基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统技术方案

基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统，涉及移动机器人平台领域。为了解决目前移动机器人采用机械充电方式受电量限制，无法长时间自主运行的问题。充电桩为无线充电接收电路供电，电量检测电路采集锂电池当前电量并发送至工控机，切换电路切换恒流电路或恒压电路为锂电池充电，红外信号接收电路采集充电桩发射的红外引导信号，工控机搜索指定路径，并驱动移动机器人按照指定路径移动，当红外信号接收电路采集到红外引导信号时，驱动移动机器人调整姿态向充电桩移动直至与充电桩建立物理电气连接，通过激光雷达判断指定路径中是否存在障碍物，当电量达到预设最高电量时，切断恒流电路或恒压电路与锂电池之间的连接，完成自主充电。

Mobile robot autonomous charging system based on wireless charging technology of lithium battery

The self-charging system of mobile robot based on wireless charging technology of lithium battery relates to the field of mobile robot platform. In order to solve the problem that mobile robots can not run independently for a long time due to the limitation of electric quantity when they are charged mechanically. The charging pile supplies power to the wireless charging receiving circuit. The current power of the lithium battery is collected by the power detection circuit and sent to the industrial computer. The switching circuit switches the constant current circuit or the constant voltage circuit to charge the lithium battery. The infrared signal receiving circuit collects the infrared guiding signal emitted by the charging pile. The industrial computer searches the designated path and drives the mobile machine. The robot moves along the designated path. When the infrared signal receiving circuit collects the infrared guiding signal, the mobile robot is driven to adjust its attitude to the charging pile until it establishes a physical and electrical connection with the charging pile. The obstacles in the designated path are judged by lidar. When the power reaches the preset maximum, the robot is cut off. The connection between constant current circuit or constant voltage circuit and lithium battery completes self charging.

