一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及無線供電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，包括充電站充電區(qū)域，還包括無線連接的充電站功率發(fā)射單元和機器人功率接收單元；充電站功率發(fā)射單元包括順序連接的工頻電源、重力感應(yīng)裝置、信息解調(diào)模塊、功率控制模塊、功率振蕩模塊和電磁發(fā)射線圈；機器人功率接收單元包括順序連接的機器人接收線圈、信息調(diào)制模塊、電池信息檢測模塊、整流穩(wěn)壓模塊和機器人電池；充電站功率發(fā)射單元設(shè)置在充電站充電區(qū)域。該無線充電系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性較強，工作運行時對人工操控要求較低，能高效地為智能機器人充電。該無線充電系統(tǒng)的充電站能根據(jù)機器人的?？课恢茫O(shè)計不同充電方案，減小電能損耗，提升電能傳輸效率。
【專利說明】
一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于無線供電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線供電(無線傳能)裝置是一種在不依賴電線的情況下，能對電子設(shè)備等遠距離充電的特殊裝置。由于充電不需要物理上的連接，無線供電裝置可以布置在各種場所，有效地保證了充電及時性，使其實用性和便利性大大增強。由此，無線供電技術(shù)將隨時隨地充電變?yōu)榭赡堋?br>[0003]如今，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、設(shè)備不斷增加，變電站人工巡檢成本隨著規(guī)模的擴展不斷提升，且人工巡檢會存在主觀原因上疏漏；而惡劣天氣情況時，安排人工巡檢困難較大，采用變電站智能巡檢機器人無疑能很好的解決這個問題。但完成巡檢必須要保證電能的持續(xù)供應(yīng)，才能維持變電站智能巡檢機器人正常工作，因此無線供電裝置的研發(fā)被放上了重要議程。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于設(shè)計一套供智能機器人無線充電的多線圈結(jié)構(gòu)無線充電系統(tǒng)，可有效提升系統(tǒng)的自動化程度，可以有效避免傳統(tǒng)有線電能傳輸過程中產(chǎn)生火花與觸電的危險，同時減少器件接觸損耗和相應(yīng)的機械磨損，對惡劣天氣與環(huán)境的適應(yīng)性較強。發(fā)射端多線圈結(jié)構(gòu)能夠有效增大充電區(qū)域面積，降低智能機器人的充電位置?？烤群鸵?。
[0005]為實現(xiàn)上述目的本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，包括充電站充電區(qū)域，還包括無線連接的充電站功率發(fā)射單元I和機器人功率接收單元2;所述充電站功率發(fā)射單元I包括順序連接的工頻電源11、重力感應(yīng)裝置12、信息解調(diào)模塊13、功率控制模塊14、功率振蕩模塊15和電磁發(fā)射線圈16;所述機器人功率接收單元2包括順序連接的機器人接收線圈21、信息調(diào)制模塊22、電池信息檢測模塊23、整流穩(wěn)壓模塊24和機器人電池25;所述充電站功率發(fā)射單元設(shè)置在所述充電站充電區(qū)域。
[0006]上述無線充電系統(tǒng)中，所述電磁發(fā)射線圈16采用七線圈結(jié)構(gòu)，所述七線圈結(jié)構(gòu)包括中心一個標準大小的無線充電功率發(fā)射線圈，周圍均勻分布有六個與中心線圈等大反向的標準大小無線充電功率發(fā)射線圈，且七個線圈設(shè)在同一水平面上;所述七線圈結(jié)構(gòu)安裝在所述充電站充電區(qū)域的下方，七個所述無線充電功率發(fā)射線圈分別連接七個所述功率振蕩模塊15，所述七個功率振蕩模塊15均與所述功率控制模塊14連接。
[0007]上述無線充電系統(tǒng)中，所述信息調(diào)制模塊22將電池信息檢測模塊23所監(jiān)測的電池信息調(diào)制至433kHz頻段，進行無線通信傳輸。
