CN205160138U - Agv的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及AGV的无线充电系统，包括充电发射电路和充电接收电路；所述充电发射电路包含发射线圈，所述发射线圈设于地面上；所述充电接收电路包含感应线圈，所述感应线圈设于移动机器人底部。本实用新型的充电发射电路通过其无线通信芯片和AGV充电接收电路有实时的数据通信，能够实时反馈充电状况以便做出调整。通过中频接收电路对AGV充电电流实时监控，在电池不同电量阶段对充电电流进行调整，此举将会大大延长电池使用寿命。

Description

AGV的无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及一种AGV的无线充电系统，具体地说是一种能自动充电并智能调节的无线充电装置。

背景技术

目前,移动机器人都是使用高质量的机载可充电蓄电池组来给自身供电,但是一般只能维持几个小时,一旦电能耗尽,必须采用人工干预的方式来给机器人充电。如果采用人工充电,那么机器人就处于一种非连续的任务环,这阻碍了机器人的长期自动工作。如果要实现真正意义上的长期自动工作,机器人必须能在所处的环境中实现自我支持,实现连续任务环。机器人连续任务环被简单地定义为使机器人以自主充电的方式来继续完成它所分配到的任务。一旦开始运行,机器人便进入连续任务环,即不再需要人的帮助,在此系统中,启动和停止是由机器人自动完成的。

总之,随着移动机器人的应用越来越广泛,人们对移动机器人能实现长期值守、延长自治时间以及增加活动范围等功能的要求越来越高,故而其补充动力能源成为了一个亟待解决的问题。由于常见的移动机器人动力能源的无缆化主要依赖高品质的机载蓄电池组,如何让机器人在无人工干预环境下安全可靠、快速高效地实现自动充电是实现机器人长期自治的一项关键技术。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是，克服背景技术的不足，提供一种结构简单合理，应用简单且可靠的AGV自动充电系统。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：AGV的无线充电系统，包括充电发射电路和充电接收电路；所述充电发射电路包含发射线圈，所述发射线圈设于地面上；所述充电接收电路包含感应线圈，所述感应线圈设于移动机器人底部。

所述充电发射电路包括第一单片机以及与其连接的中频发射电路、第一EEPROM、串口芯片和第一无线传输芯片。

所述中频发射电路采用MOS管和发射线圈；第一MOS管的G极与第一单片机连接，S极接地，D极与第二MOS管的S极、第三MOS管的D极连接；第二MOS管的G极、第三MOS管的G极间连有两个电阻，两个电阻中间的结点与电源连接、该结点还通过电容与第一MOS管的D极连接；所述第二MOS管的G极与第三MOS管的S极之间连有二极管；第二MOS管的G极、第三MOS管的G极之间连有保护电路；第二MOS管的D极、第三MOS管的S极之间连有LC谐振回路。

所述第二MOS管的G极与D极之间依次连有两个电阻和一个二极管，电阻和二极管连接的结点与第三MOS管的G极连接。

所述保护电路为两个正极相互连接的二极管。

所述LC谐振回路包括电容和发射线圈；两个发射线圈串联后与电容并联；所述两个发射线圈连接的结点通过电感与电源连接。

所述充电接收电路包括第二单片机以及与其连接的中频接收电路、第二EEPROM和第二无线传输芯片。

所述中频接收电路包括感应线圈电路以及与其连接的两个仪表运算放大器；所述两个仪表运算放大器均与第二单片机连接。

所述感应线圈电路包括顺序连接的感应线圈、全波整流电路、电容；所述电容的一端接地，另一端通过依次连接的电池、采样电阻、第四MOS管接地；电池的正、负极与第一仪表运算放大器的正、负输入端连接；采样电阻的两端与第二仪表运算放大器的正、负输入端连接；第四MOS管的G极与第二单片机连接，S极接地；第一仪表运算放大器的输出端、第二仪表运算放大器的输出端与第二单片机连接。

所述第二仪表运算放大器的输出端还连有电容、电阻、二极管的并联电路

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型采用充电发射电路和充电接收电路的结合，当机器人电池储能即将耗尽时，不需要人工干预，可以等待调度自动进行充电。

