一种无线能量传输的线圈对位方法、装置及移动机器人与流程

本发明涉及无线供电技术领域，特别是涉及一种无线能量传输的线圈对位方法、装置及移动机器人。

背景技术：

随着移动机器人技术的发展，移动机器人不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测等领域也得到很好的应用。移动机器人一般是使用高质量的机载可充电蓄电池组来给自身供电，但是只能维持几个小时，在移动机器人工作量很大时，电能的消耗就会很大，当电能耗尽时，移动机器人就会停止工作，需要采用人工干预方式给其充电，从而不能保证移动机器人连续工作。无线供电技术较好的解决了这个问题，在接收线圈和发射线圈对位后利用无线供电技术可以实现移动机器人的无线自动充电，使得移动机器人能够大幅度提高有效工作时间，进行连续工作。

在现有技术中，主要是利用视觉传感器、红外传感器等外部传感设备，通过获取发射线圈与接收线圈的距离信息，驱动移动机器人运动实现线圈对位，但是运用这些方法实现线圈间的对位，系统构造复杂、成本高，且因为红外传感器易受光照、烟雾等环境因素的影响，使得这种方法对应用环境要求较高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种无线能量传输的线圈对位方法，应用于主控制器，所述主控制器与内置于移动机器人中的传感器通信连接，所述传感器并联在内置于所述移动机器人中的接收线圈两端，所述方法包括：

通过所述传感器获得所述移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时所述接收线圈的电压幅值变化信息；

根据所述电压幅值变化信息，确定所述接收线圈在所述交变电磁场中电压幅值的递增方向；

控制所述移动机器人沿着所述递增方向移动，直至所述接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。

在本发明的一种具体实施方式中，所述通过所述传感器获得所述移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时所述接收线圈的电压幅值变化信息，包括：

控制所述移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中以设定原点为中心的圆周上运动；

在所述移动机器人在所述圆周上运动过程中，通过所述传感器获得所述接收线圈的电压幅值变化信息。

在本发明的一种具体实施方式中，所述根据所述电压幅值变化信息，确定所述接收线圈在所述交变电磁场中电压幅值的递增方向，包括：

确定在所述圆周上所述接收线圈的电压幅值最大时所述移动机器人的第一位置点，和在所述圆周上所述接收线圈的电压幅值最小时所述移动机器人的第二位置点；

将所述第二位置点到所述第一位置点的方向确定为所述接收线圈在所述交变电磁场中电压幅值的递增方向。

在本发明的一种具体实施方式中，所述控制所述移动机器人沿着所述递增方向移动，包括：

控制所述移动机器人到达所述第二位置点或所述第一位置点后，沿着所述递增方向移动。

在本发明的一种具体实施方式中，所述预设值为所述接收线圈与所述发射线圈完全重合时所述接收线圈的电压幅值。

一种无线能量传输的线圈对位装置，应用于主控制器，所述主控制器与内置于移动机器人中的传感器通信连接，所述传感器并联在内置于所述移动机器人中的接收线圈两端，所述装置包括：

信息获得模块，用于通过所述传感器获得所述移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时所述接收线圈的电压幅值变化信息；

方向确定模块，用于根据所述电压幅值变化信息，确定所述接收线圈在所述交变电磁场中电压幅值的递增方向；

运动控制模块，用于控制所述移动机器人沿着所述递增方向移动，直至所述接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。

在本发明的一种具体实施方式中，所述信息获得模块，具体用于：

控制所述移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中以设定原点为中心的圆周上运动；

在所述移动机器人在所述圆周上运动过程中，通过所述传感器获得所述接收线圈的电压幅值变化信息。

在本发明的一种具体实施方式中，所述方向确定模块，包括：

位置点确定子模块，用于确定在所述圆周上所述接收线圈的电压幅值最大时所述移动机器人的第一位置点，和在所述圆周上所述接收线圈的电压幅值最小时所述移动机器人的第二位置点；

