一种基于RC清扫机器人能量回馈制动系统的制作方法

一种基于rc清扫机器人能量回馈制动系统
技术领域
1.本发明涉及rc机器人控制器、电量管理单元、机器人运动控制及远程监控等技术。


背景技术：

2.目前，清扫机器人主要分为室外清扫机器人与室内清扫机器人两种；其动力源以动力储能电池为主。实际应用中均存在缺陷：(1)受机器人空间尺寸以及载荷制约，动力源电池容量无法做到更大，其容量多为200ah以下，无法满足大面积清扫需要，如增加充电站数量，则增加成本，清扫效率也相对降低。(2)机器人急停、下坡等清扫工况下，会产生制动能量，此能量不仅无法用于回馈，还会对驱动系统带来一定影响，使系统稳定性降低。


技术实现要素：

3.针对目前清扫机器人动力源容量不足和回馈制动能量无法回收问题，给出一种基于rc清扫机器人能量回馈制动系统。
4.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
5.一种基于rc清扫机器人能量回馈制动系统，包括：机器人控制单元、能量控制单元、储能单元、机器人驱动单元以及远程控制单元，其中，机器人控制单元与远程控制单元通过无线网络进行数据交互；机器人控制单元与能量控制单元、机器人驱动单元、储能单元分别通过can总线连接。
6.所述机器人控制单元，用于根据机器人驱动单元反馈的清扫机器人制动时的反向电压以及储能单元反馈的清扫机器人内部电压进行分析、判断，并根据分析结果控制能量控制单元对机器人驱动单元反馈的反向电压进行升压或减压操作，并将处理后的能量输出给储能单元进行储存。
7.所述分析、判断具体为：
8.将清扫机器人制动时的反向电压与清扫机器人内部电压进行比较，若反向电压大于均内部电压，则对储能单元进行降压充电，否则对储能单元进行升压充电。
9.所述能量控制单元，用于将来自驱动单元的清扫机器人制动时的反向电压向储能单元回馈充电。
10.所述储能单元，用于实时控制机器人控制单元反馈的能量，并反馈电压值传递给机器人控制单元。
11.所述机器人驱动单元，用于产生回馈制动能量，并检测反向电压反馈给机器人控制单元，机器人控制单元结合储能单元反馈当前机器人电压，控制能量控制单元进行升降压控制，为储能单元充电。
12.所述远程控制单元，用于通过无线网络实时监控同一地点多台机器人电压状态，根据电压状态结合当前机器人任务信息对机器人任务进行重新分配。
13.本发明具有以下有益效果及优点：
14.1、本发明使用由rc机器人控制技术、能量回馈技术、储能单元均衡充电技术以及
机器人运动控制技术组成的清扫机器人制动能量回馈系统。相对于以往清扫机器人储能单元容量有限且制动能量无法回馈的缺陷。增加了机器人续航能力，间接提高运行可靠性。
15.2、本发明应用远程监控系统可实现多台清扫机器人储能状态监控，并根据监控状态，应用调度算法实现不同区域和任务分配。
附图说明
16.图1为系统整体结构控制框图；
17.图2为能量控制单元控制框图；
18.图3为能量流与能量控制框图。
具体实施方式
19.下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
20.在本专利在清扫机器人控制系统中，利用在制动、下坡等工况下驱动单元回馈制动能量，经过能量控制模块进行能量回收反馈给储能单元，增加续航能力。整个控制系统组成包括rc(机器人控制单元)、能量控制单元、机器人驱动单元、储能单元、远程监控单元等。应用以太网将远程监控与rc连接起来。rc、能量控制单元、机器人驱动单元、储能单元等则通过can总线实现通讯，通过对rc(机器人控制器)、能量控制单元、机器人运动控制及储能单元等软件的编程即可实现制动能量回馈功能，远程监控单元通过监控多台机器人能量回馈状态进行任务调度与分配。
21.能量控制单元采用电压环pi参数模糊自整定控制算法，通过电压变化及电压变化率不同范围来修正pi参数，使输出电压在调整过程中及时跟随给定值。
22.储能单元根据当前采集的当前电压值，利用均衡技术模糊控制算法预估能量控制单元所需要反馈的电压值。
23.驱动单元将当前机器人采集回馈制动时反馈的电压值反馈给主控制器rc，rc控制器根据储能单元反馈电压值、储能单元所需反馈电压值，综合判断给出能量控制单元电压给定。
24.本发明提供一种基于rc清扫机器人制动能量回馈系统。
