一种机器人充电控制方法及系统与流程

1.本发明涉及机器人充电领域，具体涉及一种机器人充电控制方法及系统。


背景技术：

2.变电站是电网输送的重要区域，对其设备的巡检是保证用电安全的重要工作，目前普遍采用人工巡检、手工记录的方式，随着我国经济的发展，用电量的不断增加，变电站的规模及数量也随之增多，这样使得工作人员的巡检范围及工作量急剧变大。随着机器人技术的发展和成熟，利用机器人进行相关设备的巡检成为可能，目前已在多个变电站实现应用。
3.机器人在巡检的过程中，会损耗电能，当机器人电量耗完之后需要对机器人进行充电。而当前的通用的接触型充电，充电金属触点外漏，如果充电座上有异物存在，会影响充电效果，甚至会造成安全事故；同时，接触型充电需要精确对准，对位置误差要求比较高，增加了充电难度，提高了工程和开发难度；另外，接触型充电由于多次充电，会对金属表面氧化钝化等造成的接触不良，降低充电速度，产生大量的热量，降低充电设备的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人充电控制方法及系统，通过非接触式无线充电，解决接触式充电时充电金属点外漏以及需要精确对准的问题。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种机器人充电控制方法，包括以下步骤，
6.s1，实时检测机器人的剩余电量，判断所述剩余电量所处的电量阈值范围；其中，所述电量阈值范围包括零至第一电量阈值之间的第一电量阈值范围以及第一电量阈值至第二电量阈值之间的第二电量阈值范围，且所述第二电量阈值高于所述第一电量阈值；
7.s2，当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围时，判断所述机器人是否位于无线供电装置的预设充电范围内，且当所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电；
8.s3，当所述剩余电量处于所述第一电量阈值范围时，且在所述机器人未充电的状态下，控制所述机器人断电。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，所述s2具体为，
11.当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围时，判断所述机器人是否位于无线供电装置的预设充电范围内；
12.当所述机器人没有位于无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述机器人行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内；
13.所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电。
14.进一步，所述无线供电装置设有一个，所述无线供电装置安装在所述机器人的作业范围内，记录所述无线供电装置的位置信息；
15.当所述机器人没有位于无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述机器人行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内的具体过程为，
16.获取所述机器人的当前位置信息，根据所述机器人的当前位置信息以及所述无线供电装置的位置信息，为所述机器人规划充电行驶路径；
17.根据所述充电行驶路径控制所述机器人从当前位置行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内。
18.进一步，所述无线供电装置设有多个，多个所述无线供电装置分布安装在所述机器人的作业范围内，根据多个所述无线供电装置的位置信息在所述机器人作业范围内构建无线供电装置位置分布图；
19.当所述机器人没有位于无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述机器人行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内的具体过程为，
20.获取所述机器人的当前位置信息，根据所述机器人的当前位置信息从所述无线供电装置位置分布图中查找出离所述机器人当前位置最近的一个所述无线供电装置；
21.根据所述机器人的当前位置信息以及离所述机器人当前位置最近的一个所述无线供电装置的位置信息，为所述机器人规划充电行驶路径；
22.根据所述充电行驶路径控制所述机器人从当前位置行驶至离所述机器人当前位置最近的一个所述无线供电装置的预设充电范围内。
23.进一步，当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围，且当所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，若所述机器人没有充电，则控制所述机器人发出充电故障报警信号。
24.进一步，当所述机器人发出充电故障报警信号后，利用有线供电装置对所述机器人进行接触式有线充电。
25.进一步，在所述机器人断电的状态下，利用有线供电装置对所述机器人进行接触式有线充电。
26.进一步，所述机器人上集成有与所述无线供电装置匹配的无线受电装置；
27.控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电的实现为，
28.当所述无线受电装置位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，通过所述无线受电装置触发所述无线供电装置启动；
