全文摘要
本实用新型公开了一种用于移动机器人的充电电路，包括充电桩部分和移动机器人部分。本实用新型还公开了包括所述用于移动机器人的充电电路的移动机器人。本实用新型提供的这种用于移动机器人的充电电路及其移动机器人，通过可靠的保护电路设计和充电电路的设计，实现了移动机器人和充电桩在分离和充电等各种情况时电路的可靠性和安全性，而且本实用新型的电路简单可靠，成本相对低廉，安全性较好。
主设计要求
1.一种用于移动机器人的充电电路，其特征在于包括充电桩部分和移动机器人部分；充电桩部分包括充电桩电源适配器模块、充电桩控制器电源模块、充电桩控制器模块、充电桩启动开关、充电桩电流采样模块、充电桩第一电压采样模块、充电桩第二电压采样模块和充电桩接口；充电桩电源适配器模块的输出端连接充电桩控制器电源模块，充电桩控制器电源模块的输出端连接充电桩控制器模块；充电桩电源适配器模块的输出正极串接充电桩启动开关和充电桩电流采样模块后连接充电桩接口的正极，充电桩电源适配器模块的输出负极直接连接充电桩接口的负极；充电桩启动开关和充电桩电流采样模块之间并接充电桩第一电压采样模块并采样充电桩第一电压信号，充电桩电流采样模块和充电桩接口的正极之间并接充电桩第二电压采样模块并采样充电桩第二电压信号；充电桩第一电压采样模块的输出端、充电桩第二电压采样模块的输出端和充电桩启动开关的控制端均与充电桩控制器模块连接；移动机器人部分包括移动机器人充电接口、移动机器人电池模块、移动机器人电流采样模块、移动机器人控制器电源模块、移动机器人控制器模块、移动机器人充电电路模块、移动机器人电源电压采样模块、移动机器人供电电压采样模块和移动机器人充电电压采样模块；移动机器人充电接口的正极与负极之间依次串接移动机器人充电电路模块、移动机器人电流采样模块和移动机器人电池模块；移动机器人充电接口的正极与移动机器人充电电路模块之间并接有移动机器人充电年电压采样模块并采样充电电压；移动机器人充电电路模块与移动机器人电流采样模块之间为移动机器人的供电接口并输出供电信号，该点并接有移动机器人供电电压采样模块并采样供电电压，同时该点还并接移动机器人控制器电源模块；移动机器人电池模块与移动机器人电流采样模块之间并接有移动机器人电源电压采样模块并采样移动机器人的电源电压信号；移动机器人控制器电源模块的输出端、移动机器人电源电压采样模块的输出端、移动机器人供电电压采样模块的输出端和移动机器人充电电压采样模块的输出端均与移动机器人控制器模块连接。
设计方案
1.一种用于移动机器人的充电电路，其特征在于包括充电桩部分和移动机器人部分；充电桩部分包括充电桩电源适配器模块、充电桩控制器电源模块、充电桩控制器模块、充电桩启动开关、充电桩电流采样模块、充电桩第一电压采样模块、充电桩第二电压采样模块和充电桩接口；充电桩电源适配器模块的输出端连接充电桩控制器电源模块，充电桩控制器电源模块的输出端连接充电桩控制器模块；充电桩电源适配器模块的输出正极串接充电桩启动开关和充电桩电流采样模块后连接充电桩接口的正极，充电桩电源适配器模块的输出负极直接连接充电桩接口的负极；充电桩启动开关和充电桩电流采样模块之间并接充电桩第一电压采样模块并采样充电桩第一电压信号，充电桩电流采样模块和充电桩接口的正极之间并接充电桩第二电压采样模块并采样充电桩第二电压信号；充电桩第一电压采样模块的输出端、充电桩第二电压采样模块的输出端和充电桩启动开关的控制端均与充电桩控制器模块连接；移动机器人部分包括移动机器人充电接口、移动机器人电池模块、移动机器人电流采样模块、移动机器人控制器电源模块、移动机器人控制器模块、移动机器人充电电路模块、移动机器人电源电压采样模块、移动机器人供电电压采样模块和移动机器人充电电压采样模块；移动机器人充电接口的正极与负极之间依次串接移动机器人充电电路模块、移动机器人电流采样模块和移动机器人电池模块；移动机器人充电接口的正极与移动机器人充电电路模块之间并接有移动机器人充电年电压采样模块并采样充电电压；移动机器人充电电路模块与移动机器人电流采样模块之间为移动机器人的供电接口并输出供电信号，该点并接有移动机器人供电电压采样模块并采样供电电压，同时该点还并接移动机器人控制器电源模块；移动机器人电池模块与移动机器人电流采样模块之间并接有移动机器人电源电压采样模块并采样移动机器人的电源电压信号；移动机器人控制器电源模块的输出端、移动机器人电源电压采样模块的输出端、移动机器人供电电压采样模块的输出端和移动机器人充电电压采样模块的输出端均与移动机器人控制器模块连接。
