[发明专利]一种移动式机器人电源

说明书

技术领域

本发明提供一种移动式机器人电源，它涉及长时间作业需求的移动式机器人电源，属于机器人能源技术领域。

背景技术

在国防、医疗、工业、海洋探测、航空航天、交通等诸多方面，移动式机器人显示出越来越广阔的应用前景，它已经引起了世界各国的极大关注。许多国家都把机器人技术列入本国的高技术研究发展计划或关键技术研究计划，如美国的“国家关键技术”计划，欧共体的“尤里卡计划”等。

随着世界人口的增长，社会发展对能源的需求也不断增加。世界能源的短缺问题，能源与环境污染问题都促使各国努力的研究开发新能源和环保节能产品，以及进行环保节能技术的研发。“十一五”期间，国家863计划中专门对工业能源消耗和资源环境方面加以强调，机器人的能源消耗成为机器人应用领域亟待解决的问题之一。

目前国内外移动式机器人的电源主要有三种：(1)独立蓄电池，它是最为常见、应用最广泛的机器人电源。(2)太阳能和蓄电池组合，利用太阳能为机器人充电，大大扩展了移动式机器人的作业范围，延长了机器人的作业时间。(3)电容器和蓄电池组合，它充分利用了蓄电池和电容器各自的优点，采用蓄电池为机器人的控制单元供电，电容器为机器人的驱动伺服机构供电，使机器人的作业时间有了较长的增加。

以上现有移动式机器人电源的缺点有：

(1)独立蓄电池，虽然它是最为常见、应用最广泛的电源，但是它必须与提供能量的充电站相配合，大大限制了机器人的作业范围。

(2)太阳能和蓄电池组合，它是针对独立蓄电池的缺点而提出的，使机器人摆脱了对充电站的依赖。但是，它会使机器人的初次作业充电时间较长，给机器人的作业带来不便。

(3)电容器和蓄电池组合，充分利用了蓄电池和电容器各自的优点，使机器人的作业时间有了较长的增加，但在机器人频繁的制动过程中，制动反馈的再生能量只能通过能耗电阻消耗掉，没有达到能源的再生利用，且增加了整个机器人的热污染。

综上所述，目前机器人的使用中主要存在以下的问题：一是机器人的频繁启动、制动中，短短的几秒钟内完成启动与制动，需要很大的功率，而蓄电池不能提供这样大的瞬时功率，而且频繁地启动对蓄电池的寿命而言也是很大的威胁；二是机器人频繁的制动过程中，制动反馈的再生能量只能通过能耗电阻消耗掉，没有达到能源的再生利用，电阻发热消耗再生能量既浪费了能源又增加了整个机器人的热污染。

发明内容

为了解决现有移动式机器人电源的上述问题，本发明的目的是提供一种适用于长时间作业需求的移动式机器人电源，该电源具有容错供电功能与电能回馈功能。在移动式机器人的电源系统中使用新型的混合动力技术，即在蓄电池的基础上加入由超级电容器组成的储能单元，使机器人在运行的过程中充分利用其自身回馈的再生能量达到环保节能的目的。与原来同等容量的机器人电源系统相比，新型机器人电源系统的能源有效利用率得到大幅度提高，在相同工作条件下，工作时间延长，充电时间减少。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

本发明提供一种移动式机器人电源，它包括有：

启动供电单元，负责移动式机器人在启动时的能量消耗，完成整个启动过程。

作业供电单元，用来满足移动式机器人在作业时的能量消耗，满足移动式机器人作业需求。

能量回馈单元，利用超级电容器回收机器人制动过程中产生的动能，完成能源的再生利用。

容错控制单元，容错控制单元自动调配各单元，实现移动式机器人电源的容错供电功能。在整个电源系统中，各电源成分具有互补作用，如果某个储能单元出现故障，通过容错控制策略，机器人电源系统可自动隔离故障单元，保证了移动式机器人作业的连续性。

本发明的移动式机器人电源由超级电容器、镍氢电池和锂离子电池组成，超级电容器作为辅助能源(二次能源)，镍氢电池和锂离子电池作为主能源，其中，镍氢电池主要负责机器人的启动供电，锂离子电池主要负责机器人作业供电。机器人启动时，由超级电容器与镍氢电池共同供电，完成整个启动过程；在启动过程结束后，由锂离子电池供电满足机器人作业需求。