29.控制启动后的所述无线供电装置对所述机器人上的无线受电装置进行非接触式无线充电。
30.进一步，所述无线供电装置包括pfc变换器、逆变器、供电补偿网络、原边磁芯、驱动电路、供电控制器和供电无线收发器；所述pfc变换器的输入端连接交流电源，所述pfc变换器的输出端依次通过所述逆变器以及所述供电补偿网络与所述原边磁芯电连接，所述pfc变换器的输出端还与所述供电控制器连接，所述供电控制器通过所述驱动电路与所述逆变器电连接，所述供电控制器还与所述供电无线收发器电连接；
31.所述无线受电装置包括副边磁芯、受电补偿网络、同步整流电路、动力电池组、受电控制器和受电无线收发器，所述副边磁芯依次通过所述受电补偿网络以及所述同步整流
电路与所述动力电池组电连接，所述动力电池组与所述受电控制器电连接，所述受电控制器与所述受电无线收发器电连接；
32.所述原边磁芯与所述副边磁芯相匹配，所述供电无线收发器与所述受电无线收发器相匹配。
33.基于上述一种机器人充电控制方法，本发明还提供一种机器人充电控制系统。
34.一种机器人充电控制系统，包括以下模块，
35.电量检测模块，其用于实时检测机器人的剩余电量，判断所述剩余电量所处的电量阈值范围；其中，所述电量阈值范围包括零至第一电量阈值之间的第一电量阈值范围以及第一电量阈值至第二电量阈值之间的第二电量阈值范围，且所述第二电量阈值高于所述第一电量阈值；
36.非接触式无线充电模块，其用于当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围时，判断所述机器人是否位于无线供电装置的预设充电范围内，且当所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电；
37.低电量保护模块，其用于当所述剩余电量处于所述第一电量阈值范围时，且在所述机器人未充电的状态下，控制所述机器人断电。
38.本发明的有益效果是：本发明一种机器人充电控制方法及系统，通过非接触式无线充电，即使无线供电装置上有异物存在，也不会对充电有任何的影响，另外由于没有外露的金属触点，能避免多次对接金属表面氧化钝化等造成的接触不良、充电速度降低、充电接口发热或者损坏等问题；同时，非接触式无线充电时，无需精准对准，在预设充电范围内即可充电，扩大了充电点的范围，这样就可以简化产品自动充电方式的设计；另外，整个充电过程无需人工干预，当电量过低时，可自动进入充电区域进行电量补充，无需人工插拔充电线，实现真正无人值守，真正的智能化充电，且在更低电量时自动断电，避免电池过放。
附图说明
39.图1为本发明一种机器人充电控制方法的流程图；
40.图2为无线供电装置和无线受电装置的电路原理框图；
41.图3为受电无线收发器的电路原理图；
42.图4为本发明一种机器人充电控制系统的结构框图。
具体实施方式
43.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
44.如图1所示，一种机器人充电控制方法，包括以下步骤，
45.s1，实时检测机器人的剩余电量，判断所述剩余电量所处的电量阈值范围；其中，所述电量阈值范围包括零至第一电量阈值之间的第一电量阈值范围以及第一电量阈值至第二电量阈值之间的第二电量阈值范围，且所述第二电量阈值高于所述第一电量阈值；
46.s2，当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围时，判断所述机器人是否位于无线供电装置的预设充电范围内，且当所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内
时，控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电；
47.s3，当所述剩余电量处于所述第一电量阈值范围时，且在所述机器人未充电的状态下，控制所述机器人断电。
48.在本具体实施例中：所述s2具体为，
49.当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围时，判断所述机器人是否位于无线供电装置的预设充电范围内；
50.当所述机器人没有位于无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述机器人行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内；
51.所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电。
52.在本具体实施例中：所述无线供电装置设有一个，所述无线供电装置安装在所述机器人的作业范围内，记录所述无线供电装置的位置信息；
53.当所述机器人没有位于无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述机器人行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内的具体过程为，
54.获取所述机器人的当前位置信息，根据所述机器人的当前位置信息以及所述无线供电装置的位置信息，为所述机器人规划充电行驶路径；
55.根据所述充电行驶路径控制所述机器人从当前位置行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内。
56.在另外的具体实施例中：所述无线供电装置设有多个，多个所述无线供电装置分布安装在所述机器人的作业范围内，根据多个所述无线供电装置的位置信息在所述机器人作业范围内构建无线供电装置位置分布图；
