充电控制系统及充电控制方法

1.本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电控制系统及充电控制方法。


背景技术：

2.无线充电技术利用电场、磁场、微波或超声波等非接触的形式传输电能，具有对接精度要求低、无插拔等优势，在自主移动机器人平台中应用越来越广泛。接触式充电利用电缆传输电能，具有功率高等优势。用于自主移动机器人平台充电对接的检测方法一般为光电传感器检测标签物、图像传感器识别二维码、激光雷达建图标定充电对接位置或卫星定位获取机器人与充电器的相对位置等方法。由于无线充电技术接收端线圈面积受限于接收端所在的机器人平台，线圈面积较小导致充电效率低、充电时间长。


技术实现要素：

3.本发明意在提供一种充电控制方法、装置、终端设备和存储介质，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
4.第一个方面，本发明实施例提供一种充电控制系统，所述系统包括：能源存储设备和机器人设备，所述能源存储设备包括第一采集模块、发射线圈和第一接触模块，所述机器人设备包括第二采集模块、接收线圈、第二接触模块和控制器模块；
5.所述第一采集模块用于采集发射线圈电流；
6.所述第二采集模块用于采集接收线圈电流；
7.所述控制器模块根据所述发射线圈电流和所述接收线圈电流，将所述接收线圈的中心与所述发射线圈的中心对准，还用于控制所述第二接触模块与所述第二接触模块相连，并对所述机器人设备进行充电。
8.可选地，所述能源存储设备还包括第一无线通讯模块，所述机器人设备还包括第二无线通讯模块，所述第一无线通讯模块与所述第二无线通讯模块相连。
9.可选地，所述机器人设备还包括继电器模块，所述继电器模块与所述控制器模块相连，所述继电器模块用于根据控制器模块发送的控制指令，控制所述第二接触模块与所述第一接触模块连通或关断。
10.第二个方面，本发明实施例提供一种充电控制方法，所述方法包括：
11.在机器人设备上的接收线圈与能源存储设备的发射线圈的中心对准的情况下，机器人设备上的控制器模块控制第二接触模块与能源存储设备的第一接触模块相连，并向所述第二接触模块发送充电指令；
12.所述机器人设备上的控制器模块控制继电器模块开启，以使所述能源存储设备通过第一接触模块和第二接触模块连接，对所述机器人设备进行充电。
13.可选地，所述机器人设备上的接收线圈与能源存储设备的发射线圈的中心对准，包括：
14.能源存储设备向机器人设备发送初始定位指令，所述初始定位指令包括初始位置
信息，以使机器人设备运动到与所述初始位置信息对应的位置；
15.机器人设备获取接收线圈电流；
16.机器人设备对所述接收线圈电流进行判断，若所述接收线圈电流大于第一阈值，机器人设备切换至线圈定位模式；
17.在所述线圈定位模式下，分别获取发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数；
18.根据所述发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数，确定所述发送线圈和所述接收线圈的轴向偏移量；
19.若所述轴向偏移量小于预设值，则确定所述机器人设备上的接收线圈与能源存储设备的发射线圈的中心对准。
20.可选地，所述在所述线圈定位模式下，分别获取发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数，包括：
21.确定发射线圈和接收线圈之间的互感参数。
22.可选地，所述根据所述发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数，确定所述发送线圈和所述接收线圈的轴向偏移量，包括：
23.根据建立的线圈电磁互感传能模型，分别检测发射线圈电流和接收线圈电流；
24.根据所述发射线圈电流和所述接收线圈电流，计算接收线圈与发射线圈的轴向偏移量；
25.根据所述轴向偏移量控制机器人运动，直至机器人上的接收线圈和发送线圈的中心对准。
26.可选地，所述确定发射线圈和接收线圈之间的互感参数，包括：
[0027][0028]