2.根据权利要求1所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的移动机器人充电电路模块包括移动机器人充电电阻、移动机器人充电二极管和移动机器人充电开关；移动机器人充电电阻、移动机器人充电二极管和移动机器人充电开关并联；移动机器人充电开关的控制端与移动机器人控制器模块连接。
3.根据权利要求2所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的移动机器人充电开关为继电器。
4.根据权利要求1～3之一所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的充电桩启动开关为继电器。
5.根据权利要求1～3之一所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的充电桩电流采样模块为毫伏级电阻；所述的移动机器人电流采样模块为毫伏级电阻。
6.根据权利要求1～3之一所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的充电桩第一电压采样模块为电阻分压式电压采样电路；所述的充电桩第二电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
7.根据权利要求1～3之一所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的移动机器人电源电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
8.根据权利要求1～3之一所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的移动机器人供电电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
9.根据权利要求1～3之一所述的用于移动机器人的充电电路，其特征在于所述的移动机器人充电电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
10.一种移动机器人，其特征在于包括了权利要求1～9之一所述的用于移动机器人的充电电路。
设计说明书
技术领域
本实用新型具体涉及一种用于移动机器人的充电电路及其移动机器人。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，人们对于便捷生活的要求也越来越高。而随着技术的发展，越来越多的机器人进入了民用消费领域和工业生产领域，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。
对于机器人而言，供电部分是其中最为重要的部分之一。而对于移动机器人，由于移动机器人在工作时往往是移动状态(比如常见的扫地机器人)，因此该类机器人多数采用的是电池供电的方式。当电池电量低于设定值时，移动机器人就需要进行充电操作。移动机器人通过红外线信号追踪、射频无线追踪以及图像识别等的探测引导，机器人自动移动至机器人充电桩处，机器人本体上的充电极片与充电桩上的极片接触，进行充电。
但是，目前的移动机器人充电部分和充电桩的充电部分均为裸露的直充式布置，且未包含任何保护电路。机器人在运行过程中和充电桩未充电时充电极片之间如果短路，将导致机器人电池乃至整个控制系统的损坏，也将导致充电桩的控制系统的损坏，引起安全事故。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可靠性高和安全性好的用于移动机器人的充电电路系统。
本实用新型的目的之二在于提供一种移动机器人，该移动机器人包括了所述的用于移动机器人的充电电路。
本实用新型提供的这种用于移动机器人的充电电路，包括充电桩部分和移动机器人部分；充电桩部分包括充电桩电源适配器模块、充电桩控制器电源模块、充电桩控制器模块、充电桩启动开关、充电桩电流采样模块、充电桩第一电压采样模块、充电桩第二电压采样模块和充电桩接口；充电桩电源适配器模块的输出端连接充电桩控制器电源模块，充电桩控制器电源模块的输出端连接充电桩控制器模块；充电桩电源适配器模块的输出正极串接充电桩启动开关和充电桩电流采样模块后连接充电桩接口的正极，充电桩电源适配器模块的输出负极直接连接充电桩接口的负极；充电桩启动开关和充电桩电流采样模块之间并接充电桩第一电压采样模块并采样充电桩第一电压信号，充电桩电流采样模块和充电桩接口的正极之间并接充电桩第二电压采样模块并采样充电桩第二电压信号；