防辐射移动机器人非接触无线充电装置及充电方法与流程

本发明涉及无线电能传输、移动机器人技术领域，具体涉及一种防辐射移动机器人非接触无线充电装置及充电方法。

背景技术：

随着机器人产业持续升温，中国机器人市场需求不断扩大，安保服务机器人逐渐走进人们的视野中。安保服务机器人，可实现音视频对讲、室内无线导航、人机交互、人脸识别等各项功能。白天它可以是“客服人员”。夜间，可实现自主监控巡逻、异常声音报警、夜间值守等安保功能，秒变“安保人员”。安保服务机器人可广泛应用于银行、商业中心、政府、社区等场所。

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，接触电阻增大，电能传输效率低下，甚至可能过热发生危险；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，非接触无线充电是一种有效的充电方法。但是机器人无线充电方案中，电磁耦合无线充电是一种常用方法，发射线圈通常固定于地面，接收线圈安装在机器人底盘下方，相距约10cm～15cm，这样在电磁耦合充电过程中会有大量的漏磁产生，这样既产生了电磁污染有降低了充电效率，还有可能造成电磁干扰，甚至使附近工作的机器人无法正常工作；同时，耦合线圈的相对垂直距离和横向偏移都会直接影响充电的性能和效率。要想使机器人高效、安全、无电磁污染的非接触无线充电，以上问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出防辐射移动机器人非接触无线充电装置及充电方法，旨在解决现有机器人无线充电方案中存在的电磁污染问题及精准定位问题，以实现安全、高效充电。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案防辐射移动机器人非接触无线充电装置及充电方法，包括：机器人，电磁防护罩，电磁耦合充电单元，固定充电座，移动充电盘，定位槽，控制模块，导航模块，定位模块，充电模块。所述的电磁耦合充电单元由固定充电座和移动充电盘构成，移动充电盘在机器人的底部，移动充电盘外传是电磁防护罩，所述的导航模块设置于移动充电盘上，所述的定位模块也设置于移动充电盘上，控制模块分别与导航模块、定位模块无线信息联通，机器人需要充电时，控制模块发出充电指令，导航模块启动，机器人移动至固定充电座并归位于定位槽上，控制模块发出指令，定位模块启动，固定充电座与移动充电盘的原副线圈正对，移动充电盘的移动轮上缩，电磁防护罩下移，控制模块启动充电模块，机器人开始充电。

所述的电磁防护罩，其特征在于电磁防护罩是一个圆形的或方形的与移动充电盘外形一致的筒状物，设置于移动充电盘的底部，电磁防护罩可进行上下移动，机器人移动时，电磁防护罩缩回移动充电盘内，机器人充电时，电磁防护罩伸出移动充电盘并笼罩住固定充电座，屏蔽掉电磁耦合充电时辐射出去的电磁波。

所述的电磁防护罩，其特征在于电磁防护罩材质金属材质或塑料材质中的一种，选取塑料材质的电磁防护罩，电磁防护罩的内壁喷涂一层石墨烯防电磁涂料，或者选取掺杂石墨烯的防电磁塑料。

所述的电磁耦合充电单元，其特征在于电磁耦合充电单元由固定充电座及移动充电盘构成，固定充电座由充电基座、原边线圈、原边线圈聚磁铁芯和原边线圈控制电路构成，移动充电盘由副边线圈、副边线圈聚磁铁芯、充电控制电路及移动机座、移动轮构成；原边线圈缠绕在原边线圈聚磁铁芯上，并密封于固定充电基座内，原边线圈接线端子分别与原边线圈控制电路相连，固定充电基座的上表面设置定位槽，定位槽与移动机座上的移动轮一一对应；副边线圈缠绕在副边聚磁铁芯上，并密封于移动机座内，副边线圈接线端子与充电电路相连并构成移动充电盘，移动充电盘底部有移动轮，移动轮驱动机器人按照控制模块的指令定向移动。

所述的移动轮，其特征在于移动轮的轮轴固定在移动机座底部的横梁的支撑件上，支撑件有位移卡槽，横梁与位移电机和电磁屏蔽罩相连，控制模块发出指令驱动位移电机动作，位移电机动作调整横梁位置，从而调整移动轮的伸缩。