其中，m为互感参数，r1为发射线圈的半径，r2为接收线圈的半径，μ0为磁导率，n1为发射线圈匝数，n2为接收线圈匝数，h线为发射线圈和接收线圈之间的垂直间距，r为线圈轴向偏移距离，a为x向偏移，b为y向偏移，
[0029]
可选地，所述根据建立的线圈电磁互感传能模型，分别检测发射线圈电流和接收线圈电流，包括：
[0030][0031][0032]
其中，i1为发射线圈电流，i2为接收线圈电流，z1为发射线圈阻抗，z2为接收线圈阻抗；vs为电磁互感传能模型中发射端交流电压源电压；
[0033][0034]
[0035]
ω为系统谐振频率，l1、c1、r1为发射谐振体的电感、电容和寄生电阻，l2、c2、r2为接收谐振体的电感、电容和寄生电阻，r
l
为负载电阻。
[0036]
可选地，所述方法还包括：
[0037]
机器人设备实时获取接触式充电电压；
[0038]
机器人设备判断所述接触式充电电压是否大于第二阈值；
[0039]
若所述接触式充电电压大于所述第二阈值，则机器人设备发出停止指令，并闭合所述第一接触模块与所述第二接触模块的接触式充电线路。
[0040]
本发明实施例包括以下优点：
[0041]
本发明实施例提供的充电控制系统及充电控制方法，该系统包括：能源存储设备和机器人设备，能源存储设备包括第一采集模块、发射线圈和第一接触模块，机器人设备包括第二采集模块、接收线圈、第二接触模块和控制器模块；第一采集模块用于采集发射线圈电流；第二采集模块用于采集接收线圈电流；控制器模块根据发射线圈电流和接收线圈电流，将接收线圈的中心与发射线圈的中心对准，还用于控制第一接触模块与第二接触模块相连，并对机器人设备进行充电，通过将发射线圈和接收线圈之间对准后，机器人设备会推出接触式充电插头和能源存储设备的接触式充电座连接，通过接触式对机器人设备进行充电，提高充电效率。
附图说明
[0042]
图1是本发明的一种充电控制系统实施例的结构示意图；
[0043]
图2是本发明的一种充电控制方法实施例的流程示意图；
[0044]
图3是本发明的平行同轴线圈示意图；
[0045]
图4是本发明的平行中心偏移载流线圈示意图；
[0046]
图5是本发明的线圈传能模型的示意图；
[0047]
图6是本发明的一种机器人设备的控制系统运动控制的流程示意图；
[0048]
图7是本发明的又一种机器人设备的控制系统运动控制的流程示意图。
具体实施方式
[0049]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0050]
参照图1，示出了本发明的一种充电控制系统实施例的结构示意图，该系统包括：能源存储设备和机器人设备，能源存储设备包括第一采集模块、发射线圈和第一接触模块，机器人设备包括第二采集模块、接收线圈、第二接触模块和控制器模块；
[0051]
第一采集模块用于采集发射线圈电流；
[0052]
第二采集模块用于采集接收线圈电流；
[0053]
控制器模块根据发射线圈电流和接收线圈电流，将接收线圈的中心与发射线圈的中心对准，还用于控制第一接触模块与第二接触模块相连，并对机器人设备进行充电。
[0054]
具体地，能源存储设备包括能源系统总控制器、能源发射端控制器模块、采集模块、无线通讯模块、直流电源、高频逆变模块、总线通讯模块、谐振补偿模块、发射线圈、第一接触模块；能源发射端控制器模块用于控制发射线圈；
[0055]
机器人设备包括机器人控制系统、采集模块、微控制器(控制器模块)、无线通讯、整流滤波、直流转直流(dcdc)模块、谐振补偿模块、总线通讯模块、接收线圈、继电器模块、电机驱动板、第二接触模块。
[0056]
第一接触模块和第二接触模块具体位于图1中两个空白箭头的位置，具体形状在图中未画出。第一接触模块和第二接触模块是接触式相连，例如插座和插头连接；
[0057]
发射线圈和接收线圈是非接触式连接。
[0058]
本发明又一实施例对上述实施例提供的充电控制装置做进一步补充说明。
[0059]
可选地，能源存储设备还包括第一无线通讯模块，机器人设备还包括第二无线通讯模块，第一无线通讯模块与第二无线通讯模块相连。
[0060]
