q5的集电极通过电阻R5连接于三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接于三极管Q5的基极，电阻R4和三极管Q5的集电极之间的公共连接点通过电容C1和电容C2串联后接地，电容C1和电容C2之间的公共连接点通过电阻R8连接于三极管Q6的基极。

5.根据权利要求2所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：所述供电反馈电路包括电阻R3和发光二极管LED1；

电阻R3的一端连接于触发开关电路的输出端，电阻R3的另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极接地。

6.根据权利要求5所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：所述执行机构供电控制电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、三极管Q7、三极管Q11、光敏三极管Q10、PMOS管Q8、NMOS管Q9、二极管D1、二极管D2以及继电器RE；

继电器RE为常闭型继电器，继电器RE的常闭开关的输入端连接于蓄电池的输出端，继电器RE的常闭开关的输出端连接于执行机构的输入端，继电器RE的励磁线圈的一端接地，继电器RE的另一端连接于PMOS管Q9的源极，PMOS管Q9的栅极连接于三极管Q11的集电极，PMOS管Q9的漏极通过电阻R15连接于PMOS管Q8的漏极，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的基极与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端连接于蓄电池充电管理电路的控制输出端；

PMOS管Q9的栅极连接于光敏三极管Q10的发射极，光敏三极管Q10的集电极通过电阻R14连接于PMOS管Q8的漏极，光敏三极管Q10接收发光二极管LED1的反馈控制信号；

PMOS管Q8的源极连接于蓄电池，PMOS管Q8的源极通过电阻R9和电阻R11串联后接地，电阻R9和电阻R11之间的公共连接点通过电阻R10连接于PMOS管Q8的栅极；

电阻R13的一端连接于第二稳压电路的输出端，电阻R13的另一端与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的发射极连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极连接于电阻R9和电阻R11之间的公共连接点，三极管Q7的基极通过电阻R12连接于三极管Q7的集电极，三极管Q7的集电极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极连接于PMOS管Q8的漏极。

7.根据权利要求3所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：所述信号触发电路包括两个发光二极管以及用于驱动发光二极管动作的驱动电路；

所述驱动电路的控制输入端连接于控制器，驱动电路的输出端向两个发光二极管供电。

8.根据权利要求6所述清洁机器人无线充电控制系统，其特征在于：所述蓄电池充电管理电路为充电管理芯片及其外围电路；

所述充电管理芯片为CN3763芯片，充电管理芯片的3引脚向三极管Q11输出控制信号；

充电管理芯片的3引脚和4引脚与控制器连接。

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