可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统的制作方法

专利名称:可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统的制作方法
【专利摘要】可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统属于无线电能传输技术及自动导引技术领域，尤其涉及一种可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统。本实用新型提供一种运行安全、工作效率高、控制方便的可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统。本实用新型包括地面发射端和自动导引车，其结构要点地面发射端包括主控制系统、无线充电网络、行控制器、列控制器、高频交流母线、高频逆变器和变压整流模块；所述无线充电网络包括n行k列的线圈阵列单元组成，线圈阵列单元包括配有补偿电容的多匝励磁线圈和RFID射频识别模块；多匝励磁线圈的一端通过所在行的行控制器与高频交流母线L端相连。
【专利说明】
可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统
技术领域
[0001]本实用新型属于无线电能传输技术及自动导引技术领域，尤其涉及一种可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统。【背景技术】
[0002]随着自动化技术、物联网技术的发展，自动导引车在无人物流仓库，自动化工厂等智能化空间中得到了广泛的应用。现有自动引导车充电方式多采用自动定点机械连接有接触充电，此种充电方式存在以下问题。
[0003](1)由于自动引导车工作任务较为繁重，此种充电方式中断其工作的连续性，降低了其工作效率。
[0004](2)自动导引车耗电量较大，需要大容量电池，且电池寿命有限，成本较高，增大了自动导引车的体积和重量，给使用者造成不便。
[0005](3)此种机械连接有触点充电方式插拔不慎易产生故障电弧，易引起设备故障，严重时将引起火灾。
[0006](4)由于自动引导车充电时处于自动无人充电状态，插头上由于长期工作积累灰尘，污垢等，如此充电会导致充电时压片与插头接触不良，其表面接触电阻增大，使插头与压片严重发热，易引起设备故障。
[0007]自动导引车的导引方式分为电磁导引、激光导引和视觉导引等形式，其中电磁导引具有高性价比、地面平整等优点。但路径难以更改，轨道布设繁重成为制约其普及的因素。
【发明内容】

[0008]本实用新型就是针对上述问题，提供一种运行安全、工作效率高、控制方便的可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统。
[0009]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括地面发射端和自动导引车，其结构要点地面发射端包括主控制系统、无线充电网络、行控制器、列控制器、 高频交流母线、高频逆变器和变压整流模块;所述无线充电网络包括n行k列的线圈阵列单元组成，线圈阵列单元包括配有补偿电容的多匝励磁线圈和RFID射频识别模块；多匝励磁线圈的一端通过所在行的行控制器与高频交流母线L端相连，多匝励磁线圈的另一端通过所在列的列控制器与高频交流母线N端相连;高频交流母线与高频逆变器的输出端相连，高频逆变器的输入端与变压整流模块的输出端相连，变压整流模块的输入端与市电电网相连;所述主控制系统的控制信号传输端口分别与行控制器的控制信号传输端口、列控制器的控制信号传输端口、高频逆变器的控制信号输入端口相连;所述RFID射频识别模块的信号输出端口分别与所在行的行控制器的信号输入端口、所在列的列控制器的信号输入端口相连。
[0010]所述自动导引车上设置有电能接收器、蓄电池、车轮控制模块和RFID标签，电能接收器包括高频整流电路、降压斩波电路和接收线圈，接收线圈、高频整流电路、降压斩波电路、蓄电池依次相连。
