CN208782514U - 机器人的充电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人的充电控制系统，在充电座的电能发射线圈中设置一个NFC定位标签，在机器人的电能接收线圈中设置能够与NFC定位标签通信的NFC主机单元。机器人在回座充电的过程中，会实时判断是否检测到NFC主机单元与NFC定位标签的NFC握手信号，如果是，表明NFC主机单元和NFC定位标签已经相互对齐，此时，用于无线电能传输的电能发射线圈和电能接收线圈也已经对齐，无线充电效率可以达到最佳状态，则机器人确定当前位置为充电位置，停止移动，并向充电座发出开始充电指令，然后充电座才开始对机器人进行无线充电。如此，可以避免充电座的电能发射线圈一直处于供电状态而导致静态功耗大的问题。

Description

机器人的充电控制系统

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种机器人的充电控制系统。

背景技术

随着科学技术的发展及人们生活水平的提高，扫地机器人越来越多的进入千家万户，给人们生活带来了极大方便。当前的扫地机器人大多采用的是双触点式接触充电，该方法由于触点暴露，在长时间使用后会因为触点老化和松动或异物等因素造成充电接触不良，影响充电效果的同时存在安全隐患。无线充电技术的应用则可以轻松避免上述问题，而无线充电中的一个重要指标是充电效率，充电效率取决于无线充电座与扫地机的相对位置。扫地机与无线充电座的精确定位对准，成为目前无线充电扫地机的技术难题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种机器人的充电控制系统，可以对机器人进行无线充电时的位置进行准确对位，使机器人的无线充电效率达到最佳。本实用新型所述的具体技术方案如下：

一种机器人的充电控制系统，包括机器人和用于对机器人进行无线充电的充电座。所述机器人包括第一无线充电控制单元和与所述第一无线充电控制单元连接电能接收线圈，所述电能接收线圈上设有与所述第一无线充电控制单元连接的NFC主机单元；所述充电座包括第二无线充电控制单元和与所述第二无线充电控制单元连接的电能发射线圈，所述电能发射线圈上设有与所述第二无线充电控制单元连接的NFC定位标签。其中，所述NFC主机单元检测到所述NFC定位标签时，会产生NFC握手信号并输出至所述第一无线充电控制单元，此时，所述电能接收线圈与所述电能发射线圈对齐。

进一步地，所述机器人还包括：电量监测单元，与所述第一无线充电控制单元连接，用于监测机器人的电池电量；导航循迹单元，与所述第一无线充电控制单元连接，用于根据所述充电座的位置坐标，生成所述机器人从当前位置到充电座所在位置的导航路径，所述第一无线充电控制单元能够控制机器人沿所述导航路径向充电座移动；红外解码单元，与所述第一无线充电控制单元连接，用于接收所述充电座发出的回座引导信号，所述第一无线充电控制单元能够根据所述回座引导信号控制所述机器人朝所述充电座移动。

进一步地，所述充电座还包括：电能控制单元，与所述第二无线充电控制单元连接，用于控制所述电能发射线圈的工作状态；红外发射单元，与所述第二无线充电控制单元连接，用于发射回座引导信号。

进一步地，所述NFC主机单元设置在所述电能接收线圈的中心位置；所述NFC定位标签设置在所述电能发射线圈的中心位置。

本实用新型的有益效果在于：在充电座的电能发射线圈中设置一个NFC定位标签，在机器人的电能接收线圈中设置能够与NFC定位标签通信的NFC主机单元。机器人在回座充电的过程中，会实时判断是否检测到NFC主机单元与NFC定位标签的NFC握手信号，如果是，表明NFC主机单元和NFC定位标签已经相互对齐，此时，用于无线电能传输的电能发射线圈和电能接收线圈也已经对齐，无线充电效率可以达到最佳状态，则机器人确定当前位置为充电位置，停止移动，并向充电座发出开始充电指令，然后充电座才开始对机器人进行无线充电。如此，可以避免充电座的电能发射线圈一直处于供电状态而导致静态功耗大的问题。