方向确定子模块，用于将所述第二位置点到所述第一位置点的方向确定为所述接收线圈在所述交变电磁场中电压幅值的递增方向。

一种移动机器人，包括机器人本体和内置于所述机器人本体中的主控制器、传感器和接收线圈，所述主控制器与所述传感器通信连接，所述传感器并联在所述接收线圈两端，其中，

所述主控制器，用于通过所述传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时所述接收线圈的电压幅值变化信息；根据所述电压幅值变化信息，确定所述接收线圈在所述交变电磁场中电压幅值的递增方向；控制所述移动机器人沿着所述递增方向移动，直至所述接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。

在本发明的一种具体实施方式中，所述传感器包括：桥式整流电路、分压电路、ad转换单元、微控制单元和通信单元；

所述桥式整流电路，用于将所述接收线圈产生的交流电压输出为直流电压；

所述分压电路，用于对所述直流电压进行分压操作；

所述ad转换单元，用于将分压后的所述直流电压的模拟电压信号变换为数字电压信号，并将所述数字电压信号发送给所述微控制单元；

所述微控制单元，用于对所述数字电压信号进行信息采集，并将采集的电压幅值信息通过所述通信单元发送给所述主控制器。

应用本发明实施例所提供的技术方案，主控制器通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息，根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。主控制器通过内置于移动机器人中的传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，最终完成线圈对位操作，无需借助外部的传感设备，系统构造简单，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种无线能量传输的线圈对位系统的结构框图；

图2为本发明实施例中一种无线能量传输的线圈对位方法的实施流程图；

图3为本发明实施例中一种接收线圈电压幅值与接收线圈和发射线圈距离关系示意图；

图4为本发明实施例中一种无线能量传输的线圈对位方法的运动示意图；

图5为本发明的实施例中一种无线能量传输的线圈对位装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种无线能量传输的线圈对位方法，该方法可以应用于主控制器，主控制器可以是内置于移动机器人中的部件，如图1所示，还可以为独立于移动机器人的上位机。主控制器与内置于移动机器人中的传感器通信连接，传感器并联在内置于移动机器人中的接收线圈两端，如图1所示。主控制器通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息，根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。主控制器通过内置于移动机器人中的传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，最终完成线圈对位操作，无需借助外部的传感设备，系统构造简单，成本较低。

参见图2，为本发明实施例中一种无线能量传输的线圈对位方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

s201：通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息。

如图1所示，充电器可以包括直流电源、逆变电路、保护电路和发射线圈。直流电源给发射线圈供电，经过逆变电路产生高频交流电，发射线圈在高频交流电的作用下产生均匀变化的磁场，即交变电磁场。

主控制器可以控制内置有接收线圈的移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中做圆周或者近似圆周等运动，在运动过程中移动机器人在交变电磁场中的不同位置点时，接收线圈中心与发射线圈中心的距离就可能不同。随着接收线圈中心与发射线圈中心距离的变化，接收线圈感应到的电压幅值也会随着变化，主控制器可以通过并联在移动机器人中内置的接收线圈两端的传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息。

在本发明的一种具体实施方式中，步骤s201可以包括以下步骤：

步骤一：控制移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中以设定原点为中心的圆周上运动；

步骤二：在移动机器人在圆周上运动过程中，通过传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息。

主控制器可以控制内置有接收线圈的移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中以预先设定的原点为中心做圆周运动。

原点与圆周的半径大小可以根据实际情况进行设定和调整，本发明实施例对此不做限制。比如，可以将移动机器人当前所在的位置点设定为原点。为使移动机器人移动比较少的距离，可以而将圆周的半径设定的稍微小一些。

在移动机器人在圆周上运动过程中，当移动机器人运动到圆周上的不同位置点时，接收线圈中心与发射线圈中心的距离是不同的，随着接收线圈中心与发射线圈中心距离的变化，接收线圈感应到的电压幅值也会随着变化，可以通过内置于移动机器人中的传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息。

s202：根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向。

主控制器通过内置于移动机器人中的传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息后，可以根据获得的电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向。