[0008]上述無線充電系統(tǒng)中，所述電磁發(fā)射線圈16與所述機器人接收線圈21之間無線連接。
[0009]上述無線充電系統(tǒng)中，所述信息解調(diào)模塊13與所述信息調(diào)制模塊22之間通過高頻信號連接。
[0010]上述無線充電系統(tǒng)中，所述功率振蕩模塊15輸出10kHz的高頻振蕩磁場。
[0011 ]本實用新型的工作流程:充電站功率發(fā)射單元I的工頻電源11為功率震蕩模塊15提供輸入電壓;重力感應(yīng)裝置12通過重力檢測給巡檢機器人定位;信息解調(diào)模塊13實現(xiàn)與機器人功率接收單元2的無線電信息交互，并控制功率控制電路14;功率控制電路14控制功率振蕩模塊15的通斷；功率振蕩模塊15將電源模塊11輸入的功率振蕩為高頻振蕩電磁場；電磁發(fā)射線圈16將功率振蕩模塊15振蕩出的高頻振蕩磁場進行發(fā)射;機器人接收線圈21接收電磁發(fā)射線圈16所發(fā)射的能量;信息調(diào)制模塊22調(diào)制電池信息檢測模塊23所檢測得到的電池信息，通過高頻信號和通信通道發(fā)送至信息解調(diào)模塊13;電池信息檢測模塊23檢測機器人電池25的電池電壓等工作信息;整流穩(wěn)壓模塊24將接收的能量整流穩(wěn)壓成恒定的直流電，向機器人電池25供電;機器人電池25儲存電能，供機器人使用。
[0012]為了提高電能使用效率，充電站功率發(fā)射單元可以選擇性地在七線圈結(jié)構(gòu)中選擇激活某幾個離機器人較近的發(fā)射線圈，以減小電能損耗，提升電能傳輸效率。當(dāng)機器人進入充電區(qū)域時，處于待機狀態(tài)的重力感應(yīng)裝置12自動啟動進入正常工作狀態(tài);待機器人在充電區(qū)域停穩(wěn)后，重力感應(yīng)裝置12檢測確定機器人的停機位置，并將停機坐標發(fā)送給無線充電系統(tǒng)的后臺管理系統(tǒng)，后臺管理系統(tǒng)使用預(yù)先設(shè)計好的計算軟件，以電能傳輸效率、電能損耗功率和所需充電時間等幾個主要的參數(shù)，計算出符合工作要求的充電方案；由系統(tǒng)后臺傳輸給充電站功率發(fā)射單元I的功率控制電路14，由功率控制電路14再控制充電站功率發(fā)射單元中的七個線圈各自連接的功率振蕩模塊，由此控制各個線圈不同的工作狀態(tài)。
[0013]本實用新型的有益效果:該無線充電系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)性較強，工作運行時對人工操控要求較低，能高效地為智能機器人充電。該無線充電系統(tǒng)的充電站能根據(jù)機器人的?？课恢?，設(shè)計不同充電方案，減小電能損耗，提升電能傳輸效率。充電站功率發(fā)射單元的電磁發(fā)射線圈采用多線圈結(jié)構(gòu)能夠有效增大充電區(qū)域面積，降低智能機器人的充電位置?？烤群鸵?。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施方式的整體功能示意圖；
[0015]圖2為本實用新型實施方式的電磁發(fā)射線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實用新型實施方式的通信通道示意圖；
[0017]圖4為本實用新型實施方式的電能功率傳輸通道示意圖；
[0018]圖5是本實用新型實施方式的充電方案選取過程；
[0019]其中:1_充電站功率發(fā)射單元、11-工頻電源、12-重力感應(yīng)裝置、13-信息解調(diào)模塊、14-功率控制模塊、15-功率振蕩模塊、16-電磁發(fā)射線圈、2-機器人功率接收單元、21-機器人接收線圈、22-信息調(diào)制模塊、23-電池信息檢測模塊、24-整流穩(wěn)壓模塊、25-機器人電池。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細描述。如圖1所示，本實施方式采用的技術(shù)方案如下:一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，包括充電站充電區(qū)域，還包括無線連接的充電站功率發(fā)射單元I和機器人功率接收單元2;所述充電站功率發(fā)射單元I包括順序連接的工頻電源11、重力感應(yīng)裝置12、信息解調(diào)模塊13、功率控制模塊14、功率振蕩模塊15和電磁發(fā)射線圈16;所述機器人功率接收單元2包括順序連接的機器人接收線圈21、信息調(diào)制模塊22、電池信息檢測模塊23、整流穩(wěn)壓模塊24和機器人電池25;所述充電站功率發(fā)射單元設(shè)置在所述充電站充電區(qū)域。