[0011]作为另一种优选方案，本实用新型所述行控制器包括行选继电器、行单片机、行总线收发模块，行单片机分别与行选继电器、行总线收发模块相连;所述列控制器包括列选继电器、列单片机、列总线收发模块，列单片机分别与列选继电器、列总线收发模块。
[0012]作为另一种优选方案，本实用新型所述RFID射频识别模块包括RFID射频识别器和高频整流滤波稳压电路，高频整流滤波稳压电路的输入端口与多匝励磁线圈两端相连，高频整流滤波稳压电路的输出端口与RFID射频识别器的电源输入端口相连。
[0013]作为另一种优选方案，本实用新型所述行控制器通过行控制总线与主控制系统进行双向数据传输;所述列控制器通过列控制总线与主控制系统进行双向数据传输。
[0014]作为另一种优选方案，本实用新型所述的主控制系统包括开关电源模块、ARM最小系统板、总线收发模块A、总线收发模块B、四路光耦隔离模块，ARM最小系统板分别与开关电源模块、总线收发模块A、总线收发模块B、四路光耦隔离模块、上位机相连，开关电源模块的输入端口与所述变压整流模块的输出端口相连，四路光耦隔离模块的输出端口与高频逆变器的驱动电路控制端口相连，总线收发模块A与行控制总线相连，总线收发模块B与列控制总线相连。[〇〇15]作为另一种优选方案，本实用新型所述RFID标签和接收线圈设置在自动导引车的底盘处。
[0016]其次，本实用新型所述车轮控制模块包括六个磁场传感器，单片机最小系统板、四路电机驱动模块，六个磁场传感器分别连接单片机最小系统板的六个引脚；四路电机驱动模块输入端与所述的单片机最小系统板相连，输出端与四路车轮电机相连。
[0017]另外，本实用新型所述六个磁场传感器分为两组，每组三个，一组设置在自动导引车前端，另一组设置在自动导引车后端，磁场传感器与地面的距离为5cm。
[0018]本实用新型有益效果。
[0019]本实用新型利用“积木”的形式拼凑各线圈单元而成，路径更改方便，实时性高，机动性强。
[0020]本实用新型无线充电网络可使自动导引车动态充电，解决电池续航问题，提高自动导引车充电安全性，从根本上降低自动导引车对大容量储能电池的依赖，使对于自动导引车的体积、外形设计更为灵活，满足多种适用场合。
[0021]本实用新型利用无线充电网络可进行磁引导航，将充电与导引有机结合，不仅节约空间、节约经济成本，而且融合后的控制系统具有稳定性强，鲁棒性好，准确性高等特点。 [〇〇22]本实用新型线圈单元内均设有RFID射频识别模块，可识别车上的标记，判断下车是否经过本工作线圈，并反馈给主控制系统，进行下一步线圈通断选择。
[0023]本实用新型接收线圈通过磁耦合从无线充电线圈阵列单元内获取磁场能量，并转化成交流电流，经高频整流电路及降压斩波电路对蓄电池进行充电。
[0024]本实用新型地面发射端与自动导引车接收端之间只有磁耦合，没有点联系，避免了自动导引车在插拔式充电过程中产生的电弧。
[0025]本实用新型无线充电网络可使自动导引车行进中充电，减少电池容量的制约，降低电池采购成本。
[0026]本实用新型无线充电网络可使自动导引车行进中充电，不必定点充电，降低时间成本，提高自动导引车工作效率。
【附图说明】

[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。
[0028]图1是本实用新型地面发射端结构示意图。
[0029]图2是本实用新型自动导引车结构示意图。
[0030]图3是本实用新型主控制系统电路原理框图。
[0031 ]图中，1-10为主控制系统、1-11为变压整流模块、1-12为高频逆变器、1-0为无线充电网络、1-011?1-0NK为线圈阵列单元、1-21?1-2N为行控制器、1-31?1-3K为列控制器、1-41为高频交流母线L端，1-42为高频交流母线N端、1-51为行控制总线、1-52为列控制总线、2-11?2-13为自动导引车车头方向三个磁场传感器、2-14?2-16为车尾方向三个磁场传感器、2-2为自动导引车底板、2-3为RFID标签。