在本发明的一种具体实施方式中，步骤s202可以包括以下步骤：

步骤一：确定在圆周上接收线圈的电压幅值最大时移动机器人的第一位置点，和在圆周上接收线圈的电压幅值最小时移动机器人的第二位置点；

步骤二：将第二位置点到第一位置点的方向确定为接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向。

主控制器可以根据获得的电压幅值变化信息，确定移动机器人在圆周上运动过程中，在圆周上接收线圈的电压幅值最大时移动机器人的第一位置点，和在圆周上接收线圈的电压幅值最小时移动机器人的第二位置点。可以将第二位置点与第一位置点相连，将第二位置点到第一位置点的方向确定为接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向。

s203：控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。

在本发明实施例中，可以针对接收线圈的电压幅值预先设定一个值。在确定出接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向后，主控制器可以控制移动机器人沿着递增方向移动。具体的，可以先控制移动机器人移动到第二位置点与第一位置点构成的直线上的第三位置点处，然后在该第三位置点处沿着递增方向移动。在移动机器人移动过程中，接收线圈的电压幅值将会不断变大，当接收线圈的电压幅值达到预设值时，控制移动机器人停止移动，从而完成接收线圈和发射线圈的对位操作。

该预设值可以根据实际情况进行设定和调整，如设定为接收线圈可感应到的最大电压幅值的80％，本发明实施例对此不做限制。

在本发明的一种具体实施方式中，预设值可以为接收线圈与发射线圈完全重合时接收线圈的电压幅值。

在内置有接收线圈的移动机器人在交变电磁场中移动的过程中，接收线圈与发射线圈间的重合程度是变化的，重合程度越高，接收线圈感应到的电压幅值越大，如图3所示，当接收线圈中心与发射线圈中心距离越近时，接收线圈感应到的电压幅值越大，相反，当接收线圈中心与发射线圈中心距离越远时，接收线圈感应到的电压幅值就越小。当接收线圈与发射线圈完全重合时，接收线圈感应到的电压幅值最大。可以将接收线圈与发射线圈完全重合时接收线圈的电压幅值设定为预设值。即在移动机器人沿着递增方向移动过程中，接收线圈的电压幅值达到可感应到的最大的电压幅值时，停止移动，完成线圈对位操作，以提高移动机器人充电效率。

应用本发明实施例所提供的方法，主控制器通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息，根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。通过根据获得的接收线圈的电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，最终完成线圈对位操作，无需借助外部的传感设备，系统构造简单，成本较低。

在本发明的一种具体实施方式中，控制移动机器人沿着递增方向移动可以包括以下步骤：

控制移动机器人到达第二位置点或第一位置点后，沿着递增方向移动。

当确定出在圆周上接收线圈的电压幅值最大时移动机器人的第一位置点，和在圆周上接收线圈的电压幅值最小时移动机器人的第二位置点，并确定出接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向时，主控制器可以根据移动机器人当前在圆周上的位置点分别与第一位置点和第二位置点之间的距离大小，控制移动机器人到达第二位置点或第一位置点，再沿着确定出的递增方向移动。

为便于理解，以图4为例，对本发明实施例进行说明。

主控制器控制内置有接收线圈的移动机器人在发射线圈辐射的交变电磁场中以设定原点o为中心做圆周运动，在移动机器人在圆周上运动的过程中，可以通过内置于移动机器人中的传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息，确定在圆周上接收线圈的电压幅值最大时移动机器人的第一位置点，即a点，和在圆周上接收线圈的电压幅值最小时移动机器人的第二位置点，即b点，可以将b点到a点的方向确定为接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，主控制器控制移动机器人到达b点或a点，沿着递增方向移动，实现线圈间的对位。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种无线能量传输的线圈对位装置，应用于主控制器，主控制器与内置于移动机器人中的传感器通信连接，传感器并联在内置于移动机器人中的接收线圈两端，下文描述的一种无线能量传输的线圈对位装置与上文描述的一种无线能量传输的线圈对位方法可相互对应参照。