[0021]所述電磁發(fā)射線圈16采用七線圈結(jié)構(gòu)，所述七線圈結(jié)構(gòu)包括中心一個標準大小的無線充電功率發(fā)射線圈，周圍均勻分布有六個與中心線圈等大反向的標準大小無線充電功率發(fā)射線圈，且七個線圈設(shè)在同一水平面上;所述七線圈結(jié)構(gòu)安裝在所述充電站充電區(qū)域的下方，七個所述無線充電功率發(fā)射線圈分別連接七個所述功率振蕩模塊15，所述七個功率振蕩模塊15均與所述功率控制模塊14連接。采用多線圈結(jié)構(gòu)能夠有效增大充電區(qū)域面積，降低智能機器人的充電位置?？烤群鸵?。
[0022]所述信息調(diào)制模塊22將電池信息檢測模塊23所監(jiān)測的電池信息調(diào)制至433kHz頻段，進行無線通信傳輸。
[0023]所述電磁發(fā)射線圈16與所述機器人接收線圈21之間無線連接。
[0024]所述信息解調(diào)模塊13與所述信息調(diào)制模塊22之間通過高頻信號連接。
[0025]所述功率振蕩模塊15輸出10kHz的高頻振蕩磁場。
[0026]無線充電系統(tǒng)的充電站功率發(fā)射單元中，由工頻電源11為功率振蕩模塊15提供輸入電壓;重力感應(yīng)裝置12通過重力檢測給巡檢機器人定位;信息解調(diào)模塊13實現(xiàn)與機器人功率接收單元2的無線電信息交互，并控制功率控制電路14;功率控制電路14控制功率振蕩模塊15的通斷；功率振蕩模塊15將電源模塊11輸入的功率振蕩為高頻振蕩電磁場；電磁發(fā)射線圈16發(fā)射功率，功率振蕩模塊15振蕩出的高頻振蕩磁場。
[0027]無線充電系統(tǒng)的機器人功率接收單元2中，機器人接收線圈21接收電磁發(fā)射線圈16所發(fā)射的能量;信息調(diào)制模塊22調(diào)制電池信息檢測模塊23所檢測得到的電池信息，通過高頻信號和通信通道發(fā)送至信息解調(diào)模塊13;電池信息檢測模塊23檢測機器人電池25的電池電壓等工作信息;整流穩(wěn)壓模塊24將接收的能量整流穩(wěn)壓成恒定的直流電，向機器人電池25供電;機器人電池25儲存機器人電能，供工作檢測中使用。
[0028]如圖2所示，機器人充電站電磁發(fā)射線圈16的布置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)一共由七個線圈組成，結(jié)構(gòu)中心是一個標準大小的無線充電功率發(fā)射線圈，中心周圍平均分散分布有6個與中心線圈等大反向的標準大小無線充電功率發(fā)射線圈，七個線圈布置于同一水平面，裝配于充電站機器人充電區(qū)域的下方，每個線圈連接有獨立的功率振蕩模塊，均由同一個功率控制模塊控制，七個電磁發(fā)射線圈的工作狀態(tài)相互獨立。
[0029]如圖3所示，機器人功率接收單元2與充電站功率發(fā)射單元I的通信通道，由以下幾個部分組成:信息調(diào)制模塊22、機器人接收線圈21、電磁發(fā)射線圈16和信息解調(diào)模塊13。信息調(diào)制模塊22將電池信息檢測模塊23所監(jiān)測的電池信息調(diào)制至433kHz頻段，依靠由機器人接收線圈21、電磁發(fā)射線圈16進行無線傳輸，電池信息以電力載波的型式傳送到信息解調(diào)模塊13，功率控制電路14依據(jù)被解調(diào)的信息控制功率振蕩模塊15的發(fā)射功率。
[0030]如圖4所示，機器人功率接收單元2與充電站功率發(fā)射單元I的電能功率傳輸通道，主要由以下幾個部分組成:工頻電源11、功率振蕩模塊15、電磁發(fā)射線圈16、機器人接收線圈21和機器人電池25。工頻電源11的輸出功率經(jīng)功率振蕩模塊15振蕩為10kHz的高頻振蕩磁場，通過機器人接收線圈21、電磁發(fā)射線圈16兩個電磁線圈進行電能的無線傳輸，振蕩功率經(jīng)過整流穩(wěn)壓模塊24的處理，轉(zhuǎn)換成恒定直流電壓，供機器人電池充電。