附图说明

图1为本实用新型所述机器人的电路结构示意框图。

图2为本实用新型所述充电座的电路结构示意框图。

图3为机器人朝向充电座移动时的示意图。

图4为机器人位于充电座的充电位置时的示意图。

图5为机器人的充电位置定位方法的流程示意图。

图6为机器人的充电控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在下面的描述中，给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，电路可以在框图中显示，以便不在不必要的细节中使实施例模糊。在其他情况下，为了不混淆实施例，可以不详细显示公知的电路、结构和技术。

本实用新型所述的NFC（Near Field Communication，近场通信）是由RFID（射频识别）及互联互通技术整合演变而来，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作于13.56MHz频率范围，作用距离10厘米左右，它使得两台兼容NFC的设备之间可以直观、快速、安全的通信。NFC被广泛地应用在门禁、公交、移动支付、智能海报、数据传输等领域。NFC标签又被称为智能碰碰贴，根据其近距离对准通信的特点，可以用来做NFC定位标签。

一种机器人1的充电控制系统，该系统包括机器人1和用于对机器人1进行无线充电的充电座6。

如图1和图3所示，所述机器人1包括第一无线充电控制单元、电量监测单元、导航循迹单元、红外解码单元5、NFC主机单元3和电能接收线圈2。所述电量监测单元、导航循迹单元、红外解码单元5、NFC主机单元3和电能接收线圈2都分别与第一无线充电控制单元连接。其中，所述电量监测单元用于监测机器人1的电池电量，在电池电量过低或者充满时，向所述第一无线充电控制单元发出通知信号。所述导航循迹单元用于根据所述充电座6的位置坐标，生成所述机器人1从当前位置到充电座6所在位置的导航路径，并将导航路径信息发送给第一无线充电控制单元，所述第一无线充电控制单元能够控制机器人1沿所述导航路径向充电座6移动。所述红外解码单元5用于接收所述充电座6发出的回座引导信号，进行解码后传输给第一无线充电控制单元，所述第一无线充电控制单元能够根据所述回座引导信号控制所述机器人1朝所述充电座6移动。所述电能接收线圈2上还设有与所述第一无线充电控制单元连接的NFC主机单元3。

如图2和图3所示，所述充电座6包括第二无线充电控制单元、电能控制单元、红外发射单元9、NFC定位标签8和电能发射线圈7。所述电能控制单元、红外发射单元9、NFC定位标签8和电能发射线圈7都分别与所述第二无线充电控制单元连接。其中，所述电能控制单元用于控制所述电能发射线圈7的工作状态。所述红外发射单元9用于发射回座引导信号。所述电能发射线圈7上还设有与所述第二无线充电控制单元连接的NFC定位标签8。

所述NFC主机单元3和NFC定位标签8设置在线圈中的位置可以根据具体设计要求进行相应设置，但是需要保证两者在线圈中的方位是相同的，比如，可以都设置在线圈的前端、中部或者左右两侧等方位，只要保证机器人1移动到充电位置时，NFC对齐则线圈对齐即可。所述电能发射线圈7设置在充电座6的底盘中，电能接收线圈2设置在机器人1内部的底座上，进行无线充电时，机器人1位于充电座6底盘的上方，电能接收线圈2与电能发射线圈7之间距离比较接近，且上下对齐。当所述NFC主机单元3检测到所述NFC定位标签8时，会产生NFC握手信号并输出至所述第一无线充电控制单元，此时，表明机器人1到达充电位置，所述电能接收线圈2与所述电能发射线圈7已经对齐。

