CN214755672U

CN214755672U - 一种移动式无线充电装置

Info

Publication number: CN214755672U
Application number: CN202121232922.7U
Authority: CN
Inventors: 王浩阳; 张晓丽; 冯勇; 张�浩; 罗楦皓; 王子龙; 杨荣泰; 袁晓娟; 刘双情; 陈国姗; 史嘉琦
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-06-03

Abstract

本实用新型公开了一种移动式无线充电装置，包括无线充电模块、电推杆、底盘、轮子；其中无线充电模块安装在电推杆顶部，通过电推杆带动无线充电模块上下运动，底盘四角安装轮子，底盘上方安装电推杆。本实用新型通过电推杆配合移动式轮子的设计，可以实现移动式无线充电装置的移动及高度调节，以适应给定位置处的外部智能设备无线充电的目的；再进一步地配合激光雷达、防跌落传感器、激光测距传感器、减速电机、控制模块、摄像头搭建了更为机械自动化的移动式无线充电平台。

Description

一种移动式无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种移动式无线充电装置，属于物联网领域。

背景技术

电量是制约智能设备网络生命周期与网络整体性能的关键，有效的供电机制是构建高性能、长生命周期智能设备网络的重要基础。对于电池供电的物联网智能设备，其所配备的电池容量有限，一旦电量耗尽，智能设备将失去作用。目前针对物联网智能设备的供电方式主要有三种：第一种是电池供电，这类供电方式主要是适用于小功率的智能设备。但是电池寿命周期短，大规模部署智能设备更换电池困难重重，效率低下；第二种是市电供电，这类供电方式既适用小功率智能设备也适用于较大功率的智能设备，然而此类供电方式需要提前布线，大规模部署智能设备使布线尤为复杂，且存在电气安全隐患；第三种是针对物联网智能设备的传统无线充电，这类无线充电方式可以向一定范围内发射电磁波给设备充电，价格十分昂贵，且功率低、只能固定在一处；第四种是手机无线充电器，这类无线充电方式主要适用于智能手机及可穿戴设备，只能在固定位置充电，不适用于安装在不同位置的智能设备。

发明内容

本实用新型提供了一种移动式无线充电装置，通过带动无线充电模块上下运动的电推杆配合移动式轮子的设计，可以实现移动式无线充电装置的移动及高度调节，以适应特定位置处的外部智能设备无线充电的目的。

本实用新型的技术方案是：一种移动式无线充电装置，包括无线充电模块1、电推杆2、底盘、轮子10；其中无线充电模块1安装在电推杆2顶部，通过电推杆2带动无线充电模块1上下运动，底盘四角安装轮子10，底盘上方安装电推杆2。

所述移动式无线充电装置还包括激光雷达3、激光测距传感器7、减速电机8、电机支架9、电池11、控制模块12、摄像头13，所述底盘包括金属框架4、外壳5，金属框架4底部四角安装轮子10，外壳5安装在金属框架4上方，外壳5上方安装电推杆2；其中电池11用于供电，安装在金属框架4上的电机支架9用于固定减速电机8，减速电机8的输出轴与轮子10配合，通过减速电机8带动轮子10旋转，激光雷达3、激光测距传感器7、减速电机8、摄像头13分别与控制模块12连接。

还包括防跌落传感器6，防跌落传感器6与控制模块12中的工控机连接。

所述控制模块12包括工控机、姿态传感器、Zigbee模块、库仑计、继电器模块、底盘电机驱动、电推杆电机驱动；其中姿态传感器、Zigbee模块通过USB接口与工控机相连，库仑计通过I2C-USB转换的方式与工控机相连，同时连接电池两极，继电器模块、电推杆电机驱动通过GPIO接口与工控机相连，底盘电机驱动通过USB接口与工控机相连，通过继电器模块连接无线充电模块1，通过电推杆电机驱动连接电推杆2，通过底盘电机驱动连接减速电机8，工控机与激光雷达3、激光测距传感器7、摄像头13连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电推杆配合移动式轮子的设计，可以实现移动式无线充电装置的移动及高度调节，以适应给定位置处的外部智能设备无线充电的目的；再进一步地配合激光雷达、防跌落传感器、激光测距传感器、减速电机、控制模块、摄像头搭建了更为机械自动化的移动式无线充电平台。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是本实用新型的电控结构图；

图3是本实用新型的使用状态图；

图中各标号为：无线充电模块-1，电推杆-2，激光雷达-3，金属框架-4，外壳-5，防跌落传感器-6，激光测距传感器-7，减速电机-8，电机支架-9，轮子-10，电池-11，控制模块-12，摄像头-13。

