[发明专利]室内移动机器人非接触自主无线充电装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输、移动机器人技术领域，具体涉及一种室内移动机器人非接触自主无线充电装置及方法。

背景技术

随着传感器、智能控制以及能源等方面技术日新月异的发展，越来越多的服务机器人走向千家万户。同时，人们希望服务机器人能延长现场作业时间，实现长期自主工作，故而补充机器人动力能源成为一个亟待解决的问题。目前室内移动机器人都是使用可充电电池来给自身供电，但是一般只能维持几个小时，一旦电量耗尽，必须采用人工干预的方式来给机器人充电。如果采用人工充电，那么机器人就处于一种非自主的状态，这阻碍了机器人的智能化。如何让机器人在无人工干预环境下安全、可靠、快速、高效地实现自动充电是实现机器人智能化的一项关键技术。

现有的移动机器人自动充电技术大多是采用接触式充电方式，通常借助激光测距仪、视觉传感器或红外探测器与充电设备进行对接，但存在以下问题：首先，机器人从当前位置移动到充电座需要导航行为，受到定位误差的限制，导航精度较低。其次，机器人与充电座触点的对接需要较高的精确性，这增加了设计的复杂性和控制的难度，同时对接操作过程非常复杂，消耗时间较长。再者，由于结构设计等方面原因，机器人和充电座触点之间一旦连接便无法自动脱离，频繁对接也容易对系统的可靠性带来影响，比如多次插拔对接操作会引起机械磨损，导致接触松动，不能有效传输电能；如果连接部件出现污物，将会导致接触不良或者电连接失败；若在潮湿或存在导电介质的环境，也极容易引起电路短路。可见，要使机器人同时满足高导航精度，高速定位，高可靠性对接的充电要求是十分困难的。因此，急需要提出一种通过非接触方式就能够对移动机器人进行无线充电的方法。

根据能量传输原理，目前在国内外研究的非接触无线电能传输技术主要分为三类：基于感应耦合方式的近距离无线电能传输、基于磁耦合谐振方式的中等距离无线电能传输和基于微波方式的长距离无线电能传输。感应耦合是一种贴近型的无线电能传输方式，传输距离一般只有几十mm，且需要磁耦合装置原、副边之间精确对正，一旦机器人偏离固定充电区域，就无法实现高效感应充电。由于激光微波对传输介质里面的生物体会产生影响，对人体有一定危害，且近距离传输效率低，所以不适合室内家用服务机器人的电能传输。磁耦合谐振能量传输技术利用两个具有相同谐振频率的线圈，在相距一定的距离时，由于磁场耦合产生谐振，从而进行能量传递。一般来说，两个有一定距离的线圈相互之间是弱耦合，但若两者具有相同的谐振频率，则会产生电磁谐振，构成一个电磁谐振系统，如果某一端连接电源不断为该谐振系统提供能量，而另一方消耗能量，则实现了电能的传输，其传输功率可达到几百瓦以上至几千瓦。之所以称其为“磁耦合谐振”，是因为空间进行能量传递的媒介是交变磁场。该技术与感应耦合传输方式相比，其能量传输距离更远理论上可以达到几十厘米以上至几米，实际上该技术能量传输距离小于等于5cm与微波式能量传输相比，其传输效率更高，对生物的影响更小，而且不受环境中一般障碍物的影响。因此，如果要实现对移动机器人真正意义上的非接触无线充电，需要采用磁耦合谐振的能量传输方式，要实现自主性，机器人必须能在所处的环境中实现自主寻源，自动充电，才能执行连续任务实现真正的智能化。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有机器人无法进行智能无线充电的问题，本发明提供了一种室内移动机器人非接触自主无线充电装置及方法。

室内移动机器人非接触自主无线充电装置，它包括电能发射器、DSP主控单元和电能接收器；所述DSP主控单元和电能接收器固定在待充电的室内移动机器人上；

所述的电能接收器由电池管理系统、整流稳压电路和谐振接收电路组成，

所述的电能发射器由无线射频收发器、控制器、语音存储播放电路、音频功率放大电路、扬声装置、驱动电路、逆变电路、谐振发射电路和中继单元组成；

所述的语音存储播放电路、音频功率放大电路和扬声装置组成语音播放单元；

所述的无线射频收发器和控制器组成磁场谐振激发器；

所述的无线射频收发器的指令信号的输出端与控制器的指令信号的输入端连接，所述的控制器的控制信号输出端与语音存储播放电路的控制信号输入端连接，所述的语音存储播放电路的语音信号输出端与音频功率放大电路的语音信号输入端连接，所述的音频功率放大电路的信号输出端与扬声装置的信号输入端连接，