2.充电发射电路通过其无线通信芯片和AGV充电接收电路有实时的数据通信，能够实时反馈充电状况以便做出调整。

3.充电发射电路与服务器、AGV充电接收电路与服务器有实时的数据交互，用户可以再客户端监控所有设备的实时情况。

4.通过中频接收电路对AGV充电电流实时监控，在电池不同电量阶段对充电电流进行调整，此举将会大大延长电池使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的AGV和充电器的充电概括图。

图2是AGV无线充电的过程流程图。

图3是无线充电器的中频发射电路图。

图4是无线充电器的主控芯片的原理图。

图5a是AGV无线接收器的中频接收电路图一。

图5b是AGV无线接收器的中频接收电路图二。

图5c是AGV无线接收器的中频接收电路图三。

图6是AGV接收器的主控芯片的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

本实用新型通过无线感应，将充电器的电能通过自激回路耦合到AGV的感应线圈内，再通过充电电路对电池储能。

在图1中，移动机器人AGV(自动导引运输车)通过自主判断或服务器调度移动至充电器(发射线圈)上方，使得AGV的感应区(接收线圈)与充电器发射区粗略对接，此时进入充电准备阶段。

图2所示的为程序流程图。

图3所示的是中频产生并发射的原理图。输入电压范围为12-36V，均在安全电压范围之内。L1为铁芯电感，其作用为电源滤波，防止中频驻波返回到电源系统中，对电网无公害。其中C2、C3电容与发射线圈构成的LC谐振回路，使得电路振荡并保持最大的工作效率。其中两个RF为发射线圈，共20圈，在中间有抽头，其作用为给LC振荡回路提供电能。在空载情况下，20T的总电感量设为L、C2、C3并联等效电容C＝C2+C3；则空载谐振频率:

$f=1/\sqrt{2\mathrm{\π}LC}$

当AGV移动至充电线圈上方时，电感量改变，设此时电感增加为δL，谐振频率发生改变：

$f_0=1/\sqrt{2\mathrm{\π}(L+\mathrm{\δ}L)C}$

Q2、Q3为N沟道的可控硅，为谐振线圈提供能量。发射控制引脚为CTRL，该引脚连接到Q1的栅极，起作用相当于一个开关，当该引脚电平为高时，该管导通，电路工作；当该引脚电平为低时，该管截止，系统停止工作。

图4所示的是主控电路。主控芯片采用的是意法半导体公司的STM32F103RBT6，其具有高达72M的主频，具有丰富的接口。U3为AT24C02，是一个EEPROM，通过IIC通信来存储和读取一些必要的参数。U2为SP485，其作用是将处理器的TTL电平转换为RS485电平，作用是与远程的服务器进行通信，实时报告充电状态和接收指令。U4为北欧半导体公司的nRF24L01，通过2.4G的信道与AGV进行通信，接收AGV充电状态的反馈，用PA4引脚及时调整中频发射。

图5a中的RF为30圈的接收线圈，其作用是耦合发射器的中频能量。耦合的能量在其项圈两端表现为高频的交流电能。因为对电池充电需要直流电，所以电路中D1、D2、D3、D4四个二极管构成了全波整流电路，将高频交流电转换为直流电。C1为一个高容量电解电容，其作用为电源的退耦和滤波。将此直流电能连接到电池(Battery)，进行充电。

图5b中的U1为ADI公司的AD620，该元件为一个仪表运算放大器，该放大器具有温漂小、精度高、外围电路简单等诸多特点。其输出公式为：

V_out＝(49.4k/Rg+1)*(V_in+-V_in-)

在此电路中，Rg悬空，趋近于正无穷，k为数字单位(千)，所以

V_out＝V_in+-V_in-

Vout即采样电阻两端的电压，此时可得知电池的充电电流为I＝Vout/R,其中R为采样电阻。

图5c中的U2为ADI公司的AD620，在此电路中，Rg悬空，趋近于正无穷，所以

V_out＝V_in+-V_in-

Vout即电池两端的电压，此时可得知电池的电量信息。由于电池饱和电压为12V，单片机工作电压3.3V，所以单片机采集其电压时需进行降压处理，R3、R4作为分压电阻，在AD2端采集的电压为