具体实施方式

实施例1：如图1-3所示，一种移动式无线充电装置，包括无线充电模块1、电推杆2、底盘、轮子10；其中无线充电模块1安装在电推杆2顶部，通过电推杆2带动无线充电模块1上下运动，底盘四角安装轮子10，底盘上方安装电推杆2。

进一步地，可以设置所述移动式无线充电装置还包括激光雷达3、激光测距传感器7、减速电机8、电机支架9、电池11、控制模块12、摄像头13，所述底盘包括金属框架4、外壳5，金属框架4底部四角安装轮子10，外壳5安装在金属框架4上方，外壳5上方安装电推杆2；其中电池11用于供电，安装在金属框架4上的电机支架9用于固定减速电机8，减速电机8的输出轴与轮子10配合，通过减速电机8带动轮子10旋转，激光雷达3、激光测距传感器7、减速电机8、摄像头13分别与控制模块12连接。

进一步地，可以设置还包括防跌落传感器6，防跌落传感器6与控制模块12中的工控机连接。

进一步地，可以设置所述控制模块12包括工控机、姿态传感器、Zigbee模块、库仑计、继电器模块、底盘电机驱动、电推杆电机驱动；其中姿态传感器、Zigbee模块通过USB接口与工控机相连，库仑计通过I2C-USB转换的方式与工控机相连，同时连接电池两极，继电器模块、电推杆电机驱动通过GPIO接口与工控机相连，底盘电机驱动通过USB接口与工控机相连，通过继电器模块连接无线充电模块1，通过电推杆电机驱动连接电推杆2，通过底盘电机驱动连接减速电机8，工控机与激光雷达3、激光测距传感器7、摄像头13连接。其中姿态传感器为装置提供姿态信息，以便底盘沿直线行驶；Zigbee模块监测网络内智能设备的电量，确定需要充电的目标；库仑计同时连接电池两极，监测装置电量并发送数据给工控机；底盘电机驱动接收工控机控制信息，并转换为PWM信号控制电机按一定速度旋转，当电推杆与目标高度相同时，控制模块输出一高电平使继电器导通，让无线充电模块为目标充电；电推杆电机驱动接收工控机PWM信号，经放大后控制电推杆按一定速度升降。

再进一步地，所述的无线充电模块1、摄像头13均安装在电推杆顶部的外壳内部，无线充电模块1通过热熔胶固定在外壳端部内表面，摄像头13安装在外壳相应安装槽内，即线圈中心位置，激光雷达3通过螺丝固定在外壳上方，防跌落传感器6通过螺丝固定在外壳前后一纵梁上，且方向朝向地面，激光测距传感器7安装在外壳前后外侧相应安装槽内，外壳5通过螺丝固定在金属框架4上方，电推杆2通过螺丝固定在外壳上方，电池11、控制模块12通过螺丝固定在金属框架内部，电机支架9通过螺丝固定在金属框架4下部两侧，减速电机8通过螺丝固定在电机支架相应槽位，轮子10通过紧固螺钉与减速电机轴相连。

具体地，无线充电模块1电源正极连接至继电器模块输出端，电源负极与电池负极相连，继电器模块输入端连接至电池正极，继电器模块控制端连接至工控机GPIO接口；电推杆2电源正负极连接至电推杆驱动输出端正负极，电推杆驱动供电正负极连接至电池正负极，电推杆驱动输入端连接至工控机GPIO接口；激光雷达3数据线连接至工控机USB接口；防跌落传感器6数据线连接至工控机GPIO接口；激光测距传感器7数据线连接至工控机GPIO接口；减速电机8电源及其编码器连接至底盘驱动相应接口，底盘驱动供电正负极连接至电池正负极，底盘驱动数据线连接至工控机USB接口；摄像头13数据线连接至工控机USB接口；库仑计输入端接入电池正负极，I2C数据线连接至工控机I2C接口；Zigbee模块数据线连接至工控机USB接口；姿态传感器数据线连接至工控机USB接口。

进一步地，可以设置所述的工控机采用树莓派4B；所述的姿态传感器采用MPU6050；所述的库仑计采用LSP1005P；所述的底盘电机驱动采用Arduino Mega2560；所述的减速电机采用减速比为1：30且具有霍尔传感器的12V545电机；所述的无线充电模块采用XKT80148；所述的摄像头采用AHD1080P 135度USB摄像头模块；所述的电推杆采用行程为800mm、12v供电的电推杆；所述的电推杆驱动采用L298N5AD；所述的激光雷达采用彬川Delta2a；所述的激光测距传感器采用VL53L1X；所述的防跌落传感器采用US-100。

本实用新型的工作原理是：对于安装在不同位置的智能设备，可以手扶电推杆等给轮子助力进行移动，并进一步到达适当位置后通过电推杆运动带动无线充电模块上下运动至所需要位置即可用于外部不同位置处智能设备的充电。