[0031]為了提高電能使用效率，充電站功率發(fā)射單元I可以選擇性地在七線圈結(jié)構(gòu)中選擇激活某幾個離機器人較近的發(fā)射線圈，以減小電能損耗，提升電能傳輸效率。本實施方式無線充電系統(tǒng)的充電方案選取過程如圖5所示，當(dāng)機器人剛進入充電區(qū)域時，處于待機狀態(tài)的重力感應(yīng)裝置12自動啟動進入正常工作狀態(tài)。待機器人在充電區(qū)域停穩(wěn)后，重力感應(yīng)裝置12檢測確定機器人的停機位置，并將停機坐標發(fā)送給無線充電系統(tǒng)的后臺管理系統(tǒng)。后臺管理系統(tǒng)使用預(yù)先設(shè)計好的計算軟件，根據(jù)電能傳輸效率、電能損耗功率和所需充電時間等幾個主要的參數(shù)，計算出符合工作要求的充電方案。充電方案計算得出后由系統(tǒng)后臺傳輸給充電站功率發(fā)射單元I的功率控制電路14，由功率控制電路14再控制無線充電系統(tǒng)中電磁發(fā)射線圈的七線圈各自的功率震蕩模塊，由此控制各個線圈不同的工作情況。以此來實現(xiàn)減小電能損耗，提升電能傳輸效率。
[0032]本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0033]雖然以上結(jié)合附圖描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本實用新型的原理和實質(zhì)。本實用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項】
1.一種多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，包括充電站充電區(qū)域，其特征在于:還包括無線連接的充電站功率發(fā)射單元(I)和機器人功率接收單元(2);所述充電站功率發(fā)射單元(I)包括順序連接的工頻電源(11)、重力感應(yīng)裝置(12)、信息解調(diào)模塊(I 3)、功率控制模塊(14)、功率振蕩模塊(15)和電磁發(fā)射線圈(16);所述機器人功率接收單元(2)包括順序連接的機器人接收線圈(21)、信息調(diào)制模塊(22)、電池信息檢測模塊(23)、整流穩(wěn)壓模塊(24)和機器人電池(25);所述充電站功率發(fā)射單元設(shè)置在所述充電站充電區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁發(fā)射線圈(16)采用七線圈結(jié)構(gòu)，所述七線圈結(jié)構(gòu)包括中心一個標準大小的無線充電功率發(fā)射線圈，周圍均勻分布有六個與中心線圈等大反向的標準大小無線充電功率發(fā)射線圈，且七個線圈設(shè)在同一水平面上;所述七線圈結(jié)構(gòu)安裝在所述充電站充電區(qū)域的下方，七個所述無線充電功率發(fā)射線圈分別連接七個所述功率振蕩模塊(15)，所述七個功率振蕩模塊(I 5)均與所述功率控制模塊(14)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述信息調(diào)制模塊(22)將電池信息檢測模塊(23)所監(jiān)測的電池信息調(diào)制至433kHz頻段，進行無線通信傳輸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁發(fā)射線圈(16)與所述機器人接收線圈(21)之間無線連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述信息解調(diào)模塊(13)與所述信息調(diào)制模塊(22)之間通過高頻信號連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多線圈結(jié)構(gòu)機器人無線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述功率振蕩模塊(15)輸出I OOkHz的高頻振蕩磁場。
【文檔編號】H02J50/80GK205489823SQ201620237364
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】涂聰, 王軍華, 蔡昌松, 羅思思, 劉雨薇, 趙昇明, 羅郅煒
【申請人】武漢大學(xué)