【具体实施方式】
[0032]如图所示，本实用新型包括地面发射端和自动导引车，地面发射端包括主控制系统、无线充电网络、行控制器、列控制器、高频交流母线、高频逆变器和变压整流模块;所述无线充电网络包括η行k列的线圈阵列单元组成，线圈阵列单元包括配有补偿电容的多匝励磁线圈和RFID射频识别模块;多匝励磁线圈的一端通过所在行的行控制器与高频交流母线L端相连，多匝励磁线圈的另一端通过所在列的列控制器与高频交流母线N端相连;高频交流母线与高频逆变器的输出端相连，高频逆变器的输入端与变压整流模块的输出端相连，变压整流模块的输入端与市电电网相连;所述主控制系统的控制信号传输端口分别与行控制器的控制信号传输端口、列控制器的控制信号传输端口、高频逆变器的控制信号输入端口相连;所述RFID射频识别模块的信号输出端口分别与所在行的行控制器的信号输入端口、所在列的列控制器的信号输入端口相连。
[0033]所述自动导引车上设置有电能接收器、蓄电池、车轮控制模块和RFID标签，电能接收器包括高频整流电路、降压斩波电路和接收线圈，接收线圈、高频整流电路、降压斩波电路、蓄电池依次相连。
[0034]所述行控制器包括行选继电器、行单片机、行总线收发模块，行单片机分别与行选继电器、行总线收发模块相连;所述列控制器包括列选继电器、列单片机、列总线收发模块，列单片机分别与列选继电器、列总线收发模块。
[0035]所述RFID射频识别模块包括RFID射频识别器和高频整流滤波稳压电路，高频整流滤波稳压电路的输入端口与多匝励磁线圈两端相连，高频整流滤波稳压电路的输出端口与RFID射频识别器的电源输入端口相连。
[0036]所述行控制器通过行控制总线与主控制系统进行双向数据传输;所述列控制器通过列控制总线与主控制系统进行双向数据传输。
[0037]所述的主控制系统包括开关电源模块、ARM最小系统板、总线收发模块A、总线收发模块B、四路光耦隔离模块，ARM最小系统板分别与开关电源模块、总线收发模块A、总线收发模块B、四路光耦隔离模块、上位机相连，开关电源模块的输入端口与所述变压整流模块的输出端口相连，四路光耦隔离模块的输出端口与高频逆变器的驱动电路控制端口相连，总线收发模块A与行控制总线相连，总线收发模块B与列控制总线相连。ARM最小系统板发出四路PffM信号，经光耦隔离模块进行隔离后，传输至逆变器驱动电路，对逆变器驱动电路进行控制。上位机可实时对主控制系统进行任务编排，并实时查看无线充电网络及其配套磁引导航系统运行状况。
[0038]所述RFID标签和接收线圈设置在自动导引车的底盘处。
[0039]所述车轮控制模块包括六个磁场传感器，单片机最小系统板、四路电机驱动模块，六个磁场传感器分别连接单片机最小系统板的六个引脚；四路电机驱动模块输入端与所述的单片机最小系统板相连，输出端与四路车轮电机相连。通过磁场传感器检测磁场值，控制导引车的运动。
[0040]所述六个磁场传感器分为两组，每组三个，一组设置在自动导引车前端，另一组设置在自动导引车后端，磁场传感器与地面的距离为5cm。磁场传感器距离地面5cm，便于检测工作磁场并削弱非工作磁场影响。
[0041]下面结合【附图说明】本实用新型的工作过程。
[0042]初始条件下，无线充电网络的所有线圈阵列单元的行选继电器和列选继电器均闭合导通，为线圈提供高频交变电流，并保证各线圈阵列单元内的RFID射频识别模块均处于工作状态，各RFID射频识别器通过检测周围是否有RFID标签来判断自动导引车中心是否在该RFID射频识别器所在的线圈阵列单元内，并将信息发送给所在的行控制器及列控制器，由行控制器及列控制器反馈给主控制系统。主控制系统通过反馈值解码确定各自动导引车的初始位置，并将上方无车的线圈阵列单元关闭。
[0043]自动引导车静止于初始位置时，其下方对应的线圈阵列单元通以高频交变电流，产生高频交变磁场，自动引导车接收端通过磁场耦合获得能量，并将其转化为电能，经高频整流电路及降压斩波电路为电池充电。