可选地，机器人设备还包括继电器模块，继电器模块与控制器模块(机器人控制系统中包括控制器模块，在图中未画出)相连，继电器模块用于根据控制器模块发送的控制指令，控制第二接触模块与第一接触模块连通或关断。
[0061]
如图2所示，本发明的一种充电控制方法实施例的流程示意图，该充电控制方法包括：
[0062]
步骤a1、在机器人设备上的接收线圈与能源存储设备的发射线圈的中心对准的情况下，机器人设备上的控制器模块控制第二接触模块与能源存储设备的第一接触模块相连，并向第二接触模块发送充电指令；
[0063]
步骤a2、机器人设备上的控制器模块控制继电器模块开启，以使能源存储设备通过第一接触模块和第二接触模块连接，对机器人设备进行充电。
[0064]
可选地，机器人设备上的接收线圈与能源存储设备的发射线圈的中心对准，包括：
[0065]
能源存储设备向机器人设备发送初始定位指令，初始定位指令包括初始位置信息，以使机器人设备运动到与初始位置信息对应的位置；
[0066]
具体地，能源存储设备的发射线圈电源打开，通过无线通讯模块向机器人设备发送电源就位及粗定位信息，该粗定位信息即为初始位置信息。机器人设备接收到该就位信息，并根据该初始定位指令，移动到粗定位信息的位置。
[0067]
进一步地，机器人设备获取接收线圈电流；
[0068]
机器人设备对接收线圈电流进行判断，若接收线圈电流大于第一阈值，机器人设备切换至线圈定位模式；
[0069]
进一步地，在线圈定位模式下，分别获取发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数；
[0070]
根据发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数，确定发送线圈和接收线圈的轴向偏移量；
[0071]
若轴向偏移量小于预设值，则确定机器人设备上的接收线圈与能源存储设备的发射线圈的中心对准。
[0072]
可选地，在线圈定位模式下，分别获取发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数，包括：
[0073]
确定发射线圈和接收线圈之间的互感参数。
[0074]
图3是本发明的平行同轴线圈示意图，根据诺依曼公式计算两线圈的互感为
[0075][0076]
其中，线圈互感公式中μ0为磁导率，n1为线圈1(发射线圈)匝数，n2为线圈2(接收线圈)匝数，l1为线圈1弧长，l2为线圈2弧长，r为线圈1与线圈2弧长微元之间的距离。
[0077]
图4是本发明的平行中心偏移载流线圈示意图，可选地，确定发射线圈和接收线圈之间的互感参数，即互感参数通过下面的互感公式得到：
[0078][0079]
其中，m为互感参数，r1为发射线圈的半径，r2为接收线圈的半径，μ0为磁导率，n1为发射线圈匝数，n2为接收线圈匝数，h线为发射线圈和接收线圈之间的垂直间距，r为线圈轴向偏移距离，a为x向偏移，b为y向偏移，
[0080]
线圈互感关于中心轴向偏移为单调递减函数，中心轴向偏移小，线圈互感越大。
[0081]
可选地，根据发送线圈的电气参数和接收线圈的电气参数，确定发送线圈和接收线圈的轴向偏移量，包括：
[0082]
步骤b1、根据建立的线圈电磁互感传能模型，分别检测发射线圈电流和接收线圈电流；
[0083]
具体地，图5是本发明的线圈传能模型的示意图，根据基尔霍夫电压定律可以得到发射线圈电流和接收线圈电流，可选地，根据建立的线圈电磁互感传能模型，分别检测发射线圈电流和接收线圈电流，包括：
[0084][0085][0086]
其中，i1为发射线圈电流，i2为接收线圈电流，z1为发射线圈阻抗，z2为接收线圈阻抗；vs为电磁互感传能模型中发射端交流电压源电压；
[0087][0088][0089]
ω为系统谐振频率，l1、c1、r1为发射谐振体的电感、电容和寄生电阻，l2、c2、r2为接收谐振体的电感、电容和寄生电阻，r
l
为负载电阻。
[0090]
具体地，通过发射线圈电流、接收线圈电流和上述的互感公式，反向计算a(x向偏移量)和b(y向偏移量)的值。互感越大，说明发射线圈和接收线圈的中心轴向偏移小，直至中心轴向的偏移量最小，再开始通过接触式插座进行充电。