所述控制模块，其特征在于控制模块启动充电模式时，控制模块用于在充电模式的导航系统的导航模式下，控制所述机器人按照规划路径移动至所述固定充电座，启动定位模块，定位模块发出特征信号控制导航系统切换进入精确定位模式；在导航系统的精确定位模式下，控制调整所述机器人的前进方向，直至所述机器人的移动轮进入固定充电基座的定位槽，定位模块发出原副线圈精准正对信号，并把该信号反馈至控制模块，控制模块驱动位移电机动作，移动轮横梁上行，移动轮收缩，电磁屏蔽罩下行，屏蔽罩伸出，原副线圈正对竖直靠近，电磁屏蔽罩完全罩住固定充电基座，达到预定位置后，定位模块定位结束，控制模块启动充电模块，机器人进入充电模式，原副线圈以电磁耦合形式向机器人蓄电池充电；充电结束时，充电模块向控制模块发出信息，控制模块驱动位移电机动作，移动轮和电磁屏蔽罩复位，机器人进入工作模式。

此外，为实现上述目的，本发明提供防辐射移动机器人非接触无线充电装置的充电方法，所述方法包括步骤：

s1：在充电模式下，控制模块启动导航系统在导航模式下运行，控制机器人按照规划路径移动至固定充电基座；

s2：定位模块启动，定位模块发出激光检测信息，并扫描固定充电基座上的定位槽图案信息，若检测到定位槽的特征图样则生成特征信号，并反馈至控制模块,控制模块根据获取的特征信号控制导航系统切换进入精确定位模式；

s3：在导航系统的精确定位模式下，控制调整所述机器人的前进方向，直至所述机器人的移动轮完全进入定位槽，精导致航结束，并把该信息反馈至控制模块；

进一步的在步骤下，如果机器人的移动轮没有进入定位槽，控制模块将执行s2步骤，直至进入精确定位模式，移动轮完全进入定位槽为止；

s4：定位模块进入精确定位模式，控制模块控制定位模块进入原副线圈正对阶段，控制模块驱动位移电机，位移电机动作，移动轮回缩，原副线圈正对，副边线圈进入预定位置，定位结束；

s5：电磁辐射屏蔽模式，原副线圈正对后，驱动模块驱动位移电机，位移电机动作，电磁屏蔽罩下移，电磁屏蔽罩进入预定位置；

s6：充电模式，副边线圈和电磁屏蔽罩均进入预定位置后，控制模块进入充电模式，控制模块发出指令，控制充电模块向机器人蓄电池进行充电；

s7：充电结束，工作模式，充电模块检测电池的充电电压，充电电压达到预定的充满状态时，充电模块向控制模块反馈充电结束信息，控制模块发出停止充电指令，同时驱动位移电机，移动轮和电磁屏蔽罩复位，充电结束，机器人进入工作模式。

本发明有益效果

1、采用非接触无线充电，使电能传输脱离传统的导线传输模式，充电更加方便快捷，不收环境湿度影响，更加安全可靠；

2、采用防电磁屏蔽技术，使传统的电磁耦合技术出现电磁污染得到有效控制，实现无线充电更健康，充电环境无电磁干扰，充电过程更可靠；

本发明实施例提供的机器人无线充电的防电磁及定位装置及方法，整体装置的结构简单、成本低，可与机器人无线充电系统融为一体，定位精准、屏蔽高效，适于推广和应用。

附图说明

图1为本发明防辐射移动机器人非接触无线充电装置的充电方法结构示意图；

图2为本发明实防辐射移动机器人非接触无线充电装置的移动充电盘结构示意图；

图3为本发明防辐射移动机器人非接触无线充电装置原边线圈固定充电基座结构示意图；

图4为本发明防辐射移动机器人非接触无线充电装置的充电方法流程图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了更好理解本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现在将参考附图描述实现本发明各个实施例的。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。

参照图1、图2、图3及图4对本发明作进一步说明，防辐射移动机器人非接触无线充电装置及充电方法，包括：机器人1，电磁防护罩2，电磁耦合充电单元3，固定充电座31，移动充电盘32，定位槽311，控制模块，导航模块，定位模块，充电模块。所述的电磁耦合充电单元3由固定充电座31和移动充电盘32构成，移动充电盘32在机器人1的底部，移动充电盘32外传是电磁防护罩2，所述的导航模块设置于移动充电盘32上，所述的定位模块也设置于移动充电盘32上，控制模块分别与导航模块、定位模块无线信息联通，机器人1需要充电时，控制模块发出充电指令，导航模块启动，机器人1移动至固定充电座31并归位于定位槽311上，控制模块发出指令，定位模块启动，固定充电座31与移动充电盘32的原副线圈正对，移动充电盘32的移动轮321上缩，电磁防护罩2下移，控制模块启动充电模块，机器人1开始充电。

所述的电磁防护罩，其特征在于电磁防护罩2是一个圆形的或方形的与移动充电盘32外形一致的筒状物，设置于移动充电盘32的底部，电磁防护罩2可进行上下移动，机器人1移动时，电磁防护罩2缩回移动充电盘32内，机器人1充电时，电磁防护罩2伸出移动充电盘32并笼罩住固定充电座31，屏蔽掉电磁耦合充电时辐射出去的电磁波。