所述系统通过在充电座6的电能发射线圈7中设置一个NFC定位标签8，在机器人1的电能接收线圈2中设置能够与NFC定位标签8通信的NFC主机单元3，在机器人1回座充电过程中检测到NFC主机单元3与NFC定位标签8的NFC握手信号，则确定了用于无线电能传输的电能发射线圈7和电能接收线圈2已经对齐，无线充电效率可以达到最佳状态，以此解决了现有机器人1充电定位不准确而导致的无线充电效率低的问题。此外，机器人1在确定当前位置为充电位置，停止移动后，才向充电座6发出开始充电指令，然后充电座6才开始对机器人1进行无线充电。如此，可以避免充电座6的电能发射线圈7一直处于供电状态而导致静态功耗大的问题，降低了无线充电系统的功耗。

优选的，所述NFC主机单元3设置在所述电能接收线圈2的中心位置；且所述NFC定位标签8也设置在所述电能发射线圈7的中心位置。如此，机器人1在回座充电指引信号的引导下向前移动靠近充电座6的过程中，如图3所示，只要NFC主机单元3到达NFC定位标签8的位置（图4所示的位置），即可实现两个线圈的对齐。NFC器件设置在线圈的中心位置，可以更方便，更准确地进行机器人1的位置调整和对齐。

优选的，NFC器件的面积较小，只占线圈面积的很小一点，比如只占线圈面积的1/50或者1/60等。如此，可以更好地保证NFC握手时，两个线圈更准确地对齐。

如图5所示，一种机器人1的充电位置定位方法，包括如下步骤：机器人1根据充电座6发出的回座充电指引信号，朝向所述充电座6移动；机器人1在移动过程中判断是否检测到NFC握手信号，如果是，表明NFC已经对齐，电能发射线圈7和电能接收线圈2也已经对齐，则机器人1停止移动，确定当前位置为充电位置。如果没有检测到NFC握手信号，则表明NFC没有对齐，两个线圈还没有对齐，机器人1根据所述回座充电指引信号继续向充电座6移动。所述定位方法是基于上述的充电控制系统，在检测到NFC握手信号时，及时控制机器人1停止移动，并确定当前位置为充电位置，定位的准确性和可靠性高。

基于NFC主机单元设置在电能接收线圈的中心位置，且NFC定位标签设置在电能发射线圈的中心位置的情况，在机器人1根据所述回座充电指引信号继续移动的过程中，可能会由于外界环境或者自身检测偏差等因素，使得机器人1经过了NFC定位标签8，却没有检测到NFC握手信号。如此，当机器人1的碰撞传感器4检测到碰撞障碍物（充电座6）的信号时，表明机器人1已经错过了NFC定位标签8，但是NFC主机单元3和NFC定位标签8两者之间的距离很小，机器人1只需要做一些调整就可以实现两者的对齐。所以，机器人1停止移动，后退预设距离，使得机器人1与充电座6之间保持一定距离（所述预设距离可以根据具体设计要求进行相应配置，可以设置为5厘米或者10厘米），以便于进行螺旋运动。然后以当前位置为原点向外进行螺旋式转动，相邻螺旋轨迹之间的距离一般保持在1厘米范围内，避免再次错过NFC定位标签8。机器人1一直向往螺旋运动，直到检测到NFC握手信号时停止转动，并确定当前位置为充电位置。所述方法通过对机器人1回座充电时错过NFC握手的情况进行补救，以确保机器人1可以快速有效地确定充电位置，避免机器人1充电失败的问题。

如图6所示，一种机器人1的充电控制方法，包括如下步骤：机器人1根据充电座6发出的回座充电指引信号，朝向所述充电座6移动；机器人1在移动过程中判断是否检测到NFC握手信号，如果是，表明NFC已经对齐，电能发射线圈7和电能接收线圈2也已经对齐，则机器人1停止移动，并向所述充电座6发出开始充电指令，以控制所述充电座6开始对所述机器人1进行无线充电。如果没有检测到NFC握手信号，则表明NFC没有对齐，两个线圈还没有对齐，机器人1根据所述回座充电指引信号继续向充电座6移动。所述定位方法是基于上述的充电控制系统，在检测到NFC握手信号时，及时控制机器人1停止移动，并向所述充电座6发出开始充电指令，以控制所述充电座6开始对所述机器人1进行无线充电。如此，可以保证充电线圈相互对齐，无线充电效率可以达到最佳状态的效果，还可以避免充电座6的电能发射线圈7一直处于供电状态而导致静态功耗大的问题，降低了无线充电系统的功耗。

