CN108183527B - 一种适用于机器人无线充电***的控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于机器人无线充电***的控制装置及控制方法，该无线充电***包括高频逆变电源、能量发射装置、能量接收装置及能量变换电路；控制装置包括充电控制器、光电开关传感器，光电开关传感器安装在能量发射装置的四个角；光电开关传感器的输出端与充电控制器的输入端连接，充电控制器用于控制高频逆变电源是否工作；能量发射装置、充电控制器、高频逆变电源均安装在地面充电站。本发明将无线电能传输技术、智能技术完美地结合起来，使巡检机器人能够在无人干预的情况下长期工作；可以根据需要选择自动充电还是手动充电；投入成本较低，控制方法灵活方便、可靠性较强，有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明属于无线电能传输领域，涉及一种巡检机器人无线充电***，尤其涉及一种巡检机器人智能化充电控制方法。
背景技术
随着机器人的智能化发展，巡检机器人在无人值守变电站、线路巡线等方面得到了广泛应用。巡检机器人无线充电***能够在无人干预的前提下长期工作，需要巡检机器人在到达指定充电位置时进行自动充电，驶离无线充电位置时自动断电。如何确保无线充电***能够自动给巡检机器人充电，并且在设备出现故障而不能自动充电时而切换至手动给巡检机器人充电，已成为国内外专家学者研究的热点问题。目前针对巡检机器人有线充电的控制方法已比较成熟，但是适用于巡检机器人无线充电的控制方法还不够成熟。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的对巡检机器人无线充电控制较困难的问题，本发明提供一种适用于机器人无线充电***的控制装置。
本发明的另一目的是提供一种适用于机器人无线充电***的控制方法。
技术方案：一种适用于机器人无线充电***的控制装置，该无线充电***包括高频逆变电源、能量发射装置、能量接收装置及能量变换电路；控制装置包括充电控制器、光电开关传感器，光电开关传感器至少有四个，分别安装在能量发射装置的四个角；光电开关传感器的输出端与充电控制器的输入端连接，充电控制器用于根据光电开关传感器的输出信号控制高频逆变电源是否工作；能量发射装置、充电控制器、高频逆变电源均安装在地面充电站；能量接收装置安装在巡检机器人车体的底部，能量变换电路安装在车体内，所述能量变换装置用于将能量接收装置得到的高频交流电变换为符合巡检机器人电池充电要求的直流电。
优选的，所述充电控制器包括或非门、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、切换开关、手动启动开关、手动停止开关，所述光电开关传感器的输出端均接至或非门的输入端；第一继电器的线圈接入或非门的输出端与地之间，第一继电器的公共端与切换开关串联后接地，常开触点通过第二继电器的线圈连接电源；第一继电器和切换开关的串联分支与手动启动开关并联；第二继电器的常开触点连接电源，公共端同时连接第三继电器常闭触点与第四继电器的常开触点；第三继电器的线圈一端连接电源，另一端与手动停止开关串联接地，第三继电器的公共端连接第四继电器的线圈一端；第四继电器线圈另一端接地，第四继电器的公共端接电源；第五继电器的线圈并联在第四继电器线圈上，第五继电器的常开触点及公共端串接入高频逆变电源输入端的回路中，所述能量发射装置接在高频逆变电源的输出端；第一继电器的常闭触点连接到第三继电器与手动停止开关的连接处。
优选的，充电控制器中的电源均为12V电源。
优选的，所述手动启动开关和手动停止开关均为复位开关。
优选的，还包括第六继电器及其他保护或紧急制动电路，所述第四继电器的线圈与地之间接入第六继电器的常闭触点及公共端，第六继电器的线圈两端连接其他保护或紧急制动电路，所述其他保护或紧急制动电路包括电压保护电路、电流保护电路、温度保护电路、紧急制动电路中的一种或几种。
优选的，所述光电开关传感器的型号为博光-50NK；所述或非门采用型号为M74HC4078的或非门芯片。
优选的，还包括无线通信模块，所述无线通信模块用于将光电开关传感器检测到的目标是否到达指定位置的信号通过无线通讯网络传递至变电站运维管控平台，并将变电站运维管控平台发出的命令信号传递至巡检机器人。
一种采用适用于机器人无线充电***的控制装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)闭合切换开关，当巡检机器人到达指定充电位置时，光电开关传感器检测到目标，充电控制器通过无线通讯网络向变电站运维管控平台发出目标到达指定位置的信号，由管控平台向巡检机器人发出停车信号，巡检机器人停止移动，光电开关传感器均输出低电平信号至充电控制器的或非门，充电控制器将功率电路接通，通过能量发射装置和能量接收装置将高频逆变电源给巡检机器人充电；
(2)巡检机器人充满电之后，变电站运维管控平台监测到巡检机器人的满电信息，向机器人发出驶离充电区域信号，光电开关传感器发出高电平信号，充电控制器控制功率电路断电，高频逆变电源停止充电。