57.当所述机器人没有位于无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述机器人行驶至所述无线供电装置的预设充电范围内的具体过程为，
58.获取所述机器人的当前位置信息，根据所述机器人的当前位置信息从所述无线供电装置位置分布图中查找出离所述机器人当前位置最近的一个所述无线供电装置；
59.根据所述机器人的当前位置信息以及离所述机器人当前位置最近的一个所述无线供电装置的位置信息，为所述机器人规划充电行驶路径；
60.根据所述充电行驶路径控制所述机器人从当前位置行驶至离所述机器人当前位置最近的一个所述无线供电装置的预设充电范围内。
61.在本具体实施例中：当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围，且当所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，若所述机器人没有充电，则控制所述机器人发出充电故障报警信号。
62.在本具体实施例中：当所述机器人发出充电故障报警信号后，利用有线供电装置对所述机器人进行接触式有线充电。
63.在本发明中，无线充电系统的补充，在无线充电系统故障或不能用时，可用有线充电系统进行补充。
64.在本具体实施例中：在所述机器人断电的状态下，利用有线供电装置对所述机器人进行接触式有线充电。
65.在本具体实施例中：所述机器人上集成有与所述无线供电装置匹配的无线受电装
置；
66.控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充电的实现为，
67.当所述无线受电装置位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，通过所述无线受电装置触发所述无线供电装置启动；
68.控制启动后的所述无线供电装置对所述机器人上的无线受电装置进行非接触式无线充电。
69.在本具体实施例中：如图2所示，所述无线供电装置包括pfc变换器、逆变器、供电补偿网络、原边磁芯、驱动电路、供电控制器和供电无线收发器；所述pfc变换器的输入端连接交流电源，所述pfc变换器的输出端依次通过所述逆变器以及所述供电补偿网络与所述原边磁芯电连接，所述pfc变换器的输出端还与所述供电控制器连接，所述供电控制器通过所述驱动电路与所述逆变器电连接，所述供电控制器还与所述供电无线收发器电连接；
70.所述无线受电装置包括副边磁芯、受电补偿网络、同步整流电路、动力电池组、受电控制器和受电无线收发器，所述副边磁芯依次通过所述受电补偿网络以及所述同步整流电路与所述动力电池组电连接，所述动力电池组与所述受电控制器电连接，所述受电控制器与所述受电无线收发器电连接；
71.所述原边磁芯与所述副边磁芯相匹配，所述供电无线收发器与所述受电无线收发器相匹配。
72.其中，受电无线收发器的电路原理如图3所示。无线供电装置装在固定位置，无线受电装置安装在机器人上，当机器人接近无线供电装置时，无线受电装置中的受电无线收发器检测到耦合度检测信号，然后由受电控制器启动充电。
73.本发明的无线充电系统由两个分开的无线供电装置和无线受电装置组成，无线供电装置和无线受电装置距离3cm以内，就可以启动无线充电系统，充电功率为500w/h。充满时间2.5小时。可支持机器人持续运行8小时。当充满之后，主动断开充电，当机器人电量小于30％，启动充电。
74.在本发明中，第一电量阈值可以设置为10％，则第一电量阈值范围为(0,10％)；第二电量阈值可以设置为30％，则第二电量阈值范围为(10％，30％)。例如，当机器人的电量低于30％时，停止发送机器人巡检任务，如有任务，启动一键返航功能，启动后续充电程序。当机器人电量小于10％时，启动电池保护机制，控制机器人断电，防止电池过放导致故障。另外，当机器人处于无线供电装置的预设充电范围内，且电量小于30％时，如果不充电，启动报警功能。
75.基于上述一种机器人充电控制方法，本发明还提供一种机器人充电控制系统。
76.如图4所示，一种机器人充电控制系统，包括以下模块，
77.电量检测模块，其用于实时检测机器人的剩余电量，判断所述剩余电量所处的电量阈值范围；其中，所述电量阈值范围包括零至第一电量阈值之间的第一电量阈值范围以及第一电量阈值至第二电量阈值之间的第二电量阈值范围，且所述第二电量阈值高于所述第一电量阈值；
78.非接触式无线充电模块，其用于当所述剩余电量处于所述第二电量阈值范围时，判断所述机器人是否位于无线供电装置的预设充电范围内，且当所述机器人位于所述无线供电装置的预设充电范围内时，控制所述无线供电装置对所述机器人进行非接触式无线充
电；
79.低电量保护模块，其用于当所述剩余电量处于所述第一电量阈值范围时，且在所述机器人未充电的状态下，控制所述机器人断电。
80.在本发明一种机器人充电控制系统中，各模块的具体功能参见上式一种机器人充电控制方法，在此不再赘述。
81.本发明一种机器人充电控制方法及系统，通过非接触式无线充电，即使无线供电装置上有异物存在，也不会对充电有任何的影响，另外由于没有外露的金属触点，能避免多次对接金属表面氧化钝化等造成的接触不良、充电速度降低、充电接口发热或者损坏等问题；同时，非接触式无线充电时，无需精准对准，在预设充电范围内即可充电，扩大了充电点的范围，这样就可以简化产品自动充电方式的设计；另外，整个充电过程无需人工干预，当电量过低时，可自动进入充电区域进行电量补充，无需人工插拔充电线，实现真正无人值守，真正的智能化充电，且在更低电量时自动断电，避免电池过放。
82.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。