在所述充电座6发出开始充电指令的步骤之后，还包括如下步骤：所述充电座6的NFC定位标签8接收到所述机器人1的NFC主机单元3发出的所述开始充电指令，然后通过电能控制单元控制电能发射线圈7发出电能信号；所述机器人1的电能接收线圈2接收到所述电能信号后，转换成充电电能存入机器人1的电池中。所述方法通过电能控制单元，可以有效地对电能发射线圈7进行控制，准确地在需要充电时通电，不需要充电时断电，使得系统的待机功能降低。

在所述机器人1根据充电座6发出的回座充电指引信号，朝向所述充电座6移动的步骤之前，还包括如下步骤：机器人1接收到回座充电控制信号或者机器人1的电量监测单元检测到电池电量达到回座充电的电量要求时，启动导航循迹单元；导航循迹单元根据所述充电座6的位置坐标，生成所述机器人1从当前位置到充电座6所在位置的导航路径；第一无线充电控制单元控制机器人1沿所述导航路径向充电座6移动；机器人1在移动过程中判断是否检测到充电座6发出的回座充电指引信号，如果是，则进入所述机器人1根据充电座6发出的回座充电指引信号，朝向所述充电座6移动的步骤，如果否，则继续沿所述导航路径向充电座6移动。在某些情况下，由于机器人1与充电座6的距离较远，且两者之间有各种障碍物的阻挡，机器人1无法接收到充电座6的回座充电指引信号，所以，机器人1从开始运动时就实时记录充电座6位置和自身当前所处的方位。当机器人1需要回座充电又接收不到回座充电指引信号时，则利用导航循迹单元进行回座导航，导航至能够接收到回座充电指引信号的区域时，停止导航循迹单元的引导，依靠充电座6的回座充电信号进行更精确的回座引导，如此，可以保证机器人1在距离充电座6很远的位置，也能准确回座充电，避免机器人1回座充电失败的问题。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。这些程序可以存储于计算机可读取存储介质（比如ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质）中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种机器人的充电控制系统，包括机器人和用于对机器人进行无线充电的充电座，其特征在于：

所述机器人包括第一无线充电控制单元和与所述第一无线充电控制单元连接电能接收线圈，所述电能接收线圈上设有与所述第一无线充电控制单元连接的NFC主机单元；

所述充电座包括第二无线充电控制单元和与所述第二无线充电控制单元连接的电能发射线圈，所述电能发射线圈上设有与所述第二无线充电控制单元连接的NFC定位标签；

其中，所述NFC主机单元检测到所述NFC定位标签时，会产生NFC握手信号并输出至所述第一无线充电控制单元，此时，所述电能接收线圈与所述电能发射线圈对齐。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人还包括：

电量监测单元，与所述第一无线充电控制单元连接，用于监测机器人的电池电量；

导航循迹单元，与所述第一无线充电控制单元连接，用于根据所述充电座的位置坐标，生成所述机器人从当前位置到充电座所在位置的导航路径，所述第一无线充电控制单元能够控制机器人沿所述导航路径向充电座移动；

红外解码单元，与所述第一无线充电控制单元连接，用于接收所述充电座发出的回座引导信号，所述第一无线充电控制单元能够根据所述回座引导信号控制所述机器人朝所述充电座移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电座还包括：

电能控制单元，与所述第二无线充电控制单元连接，用于控制所述电能发射线圈的工作状态；

红外发射单元，与所述第二无线充电控制单元连接，用于发射回座引导信号。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于：

所述NFC主机单元设置在所述电能接收线圈的中心位置；

所述NFC定位标签设置在所述电能发射线圈的中心位置。