优选的，关闭切换开关，通过控制手动启动开关和手动停止开关对充电进行控制。
有益效果：本发明提供的一种适用于巡检机器人无线充电***控制装置及控制方法，将无线电能传输技术、智能技术完美地结合起来，使巡检机器人能够在无人干预的情况下长期工作；可以根据需要选择自动充电还是手动充电，满足各种需要；为了保证无线电能传输的效率与功率，***采用磁耦合谐振式的无线电能传输方式；本方法只需使用光电开关传感器、继电器等器件即可实现自动或者手动充电的控制，投入成本较低，控制方法灵活方便、可靠性较强，有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明的巡检机器人无线充电***充电控制装置的示意图；
图2为本发明的巡检机器人无线充电***充电控制装置中充电控制器的电路图；
图3为本发明的巡检机器人无线充电***充电控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种适用于机器人无线充电***的控制装置，该无线充电***包括高频逆变电源1、能量发射装置4、能量接收装置5及能量变换电路6；控制装置包括充电控制器2、光电开关传感器3；光电开关传感器2有四个，也可以设计多于四个，本实施例采用型号为博光-50NK的光电开关传感器，分别安装在能量发射装置4的四个角；光电开关传感器3的输出端与充电控制器2的输入端连接，充电控制器2用于根据光电开关传感器3的输出信号控制高频逆变电源1是否工作；能量发射装置4、充电控制器2、高频逆变电源1均安装在地面充电站8；能量接收装置5安装在巡检机器人7车体的底部，可以稍偏前方，能量变换电路6安装在车体内；能量接收装置和能量发射装置主要包括线圈与补偿电容；所述能量变换电路6用于将能量接收装置5得到的高频交流电变换为符合巡检机器人电池9充电要求的直流电，能量变换电路6主要包括整流电路和直流变换电路。
如图2所示，所述充电控制器2包括或非门、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、切换开关、手动启动开关、手动停止开关，所述光电开关传感器的输出端均接至或非门的输入端；第一继电器的线圈接入或非门的输出端与地之间，第一继电器的公共端与切换开关串联后接地，常开触点通过第二继电器的线圈连接电源；第一继电器和切换开关的串联分支与手动启动开关并联；第二继电器的常开触点连接电源，公共端同时连接第三继电器常闭触点与第四继电器的常开触点；第三继电器的线圈一端连接电源，另一端与手动停止开关串联接地，第三继电器的公共端连接第四继电器的线圈一端；第四继电器线圈另一端连接第六继电器的常闭触点，第四继电器的公共端接电源；第五继电器的线圈并联在第四继电器线圈上，第五继电器的常开触点及公共端串接入高频逆变电源输入端回路中，所述能量发射装置接在高频逆变电源的输出端；第六继电器公共端接地，留有第六继电器的线圈接口，用于接入其他保护或紧急制动电路，可以是电压保护电路、电流保护电路、温度保护电路或紧急制动电路；第一继电器的常闭触点连接到第三继电器与手动停止开关的连接处。
充电控制器中的电源均为12V电源。手动启动开关和手动停止开关均为复位开关。
所述或非门采用型号为M74HC4078的或非门芯片。
控制装置上还设有无线通信模块，所述无线通信模块用于将光电开关传感器检测到的目标是否到达指定位置的信号通过无线通讯网络传递至变电站运维管控平台，并将变电站运维管控平台发出的命令信号传递至巡检机器人。
如图3所示，箭头方向为巡检机器人的行驶方向，采用该巡检机器人无线充电***控制装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)闭合切换开关，当巡检机器人到达指定充电位置时，光电开关传感器检测到目标，由充电控制器通过无线通讯网络向变电站运维管控平台发出目标到达指定位置的信号，再由管控平台向巡检机器人发出停车信号，巡检机器人停止移动，光电开关传感器均输出低电平信号至充电控制器的或非门，充电控制器将功率电路接通，通过能量发射装置和能量接收装置将高频逆变电源给巡检机器人充电；
(2)巡检机器人充满电之后，变电站运维管控平台监测到巡检机器人的满电信息，向机器人发出驶离充电区域信号，光电开关传感器发出高电平信号，充电控制器控制功率电路断电，高频逆变电源停止充电。
充电控制电路中的切换开关处于闭合状态时，巡检机器人到达指定充电位置，四个光电传感器的输出全部为低电平，或非门芯片输出高电平，继电器1的常开触点变为常闭触点，使得继电器2的线圈上电，继电器2的常开触点变为常闭触点，继电器3的开关为闭合，那么+12V电源通过继电器2的常闭开关、继电器3的常闭开关、继电器5的线圈和继电器6的常闭开关然后接地而形成回路，此时继电器5的线圈上电，继电器5的常开触点变为常闭触点，从而控制高频逆变电源给巡检机器人充电。切换开关断开时，***为手动控制充电，由手动启动开关控制高频逆变电源回路给巡检机器人充电，由手动停止开关控制高频逆变电源回路断电，其控制方法与自动控制方法类似，开关选用复位开关，通过继电器4使得继电器2与继电器3形成互锁。此外充电控制器还设立了保护控制，包括电压保护电路、电流保护电路、温度保护电路及紧急制动电路。