[0091]
发射线圈电流关于线圈互感为单调递减函数，即中心偏移越小，发射端线圈电流
越小；接收线圈电流关于线圈互感为对勾函数，中心偏移越小接收线圈电流越大，中心偏移越大接收线圈电流越大。
[0092]
步骤b2、根据发射线圈电流和接收线圈电流，计算接收线圈与发射线圈的轴向偏移量；
[0093]
步骤b3、根据轴向偏移量控制机器人运动，直至机器人上的接收线圈和发送线圈的中心对准。
[0094]
可选地，该方法还包括：
[0095]
机器人设备实时获取接触式充电电压；
[0096]
机器人设备判断接触式充电电压是否大于第二阈值；
[0097]
若接触式充电电压大于第二阈值，则机器人设备发出停止指令，并闭合第一接触模块与第二接触模块的接触式充电线路。
[0098]
具体地，在机器人设备的接收线圈和能量存储设备的发射线圈中心对准后，机器人设备控制第二接触模块与能量存储设备的第一接触模块相连接，能量存储设备的电源对机器人设备进行充电，这时，机器人设备的采集模块实时获取接触式充电电压，若接触式充电电压大于第二阈值，则机器人设备发出停止指令，并通过继电器闭合第一接触模块与第二接触模块的接触式充电线路，就停止充电。
[0099]
图6是本发明的一种机器人设备的控制系统运动控制的流程示意图；图7是本发明的又一种机器人设备的控制系统运动控制的流程示意图，具体地，通过检测发射线圈和接收线圈流过的电流计算出线圈x向及y向中心偏移，并换算至机器人平台坐标系中。机器人控制系统根据线圈轴向偏移移动相应位置，直到线圈中心对准。机器人控制系统x向y向移动控制策略如图6和图7所示。线圈中心对准后机器人系统控制打开接触式充电，提高充电效率。
[0100]
本发明实施例了一种用于对接的无线有线一体式充电控制方法。通过检测发射端与接收端线圈的电气参数，能使机器人系统获得充电发射端和充电接收端之间的偏移距离，并根据偏移距离调整机器人位姿状态，实现发射端与接收端之间的精确定位和对准。检测到发射端和接收端之间对准后，机器人系统会推出接触式充电插头和接触式充电座连接，接收端控制器检测到接触式充电电气连接后，打开接触式充电开关，实现充电功率的大幅提高，且对接精度高，达到毫米级，对识别环境要求低，识别成功率高。
[0101]
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
[0102]
本发明实施例提供的充电控制系统及充电控制方法，该系统包括：能源存储设备和机器人设备，能源存储设备包括第一采集模块、发射线圈和第一接触模块，机器人设备包括第二采集模块、接收线圈、第二接触模块和控制器模块；第一采集模块用于采集发射线圈电流；第二采集模块用于采集接收线圈电流；控制器模块根据发射线圈电流和接收线圈电
流，将接收线圈的中心与发射线圈的中心对准，还用于控制第一接触模块与第二接触模块相连，并对机器人设备进行充电，通过将发射线圈和接收线圈之间对准后，机器人设备会推出接触式充电插头和能源存储设备的接触式充电座连接，通过接触式对机器人设备进行充电，提高充电效率。
[0103]
应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本技术所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
[0104]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0105]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0106]
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0107]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0108]
在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
[0109]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。