【技术实现步骤摘要】
基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统
本专利技术属于移动机器人平台领域，具体涉及锂电池无线充电系统领域与移动机器人自主对接系统领域。
技术介绍
随着机器人技术的进步及其应用领域的不断扩展，移动机器人作为智能机器人的一个分支正在逐步进入我们的生活，并给机器人自主化与智能化的相关理论带来了新的动力。目前，移动机器人技术正在日益成为机器人领域的研究热点。在诸如餐厅服务、仓储管理、快递投送以及工厂物料输送等领域有着十分巨大的运用前景。移动机器人多数采用电池供电，长时间使用后，需要对机器人进行充电。但是，充电过程中，采用机械对接的方式，容易产生电火花；并且电池电量有限，需要人工频繁进行充电，因此受电量限制，无法长时间自主运行。
技术实现思路
本专利技术是为了解决目前移动机器人采用机械充电方式，安全性低，并且受电量限制，无法长时间自主运行的问题，现提供基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统。基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统，包括充电桩1、红外信号接收电路2、工控机3、无线充电接收电路4、恒流电路5、恒压电路6、切换电路7和电量检测电路8，红外信号接收电路2、工控机3、无线充电接收电路4、恒流电路5、恒压电路6、切换电路7和电量检测电路8均位于移动机器人内部；充电桩1用于将220V市电转换为低压直流电，并将低压直流电能通过无线传输方式发送至无线充电接收电路4中，无线充电接收电路4的电能输出端分别连接恒流电路5和恒压电路6的电能输入端，恒流电路5的电流输出端和恒压电路6的电压输出端均通过切换电路7为移动机器人内部的锂电池9充电，电量检测电路8用于采集锂电池9当前电量并将采集到的电量值发送至工控机3，切换电路7用于切换恒流电路5或恒压电路6为锂电池9充电，充电桩1还用于发射红外引导信号，红外信号接收电路2采集充电桩1发射的红外引导信号，并将该信号发送至工控机3，工控机3内嵌有如下软件实现的单元：远程路径搜索单元：搜索指定路径，并驱动移动机器人按照指定路径移动，所述指定路径为用户设定的移动机器人向充电桩位置移动的路径，近程对接单元：当红外信号接收电路2采集到红外引导信号时，根据红外引导信号判断移动机器人与充电桩1的相对位置关系，并驱动移动机器人调整姿态向充电桩移动直至与充电桩建立物理电气连接，避障单元：在移动机器人移动过程中，通过激光雷达判断指定路径中是否存在障碍物，当存在障碍物时，利用激光雷达进行避障，电量检测单元：根据电量检测电路8采集的电量值判断锂电池9当前的电量状态，当电量低于预设最低电量时，启动远程路径搜索单元，当电量达到预设最高电量时，切断恒流电路5或恒压电路6与锂电池9之间的连接，完成自主充电。上述充电桩1包括：变压器11、整流桥12、降压电路13、红外引导信号发射电路14和无线充电发射电路15；变压器11用于将220V市电转换为低压交流电，变压器11的电压输出端连接整流桥12的电压输入端，整流桥12的电压输出端分别连接降压电路13的电压输入端和无线充电发射电路15的电压输入端，降压电路13的电压输出端连接红外引导信号发射电路14的电压输入端，红外引导信号发射电路14用于发射红外引导信号，无线充电发射电路15用于将低压直流电能通过无线传输方式发送至无线充电接收电路4中。上述切换电路7包括：继电器和比较器，继电器的一个常开触点串联在恒流电路5与锂电池9的通路上，继电器的另一个常开触点串联在恒压电路6与锂电池9的通路上，比较器采集锂电池9的当前电量K，并与电量阈值x进行比较，其中x＝95％Q，Q表示锂电池总电量，当K＜x时，驱动继电器串联在恒流电路5与锂电池9通路上的常开触点闭合，当K≥x时，驱动继电器串联在恒压电路6与锂电池9通路上的常开触点闭合，当K＝Q时，驱动继电器的常开触点全部断开。上述红外信号接收电路2采用两个夹角呈90°的红外接收头26，所述近程对接单元具体包括以下子单元：实时采集红外引导信号的单元，当一个红外接收头26采集到了红外引导信号时，驱动移动机器人向接收到信号的红外接收头26侧旋转，直至两个红外接收头26均采集到红外引导信号时停止旋转的单元，当两个红外接收头26均采集到了红外引导信号时，驱动移动机器人沿当前方向前进，直至移动机器人与充电桩建立电气连接的单元。本专利提出了一种基于轮式移动机器人的自主充电系统，可大大提高机器人的自主运行时间，提高了机器人的自主化与智能化水平。具体有益效果如下：通过无线充电的方式来对机器人内部锂电池进行充电，省去了机械对接装置，增加了对接的可靠性，避免了原本在充电对接装置接触时所产生的电火花，增加了安全性；机器人根据锂电池剩余电量选择合适的充电方式，当电量不足时选择恒流的方式快速充电，当电量接近充满时选择恒压方式充电，保护锂电池，增加使用寿命。附图说明图1为基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统的原理框图；图2为充电桩内部的原理框图；图3为基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统的远程搜索示意图，其中，21红外引导信号、22指定路径、23不可跨越障碍物(例如墙壁)、24可跨越障碍物、25臂杖路径；图4为基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统的近程对接示意图，其中，26红外接收头；图5为基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统的工控机内部自主充电流程图。具体实施方式如图1、2所示，本实施方式所述的基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统，包括充电桩1、红外信号接收电路2、工控机3、无线充电接收电路4、恒流电路5、恒压电路6、切换电路7和电量检测电路8，所述充电桩1包括变压器11、整流桥12、降压电路13、红外引导信号发射电路14和无线充电发射电路15，切换电路7包括继电器和比较器；红外信号接收电路2、工控机3、无线充电接收电路4、恒流电路5、恒压电路6、切换电路7和电量检测电路8均位于移动机器人内部；变压器11用于将220V市电转换为24V低压交流电，整流桥12将交流电变为34V直流电分别输出给降压电路13和无线充电发射电路15，降压电路13将34V直流电降为5V直流电为红外引导信号发射电路14供电，红外引导信号发射电路14内部采用红外发射二极管发出呈扇形发射的红外引导信号，采用52单片机控制红外发射二极管产生专用的通讯信号，无线充电发射电路15将34V直流电通过无线传输的方式为无线充电接收电路4提供能量。综上所述，充电桩1用于将220V市电转换为低压直流电，并将低压直流电能通过无线传输方式发送至无线充电接收电路4中。在移动机器人内部，红外信号接收电路2采集充电桩1发射的红外引导信号，转换成5V高低电平信号发送给IMX—283工控板(工控机3)。无线充电接收电路4的电能输出端分别连接恒流电路5和恒压电路6的电能输入端，继电器的一个常开触点串联在恒流电路5与锂电池9的通路上，继电器的另一个常开触点串联在恒压电路6与锂电池9的通路上，比较器采集锂电池9的当前电量K，并与电量阈值x进行比较，其中x＝95％Q，Q表示锂电池总电量，当K＜x时，驱动继电器串联在恒流电路5与锂电池9通路上的常开触点闭合，当K≥x时，驱动继电器串联在恒压电路6与锂电池9通路上的常开触点闭合。电量检测电路8用于采集锂电池9当前电量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统，其特征在于，包括充电桩(1)、红外信号接收电路(2)、工控机(3)、无线充电接收电路(4)、恒流电路(5)、恒压电路(6)、切换电路(7)和电量检测电路(8)，红外信号接收电路(2)、工控机(3)、无线充电接收电路(4)、恒流电路(5)、恒压电路(6)、切换电路(7)和电量检测电路(8)均位于移动机器人内部；充电桩(1)用于将220V市电转换为低压直流电，并将低压直流电能通过无线传输方式发送至无线充电接收电路(4)中，无线充电接收电路(4)的电能输出端分别连接恒流电路(5)和恒压电路(6)的电能输入端，恒流电路(5)的电流输出端和恒压电路(6)的电压输出端均通过切换电路(7)为移动机器人内部的锂电池(9)充电，电量检测电路(8)用于采集锂电池(9)当前电量并将采集到的电量值发送至工控机(3)，切换电路(7)用于切换恒流电路(5)或恒压电路(6)为锂电池(9)充电，充电桩(1)还用于发射红外引导信号，红外信号接收电路(2)采集充电桩(1)发射的红外引导信号，并将该信号发送至工控机(3)，工控机(3)内嵌有如下软件实现的单元：远程路径搜索单元：搜索指定路径，并驱动移动机器人按照指定路径移动，所述指定路径为用户设定的移动机器人向充电桩位置移动的路径，近程对接单元：当红外信号接收电路(2)采集到红外引导信号时，根据红外引导信号判断移动机器人与充电桩(1)的相对位置关系，并驱动移动机器人调整姿态向充电桩移动直至与充电桩建立物理电气连接，避障单元：在移动机器人移动过程中，通过激光雷达判断指定路径中是否存在障碍物，当存在障碍物时，利用激光雷达进行避障，电量检测单元：根据电量检测电路(8)采集的电量值判断锂电池(9)当前的电量状态，当电量低于预设最低电量时，启动远程路径搜索单元，当电量达到预设最高电量时，切断恒流电路(5)或恒压电路(6)与锂电池(9)之间的连接，完成自主充电。...