参见图5所示，该装置可以包括以下模块：

信息获得模块501，用于通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息；

方向确定模块502，用于根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向；

运动控制模块503，用于控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。

应用本发明实施例所提供的装置，主控制器通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息，根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。通过根据获得的接收线圈的电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，最终完成线圈对位操作，无需借助外部的传感设备，系统构造简单，成本较低。

在本发明的一种具体实施方式中，信息获得模块501，具体用于：

控制移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中以设定原点为中心的圆周上运动；

在移动机器人在圆周上运动过程中，通过传感器获得接收线圈的电压幅值变化信息。

在本发明的一种具体实施方式中，方向确定模块502，包括：

位置点确定子模块，用于确定在圆周上接收线圈的电压幅值最大时移动机器人的第一位置点，和在圆周上接收线圈的电压幅值最小时移动机器人的第二位置点；

方向确定子模块，用于将第二位置点到第一位置点的方向确定为接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向。

在本发明的一种具体实施方式中，运动控制模块503，具体用于：

控制移动机器人到达第二位置点或第一位置点后，沿着递增方向移动。

在本发明的一种具体实施方式中，预设值为接收线圈与发射线圈完全重合时接收线圈的电压幅值。

相应于上面的方法实施例与装置实施例，本发明实施例还提供了一种移动机器人，如图1所示，该移动机器人包括机器人本体和内置于机器人本体中的主控制器110、传感器120和接收线圈130，主控制器110与传感器120通信连接，传感器120并联在接收线圈130两端，其中，

主控制器110，用于通过传感器120获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈130的电压幅值变化信息；根据电压幅值变化信息，确定接收线圈130在交变电磁场中电压幅值的递增方向；控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈130的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。

应用本发明实施例所提供的移动机器人，主控制器通过传感器获得移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时接收线圈的电压幅值变化信息，根据电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，直至接收线圈的电压幅值达到预设值时，停止移动，完成对位操作。通过根据获得的接收线圈的电压幅值变化信息，确定接收线圈在交变电磁场中电压幅值的递增方向，控制移动机器人沿着递增方向移动，最终完成线圈对位操作，无需借助外部的传感设备，系统构造简单，成本较低。

在本发明的一种具体实施方式中，传感器120包括：

桥式整流电路101、分压电路102、ad转换单元103、微控制单元104和通信单元105；

桥式整流电路101，用于将接收线圈130产生的交流电压输出为直流电压；

分压电路102，用于对直流电压进行分压操作；

ad转换单元103，用于将分压后的直流电压的模拟电压信号变换为数字电压信号，并将数字电压信号发送给微控制单元104；

微控制单元104，用于对数字电压信号进行信息采集，并将采集的电压幅值信息通过通信单元105发送给主控制器110。

在本发明实施例中，内置于机器人本体中的传感器120包括桥式整流电路101、分压电路102、ad转换单元103、微控制单元104、通信单元105等。桥式整流电路101是主要由四个二极管组成的桥路，用于把接收线圈130产生的交流电压输出为直流电压。分压电路102是通过串联电阻的方式对直流电压进行分压操作。ad转换单元103，用于将分压后的直流电压的模拟电压信号变换为数字电压信号，并将数字电压信号发送给微控制单元104。微控制单元104对数字电压信号进行信息采集，并将采集的电压幅值信息通过通信单元105发送给主控制器110。通信单元105实现微控制单元104与主控制器110之间的通信，通信方式包括usb通信、rs-233协议、rs-485协议、i2c协议等。

具体的，内置于机器人本体中的传感器120的工作原理如下：

当内置有接收线圈130的移动机器人在充电器的发射线圈辐射的交变电磁场中移动时，接收线圈130通过谐振电路产生交流电压，交流电压经过传感器120中的桥式整流电路101后输出直流电压，通过分压电路102对输出的直流电压进行分压，分压后的直流电压经过ad转换单元103后将数字电压信号发送给微控制单元104进行采集，微控制单元104将采集的电压信息通过通信单元105发送给主控制器110。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。