Vcap＝Vin*R4/(R3+R4)；

这样采集的电压就会在0-3V变化，符合模拟输入的电压范围。D5作为一个钳位二极管，防止AD2点电压意外大于3.6V导致单片机的永久损坏。C2作为滤波电容，使采集的电压信号更稳定。

图6为AGV的主控芯片STM32F103RBT6。U3为AT24C02，通过IIC接口通信来存储一些必要的参数。U4为nRF24L01，通过2.4G的信道与充电发射电路进行通信，发送充电状态信息，用R_CTRL引脚及时调整充电方式。

本实用新型的无线充电系统主要利用中频耦合原理。利用激励源(充电器)发出的中频波来进行无线电能的传输。当AGV运行到充电线圈上方就可以进行充电流程。具体过程概括如下：

A.远程对接

AGV通过自主判断或服务器调度移动至充电器(发射线圈)上方，使得AGV的感应区与充电器发射区粗略对接。

B.超高频通信

AGV通过2.4G超高频与充电发射电路进行通信并进行身份识别，如果识别校验正确则进入充电阶段，否则充电发射电路会通过485总线与服务器通信，服务器来调度和仲裁当前AGV该如何动作。

C.充电

充电发射电路通过发射大功率中频波束以传递能量，AGV接收线圈通过耦合该电磁波波束以获取电能。在充电期间AGV与充电发射电路通过超高频通信实时反馈充电电流大小，充电发射电路调节发射功率以达到最大的传输效率。

D.充电完成

当AGV充电完成时，通过超高频通信通知充电发射电路充电完毕，充电发射电路通过485总线通知服务器，服务器决定当前AGV的任务。如果AGV被调度，则离开充电器执行任务；否则呆在原地并开启进行涓流充电。

Claims (10)

1.AGV的无线充电系统，其特征在于：包括充电发射电路和充电接收电路；所述充电发射电路包含发射线圈，所述发射线圈设于地面上；所述充电接收电路包含感应线圈，所述感应线圈设于移动机器人底部。

2.根据权利要求1所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述充电发射电路包括第一单片机以及与其连接的中频发射电路、第一EEPROM、串口芯片和第一无线传输芯片。

3.根据权利要求2所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述中频发射电路采用MOS管和发射线圈；第一MOS管的G极与第一单片机连接，S极接地，D极与第二MOS管的S极、第三MOS管的D极连接；第二MOS管的G极、第三MOS管的G极间连有两个电阻，两个电阻中间的结点与电源连接、该结点还通过电容与第一MOS管的D极连接；所述第二MOS管的G极与第三MOS管的S极之间连有二极管；第二MOS管的G极、第三MOS管的G极之间连有保护电路；第二MOS管的D极、第三MOS管的S极之间连有LC谐振回路。

4.根据权利要求3所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述第二MOS管的G极与D极之间依次连有两个电阻和一个二极管，电阻和二极管连接的结点与第三MOS管的G极连接。

5.根据权利要求3所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述保护电路为两个正极相互连接的二极管。

6.根据权利要求3所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述LC谐振回路包括电容和发射线圈；两个发射线圈串联后与电容并联；所述两个发射线圈连接的结点通过电感与电源连接。

7.根据权利要求1所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述充电接收电路包括第二单片机以及与其连接的中频接收电路、第二EEPROM和第二无线传输芯片。

8.根据权利要求7所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述中频接收电路包括感应线圈电路以及与其连接的两个仪表运算放大器；所述两个仪表运算放大器均与第二单片机连接。

9.根据权利要求8所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述感应线圈电路包括顺序连接的感应线圈、全波整流电路、电容；所述电容的一端接地，另一端通过依次连接的电池、采样电阻、第四MOS管接地；电池的正、负极与第一仪表运算放大器的正、负输入端连接；采样电阻的两端与第二仪表运算放大器的正、负输入端连接；第四MOS管的G极与第二单片机连接，S极接地；第一仪表运算放大器的输出端、第二仪表运算放大器的输出端与第二单片机连接。

10.根据权利要求9所述的AGV的无线充电系统，其特征在于所述第二仪表运算放大器的输出端还连有电容、电阻、二极管的并联电路。