【技术特征摘要】
1.基于锂电池无线充电技术的移动机器人自主充电系统，其特征在于，包括充电桩(1)、红外信号接收电路(2)、工控机(3)、无线充电接收电路(4)、恒流电路(5)、恒压电路(6)、切换电路(7)和电量检测电路(8)，红外信号接收电路(2)、工控机(3)、无线充电接收电路(4)、恒流电路(5)、恒压电路(6)、切换电路(7)和电量检测电路(8)均位于移动机器人内部；充电桩(1)用于将220V市电转换为低压直流电，并将低压直流电能通过无线传输方式发送至无线充电接收电路(4)中，无线充电接收电路(4)的电能输出端分别连接恒流电路(5)和恒压电路(6)的电能输入端，恒流电路(5)的电流输出端和恒压电路(6)的电压输出端均通过切换电路(7)为移动机器人内部的锂电池(9)充电，电量检测电路(8)用于采集锂电池(9)当前电量并将采集到的电量值发送至工控机(3)，切换电路(7)用于切换恒流电路(5)或恒压电路(6)为锂电池(9)充电，充电桩(1)还用于发射红外引导信号，红外信号接收电路(2)采集充电桩(1)发射的红外引导信号，并将该信号发送至工控机(3)，工控机(3)内嵌有如下软件实现的单元：远程路径搜索单元：搜索指定路径，并驱动移动机器人按照指定路径移动，所述指定路径为用户设定的移动机器人向充电桩位置移动的路径，近程对接单元：当红外信号接收电路(2)采集到红外引导信号时，根据红外引导信号判断移动机器人与充电桩(1)的相对位置关系，并驱动移动机器人调整姿态向充电桩移动直至与充电桩建立物理电气连接，避障单元：在移动机器人移动过程中，通过激光雷达判断指定路径中是否存在障碍物，当存在障碍物时，利用激光雷达进行避障，电量检测单元：根据电量检测电路(8)采集的电量值判断锂电池(9)当前的电量状态，当电量低于预设最低电量时，启动远程路径搜索单元，当电量达到预设最高电量时，切断恒流电路(5)或恒压电路(6)与锂电池(9)之间的连接，完成自主充电。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福海，陶一帆，袁儒鹏，付宜利，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23