所述的电磁防护罩，其特征在于电磁防护罩2材质金属材质或塑料材质中的一种，选取塑料材质的电磁防护罩2，电磁防护罩2的内壁喷涂一层石墨烯防电磁涂料，或者选取掺杂石墨烯的防电磁塑料。

所述的电磁耦合充电单元，其特征在于电磁耦合充电单元3由固定充电座31及移动充电盘32构成，固定充电座31由充电基座314、原边线圈312、原边线圈聚磁铁芯313和原边线圈控制电路构成，移动充电盘32由副边线圈323、副边线圈聚磁铁芯324、充电控制电路及移动机座328、移动轮321构成；原边线圈323缠绕在原边线圈聚磁铁芯324上，并密封于固定充电基座322内，原边线圈312接线端子分别与原边线圈控制电路相连，固定充电基座的上表面设置定位槽311，定位槽311与移动机座328上的移动轮321一一对应；副边线圈323缠绕在副边聚磁铁芯324上，并密封于移动机座内，副边线圈323接线端子与充电电路相连并构成移动充电盘32，移动充电盘32底部有移动轮321，移动轮321驱动机器人1按照控制模块的指令定向移动。

所述的移动轮，其特征在于移动轮321的轮轴固定在移动机座底部的横梁325的支撑件327上，支撑件327有位移卡槽，横梁325与位移电机326和电磁屏蔽罩2相连，控制模块发出指令驱动位移电机动作，位移电机326动作调整横梁325位置，从而调整移动轮321的伸缩。

所述控制模块，其特征在于控制模块启动充电模式时，控制模块用于在充电模式的导航系统的导航模式下，控制所述机器人1按照规划路径移动至所述固定充电座31，启动定位模块，定位模块发出特征信号控制导航系统切换进入精确定位模式；在导航系统的精确定位模式下，控制调整所述机器人1的前进方向，直至所述机器人1的移动轮321进入固定充电基座31的定位槽311，定位模块发出原副线圈精准正对信号，并把该信号反馈至控制模块，控制模块驱动位移电机326动作，移动轮横梁325上行，移动轮321收缩，电磁屏蔽罩2下行，屏蔽罩伸出，原副线圈正对竖直靠近，电磁屏蔽罩2完全罩住固定充电基座31，达到预定位置后，定位模块定位结束，控制模块启动充电模块，机器人进入充电模式，原副线圈以电磁耦合形式向机器人1蓄电池充电；充电结束时，充电模块向控制模块发出信息，控制模块驱动位移电机动作，移动轮321和电磁屏蔽罩2复位，机器人进入工作模式。

此外，为实现上述目的，本发明提供防辐射移动机器人非接触无线充电装置的充电方法，所述方法包括步骤：

s1：在充电模式下，控制模块启动导航系统在导航模式下运行，控制机器1人按照规划路径移动至固定充电基座31；

s2：定位模块启动，定位模块发出激光检测信息，并扫描固定充电基座31上的定位槽311图案信息，若检测到定位槽311的特征图样则生成特征信号，并反馈至控制模块,控制模块根据获取的特征信号控制导航系统切换进入精确定位模式；

s3：在导航系统的精确定位模式下，控制调整所述机器人1的前进方向，直至所述机器人1的移动轮321完全进入定位槽311，精导致航结束，并把该信息反馈至控制模块；

进一步的在步骤下，如果机器人1的移动轮没有进入定位槽311，控制模块将执行s2步骤，直至进入精确定位模式，移动轮完全进入定位槽为止；

s4：定位模块进入精确定位模式，控制模块控制定位模块进入原副线圈正对阶段，控制模块驱动位移电机，位移电机326动作，移动轮321回缩，原副线圈正对，副边线圈进入预定位置，定位结束；

s5：电磁辐射屏蔽模式，原副线圈正对后，驱动模块驱动位移电机，位移电机动作，电磁屏蔽罩2下移，电磁屏蔽罩2进入预定位置；

s6：充电模式，副边线圈323和电磁屏蔽罩2均进入预定位置后，控制模块进入充电模式，控制模块发出指令，控制充电模块向机器人蓄电池进行充电；

s7：充电结束，工作模式，充电模块检测电池的充电电压，充电电压达到预定的充满状态时，充电模块向控制模块反馈充电结束信息，控制模块发出停止充电指令，同时驱动位移电机，移动轮321和电磁屏蔽罩2复位，充电结束，机器人进入工作模式。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。