25.如图1所示，本发明一实施例清扫机器人制动能量回馈系统包括：机器人控制单元(rc)100、能量控制单元200、储能单元300、机器人驱动单元500以及远程控制单元600。其中，机器人控制单元100与远程控制单元600通过无线网络进行数据交互；机器人控制单元100与能量控制单元200、机器人驱动单元500、储能单元300则通过can总线通讯连接。
26.机器人控制器rc作为主控制器，通过can总线通讯方式与能量控制单元、机器人驱动单元、储能单元进行信号交互，并通过以太网通讯方式将采集的电压信息传递给远程控制单元，用于远程控制单元结合多机器人任务执行情况进行仲裁，实现多机器人任务调度与任务分配
27.机器人驱动单元500用于采集回馈制动过程中反向电压状态，并将相应状态反馈给机器人控制单元100；储能单元300实时监控内部电压状态并将其状态反馈给机器人控制单元100；机器人控制单元100根据机器人驱动单元500反馈反向电压状态及储能单元300反馈当前电池电压状态进行分析、判断，向能量控制单元200下发命令，令能量控制单元200开
关元器件进行升压或减压操作，通过电气连接向储能单元300能量回馈充电。
28.如图2所示，能量控制单元控制流程为，根据给定电压输入阈值与实际反馈电压值作比较，采用模糊pi控制算法控制pwm信号输出，调节升降压电路电压输出满足储能单元充电电压要求。
29.如图3所示，能量流与能量控制流程为，机器人驱动单元在回馈制动情况下，产生回馈制动能量，回馈制动能量通过能量控制单元，机器人控制器rc结合储能单元与驱动单元反馈电压信息对能量控制单元电压进行升降压控制，使回馈制动能量能够给储能单元充电。
30.1、rc：rc主要功能是实现机器人运动控制，传感器信息采集与处理以及电量监控功能，通过can总线将电量监控板、驱动板等连接起来，并通过以太网实现与主控制板的实时信息交互，主控板与rc均为整个核心部件。
31.2、储能单元：储能单元选取磷酸铁锂电池组。磷酸铁锂电池是高比能量最高、性能最稳定锂电池，受车体空间限制及高能量比要求，因此选取此类电池为机器人能量源。
32.3、能量控制单元：能量控制单元功能通过电量监控板实现。采用能量回馈控制算法实现回馈制动能量有效回馈给储能单元。
33.4、机器人驱动单元：机器人驱动单元由多个驱动控制板组成，通过编码器实现位置信息反馈，实现运动部分精确控制，通过对电机回馈制动过程中反向电压控制确保能量高效回馈。
34.5、远程控制单元：远程控制单元由云端或本地服务器组成，通过无线网络实时监控同一地点多台机器人能量状态，根据能量状态结合当前机器人任务信息对机器人任务进行重新分配，提高清扫效率和清扫机器人利用率。
35.根据能量状态结合当前机器人任务信息对机器人任务进行重新分配具体为：机器人通过无线网络连接远程控制单元，远程控制单元内可监控多个机器人当前电压状态，当机器人处于能量回馈后，机器人的电压值会升高，即储能单元储存能量值会增大，远程控制单元可通过判断多台机器人现有能量值信息，结合任务执行时间、任务执行距离、距离充电位置的远近等信息，综合判断哪台机器人执行那些长距离、长周期任务会更合适，避免出现任务未执行完而储能单元能量不足情况。
36.上述回馈制动系统还包括远程监控单元600，该远程监控单元600与机器人控制单元100通过以太网通讯连接。所述机器人控制单元100实时获取储能单元能量回馈后信息，并将信息反馈远程监控单元600，根据反馈多台机器人当前能量信息，结合多机器人调度控制算法修正任务类别，使能量回馈后电量相对充足机器人执行远距离任务。
37.本专利多用于清扫机器人充电系统。此外，还可以应用于agv、电动汽车等行业。针对于不同行业，只需根据实际需求增加或减少板卡，无需更改系统的情况下即能实现能量回馈功能。
38.如在agv系统中，将能量回馈控制系统与agv运动控制系统整合即能实现agv进行能量回馈控制。采用能量回馈不仅可实现agv连续运行，增加续航能力。
39.本发明以rc(机器人控制器)为核心，通过can总线通讯方式实现运动控制与制动能量控制技术整合为一体的清扫机器人制动能量回馈控制系统。
40.本发明采用能量回馈控制算法、储能单元均衡技术算法以及运动控制算法编程与
程序整合为本专利次要保护点。
41.本发明中的远程监控系统根据回馈制动状态监控实现多机器人调度控制算法实现。