再进一步地，可以配合激光雷达3、防跌落传感器6、激光测距传感器7、减速电机8、电机支架9、电池11、控制模块12、摄像头13用于实现外部不同位置处智能设备的充电：Zigbee模块与智能设备进行通信，监测智能设备的电量，当检测到网络内智能设备需要充电时，工控机将利用激光雷达所测周围物体距离信息与Cartographer算法建立地图，并利用A*算法规划运动路径。通过底盘电机驱动使底盘沿路径行驶。同时，姿态传感器将检测底盘姿态，修正底盘运动。移动时激光测距传感器将实时对四周物体的距离进行检测，并将信号传递至工控机进行避障。移动时防跌落传感器会检测地面与传感器的距离，并将信号传递至工控机，对地面高度突然降低的区域进行规避。移动到目标大概位置时，通过广角摄像头寻找到目标所在空间位置，进而调整底盘位置与电推杆高度(关于电推杆高度的调整还可通过工控机存有待充电节点的高度信息，驱动其运动至大致位置)，使无线充电模块对准智能设备进行充电。在此过程中库仑计将检测装置电池电量，在电量较低时会移动到相应位置进行充电。

具体的：无线充电模块1、摄像头13皆安装在电推杆2顶部。摄像头连接至控制模块，为Opencv目标检测算法提供图像信息以计算目标位置。电推杆通过电推杆电机驱动连接至控制模块，控制模块通过PID算法控制电推杆高度以适合计算出的智能设备高度。无线充电模块连接至继电器模块，当电推杆运动至目标高度处时，控制模块输出一高电平使继电器导通，让无线充电模块为目标充电。无线充电模块连接至电池及控制模块，当电推杆对准目标时，控制模块输出一高电平控制无线充电模块为目标充电。激光雷达3安装在外壳上方，连接至控制模块，提供周围物体距离信息，同时工控机利用Cartographer算法计算自身位置、构建地图，并通过A*算法规划行驶路径。防跌落传感器6安装在外壳前后内侧且方向朝向地面，连接至控制模块为其提供地面高度信息，当地面高度超过一定值时则停止前进，防止车辆从高处跌落。激光测距传感器7倾斜安装在外壳前后外侧且分别朝向前后覆盖一扇形区域检测障碍物，并连接至控制模块为其提供周围物体距离信息，弥补激光雷达的盲区，提供实时的距离检测，规避突然出现的障碍物。外壳5安装在金属框架上方，为整个设备提供保护。电池11，控制模块12安装在金属框架内部，电池为整个装置提供电能，控制模块为整个装置提供控制指令。电机支架9安装在金属框架两侧下部，以便电机安装。减速电机8安装在电机支架相应槽位，与控制模块相连。轮子10与减速电机轴相连。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种移动式无线充电装置，其特征在于：包括无线充电模块(1)、电推杆(2)、底盘、轮子(10)；其中无线充电模块(1)安装在电推杆(2)顶部，通过电推杆(2)带动无线充电模块(1)上下运动，底盘四角安装轮子(10)，底盘上方安装电推杆(2)。

2.根据权利要求1所述的移动式无线充电装置，其特征在于：所述移动式无线充电装置还包括激光雷达(3)、激光测距传感器(7)、减速电机(8)、电机支架(9)、电池(11)、控制模块(12)、摄像头(13)，所述底盘包括金属框架(4)、外壳(5)，金属框架(4)底部四角安装轮子(10)，外壳(5)安装在金属框架(4)上方，外壳(5)上方安装电推杆(2)；其中电池(11)用于供电，安装在金属框架(4)上的电机支架(9)用于固定减速电机(8)，减速电机(8)的输出轴与轮子(10)配合，通过减速电机(8)带动轮子(10)旋转，激光雷达(3)、激光测距传感器(7)、减速电机(8)、摄像头(13)分别与控制模块(12)连接。

3.根据权利要求2所述的移动式无线充电装置，其特征在于：还包括防跌落传感器(6)，防跌落传感器(6)与控制模块(12)中的工控机连接。

4.根据权利要求2所述的移动式无线充电装置，其特征在于：所述控制模块(12)包括工控机、姿态传感器、Zigbee模块、库仑计、继电器模块、底盘电机驱动、电推杆电机驱动；其中姿态传感器、Zigbee模块通过USB接口与工控机相连，库仑计通过I2C-USB转换的方式与工控机相连，同时连接电池两极，继电器模块、电推杆电机驱动通过GPIO接口与工控机相连，底盘电机驱动通过USB接口与工控机相连，通过继电器模块连接无线充电模块(1)，通过电推杆电机驱动连接电推杆(2)，通过底盘电机驱动连接减速电机(8)，工控机与激光雷达(3)、激光测距传感器(7)、摄像头(13)连接。