如果充电控制器不能接收到光电开关传感器发出的信号，不能自动充电且巡检机器人又急需充电，可将充电控制电路中的切换开关切至断开状态，由于继电器4可实现继电器2与继电器3的互锁，按下手动启动开关，继电器2的常开触点变为常闭触点，继电器3的开关保持常闭，继电器5的常开触点变为常闭触点，此时与之相接的主功率回路形成通路，***开始向巡检机器人充电，按下手动停止开关，继电器3的常闭触点变为常开触点，继电器5的开关保持常开，此时与之相接的主功率回路不能形成通路，***停止向巡检机器人充电，可实现手动控制***对巡检机器人的充电与断电。
为了保证无线电能传输的效率与功率，所述巡检机器人无线充电***采用磁耦合谐振式的无线电能传输方式，能量发射装置与能量接收装置的线圈均采用利兹线绕制。
Claims (8)
1.一种适用于机器人无线充电***的控制装置，其特征在于，该无线充电***包括高频逆变电源、能量发射装置、能量接收装置及能量变换电路；控制装置包括充电控制器、光电开关传感器，光电开关传感器至少有四个，分别安装在能量发射装置的四个角；光电开关传感器的输出端与充电控制器的输入端连接，充电控制器用于根据光电开关传感器的输出信号控制高频逆变电源是否工作；能量发射装置、充电控制器、高频逆变电源均安装在地面充电站；能量接收装置安装在巡检机器人车体的底部，能量变换电路安装在车体内，所述能量变换电路用于将能量接收装置得到的高频交流电变换为符合巡检机器人电池充电要求的直流电；
所述充电控制器包括或非门、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、切换开关、手动启动开关、手动停止开关，所述光电开关传感器的输出端均接至或非门的输入端；第一继电器的线圈接入或非门的输出端与地之间，第一继电器的公共端与切换开关串联后接地，常开触点通过第二继电器的线圈连接电源；第一继电器和切换开关的串联分支与手动启动开关并联；第二继电器的常开触点连接电源，公共端同时连接第三继电器常闭触点与第四继电器的常开触点；第三继电器的线圈一端连接电源，另一端与手动停止开关串联接地，第三继电器的公共端连接第四继电器的线圈一端；第四继电器线圈另一端接地，第四继电器的公共端接电源；第五继电器的线圈并联在第四继电器线圈上，第五继电器的常开触点及公共端串接入高频逆变电源输入端的回路中，所述能量发射装置接在高频逆变电源的输出端；第一继电器的常闭触点连接到第三继电器与手动停止开关的连接处。
2.根据权利要求1所述的适用于机器人无线充电***的控制装置，其特征在于，充电控制器中的电源均为12V电源。
3.根据权利要求1所述的适用于机器人无线充电***的控制装置，其特征在于，所述手动启动开关和手动停止开关均为复位开关。
4.根据权利要求1所述的适用于机器人无线充电***的控制装置，其特征在于，还包括第六继电器及其他保护或紧急制动电路，所述第四继电器的线圈与地之间接入第六继电器的常闭触点及公共端，第六继电器的线圈两端连接其他保护或紧急制动电路，所述其他保护或紧急制动电路包括电压保护电路、电流保护电路、温度保护电路、紧急制动电路中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的适用于机器人无线充电***的控制装置，其特征在于，所述光电开关传感器的型号为博光-50NK；所述或非门采用型号为M74HC4078的或非门芯片。
6.根据权利要求1所述的适用于机器人无线充电***的控制装置，其特征在于，还包括无线通信模块，所述无线通信模块用于将光电开关传感器检测到的目标是否到达指定位置的信号通过无线通讯网络传递至变电站运维管控平台，并将变电站运维管控平台发出的命令信号传递至巡检机器人。
7.一种采用权利要求6的适用于机器人无线充电***的控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)闭合切换开关，当巡检机器人到达指定充电位置时，光电开关传感器检测到目标，充电控制器通过无线通讯网络向变电站运维管控平台发出目标到达指定位置的信号，由管控平台向巡检机器人发出停车信号，巡检机器人停止移动，光电开关传感器均输出低电平信号至充电控制器的或非门，充电控制器将功率电路接通，通过能量发射装置和能量接收装置将高频逆变电源给巡检机器人充电；
(2)巡检机器人充满电之后，变电站运维管控平台监测到巡检机器人的满电信息，向机器人发出驶离充电区域信号，光电开关传感器发出高电平信号，充电控制器控制功率电路断电，高频逆变电源停止充电。
8.根据权利要求7所述的适用于机器人无线充电***的控制装置的控制方法，其特征在于，关闭切换开关，通过控制手动启动开关和手动停止开关对充电进行控制。
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