[0044]当需要自动导引车直行时，可控制自动导引车行进方向前方的2个线圈阵列单元产生高频交变磁场，通过自动引导车的磁场传感器检测磁场变化控制前行或后行。
[0045]当需要自动导引车转弯时，可控制自动导引车行进方向即将进入工作的2个线圈阵列单元产生高频交变磁场，通过自动引导车的磁场传感器检测磁场变化控制转弯。
[0046]可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.可用于自动导引车的无线充电网络及配套磁引导航系统，包括地面发射端和自动导引车，其特征在于地面发射端包括主控制系统、无线充电网络、行控制器、列控制器、高频交流母线、高频逆变器和变压整流模块;所述无线充电网络包括η行k列的线圈阵列单元组成，线圈阵列单元包括配有补偿电容的多匝励磁线圈和RFID射频识别模块;多匝励磁线圈的一端通过所在行的行控制器与高频交流母线L端相连，多匝励磁线圈的另一端通过所在列的列控制器与高频交流母线N端相连;高频交流母线与高频逆变器的输出端相连，高频逆变器的输入端与变压整流模块的输出端相连，变压整流模块的输入端与市电电网相连;所述主控制系统的控制信号传输端口分别与行控制器的控制信号传输端口、列控制器的控制信号传输端口、高频逆变器的控制信号输入端口相连;所述RFID射频识别模块的信号输出端口分别与所在行的行控制器的信号输入端口、所在列的列控制器的信号输入端口相连； 所述自动导引车上设置有电能接收器、蓄电池、车轮控制模块和RFID标签，电能接收器包括高频整流电路、降压斩波电路和接收线圈，接收线圈、高频整流电路、降压斩波电路、蓄电池依次相连； 所述行控制器包括行选继电器、行单片机、行总线收发模块，行单片机分别与行选继电器、行总线收发模块相连;所述列控制器包括列选继电器、列单片机、列总线收发模块，列单片机分别与列选继电器、列总线收发模块； 所述RFID射频识别模块包括RFID射频识别器和高频整流滤波稳压电路，高频整流滤波稳压电路的输入端口与多匝励磁线圈两端相连，高频整流滤波稳压电路的输出端口与RFID射频识别器的电源输入端口相连； 所述行控制器通过行控制总线与主控制系统进行双向数据传输;所述列控制器通过列控制总线与主控制系统进行双向数据传输； 所述的主控制系统包括开关电源模块、ARM最小系统板、总线收发模块A、总线收发模块B、四路光耦隔离模块，ARM最小系统板分别与开关电源模块、总线收发模块A、总线收发模块B、四路光耦隔离模块、上位机相连，开关电源模块的输入端口与所述变压整流模块的输出端口相连，四路光耦隔离模块的输出端口与高频逆变器的驱动电路控制端口相连，总线收发模块A与行控制总线相连，总线收发模块B与列控制总线相连； 所述RFID标签和接收线圈设置在自动导引车的底盘处； 所述车轮控制模块包括六个磁场传感器，单片机最小系统板、四路电机驱动模块，六个磁场传感器分别连接单片机最小系统板的六个引脚；四路电机驱动模块输入端与所述的单片机最小系统板相连，输出端与四路车轮电机相连； 所述六个磁场传感器分为两组，每组三个，一组设置在自动导引车前端，另一组设置在自动导引车后端，磁场传感器与地面的距离为5cm; ARM最小系统板发出四路P丽信号，经光耦隔离模块进行隔离后，传输至逆变器驱动电路，对逆变器驱动电路进行控制;上位机实时对主控制系统进行任务编排，并实时查看无线充电网络及其配套磁引导航系统运行状况； 通过磁场传感器检测磁场值，控制导引车的运动。
【文档编号】G05D1/02GK205692039SQ201620056397
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年1月21日 公开号201620056397.0, CN 201620056397, CN 205692039 U, CN 205692039U, CN-U-205692039, CN201620056397, CN201620056397.0, CN205692039 U, CN205692039U
【发明人】彭博, 余维田, 李鑫, 汤洁, 杨文婷, 王璐
【申请人】沈阳工业大学