充电桩第一电压采样模块的输出端、充电桩第二电压采样模块的输出端和充电桩启动开关的控制端均与充电桩控制器模块连接；移动机器人部分包括移动机器人充电接口、移动机器人电池模块、移动机器人电流采样模块、移动机器人控制器电源模块、移动机器人控制器模块、移动机器人充电电路模块、移动机器人电源电压采样模块、移动机器人供电电压采样模块和移动机器人充电电压采样模块；移动机器人充电接口的正极与负极之间依次串接移动机器人充电电路模块、移动机器人电流采样模块和移动机器人电池模块；移动机器人充电接口的正极与移动机器人充电电路模块之间并接有移动机器人充电年电压采样模块并采样充电电压；移动机器人充电电路模块与移动机器人电流采样模块之间为移动机器人的供电接口并输出供电信号，该点并接有移动机器人供电电压采样模块并采样供电电压，同时该点还并接移动机器人控制器电源模块；移动机器人电池模块与移动机器人电流采样模块之间并接有移动机器人电源电压采样模块并采样移动机器人的电源电压信号；移动机器人控制器电源模块的输出端、移动机器人电源电压采样模块的输出端、移动机器人供电电压采样模块的输出端和移动机器人充电电压采样模块的输出端均与移动机器人控制器模块连接。
所述的移动机器人充电电路模块包括移动机器人充电电阻、移动机器人充电二极管和移动机器人充电开关；移动机器人充电电阻、移动机器人充电二极管和移动机器人充电开关并联；移动机器人充电开关的控制端与移动机器人控制器模块连接。
所述的移动机器人充电开关为继电器。
所述的充电桩启动开关为继电器。
所述的充电桩电流采样模块为毫伏级电阻。
所述的移动机器人电流采样模块为毫伏级电阻。
所述的充电桩第一电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
所述的充电桩第二电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
所述的移动机器人电源电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
所述的移动机器人供电电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
所述的移动机器人充电电压采样模块为电阻分压式电压采样电路。
本实用新型还提供了一种移动机器人，该移动机器人包括了所述的用于移动机器人的充电电路。
本实用新型提供的这种用于移动机器人的充电电路及其移动机器人，通过可靠的保护电路设计和充电电路的设计，实现了移动机器人和充电桩在分离和充电等各种情况时电路的可靠性和安全性，而且本实用新型的电路简单可靠，成本相对低廉，安全性较好。
附图说明
图1为本实用新型的功能模块图。
图2为本实用新型的电路原理示意图。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种用于移动机器人的充电电路，包括充电桩部分和移动机器人部分；充电桩部分包括充电桩电源适配器模块、充电桩控制器电源模块、充电桩控制器模块、充电桩启动开关、充电桩电流采样模块、充电桩第一电压采样模块、充电桩第二电压采样模块和充电桩接口；充电桩电源适配器模块的输出端连接充电桩控制器电源模块，充电桩控制器电源模块的输出端连接充电桩控制器模块；充电桩电源适配器模块的输出正极串接充电桩启动开关和充电桩电流采样模块后连接充电桩接口的正极，充电桩电源适配器模块的输出负极直接连接充电桩接口的负极；充电桩启动开关和充电桩电流采样模块之间并接充电桩第一电压采样模块并采样充电桩第一电压信号，充电桩电流采样模块和充电桩接口的正极之间并接充电桩第二电压采样模块并采样充电桩第二电压信号；充电桩第一电压采样模块的输出端、充电桩第二电压采样模块的输出端和充电桩启动开关的控制端均与充电桩控制器模块连接；移动机器人部分包括移动机器人充电接口、移动机器人电池模块、移动机器人电流采样模块、移动机器人控制器电源模块、移动机器人控制器模块、移动机器人充电电路模块、移动机器人电源电压采样模块、移动机器人供电电压采样模块和移动机器人充电电压采样模块；移动机器人充电接口的正极与负极之间依次串接移动机器人充电电路模块、移动机器人电流采样模块和移动机器人电池模块；移动机器人充电接口的正极与移动机器人充电电路模块之间并接有移动机器人充电年电压采样模块并采样充电电压；移动机器人充电电路模块与移动机器人电流采样模块之间为移动机器人的供电接口并输出供电信号，该点并接有移动机器人供电电压采样模块并采样供电电压，同时该点还并接移动机器人控制器电源模块；移动机器人电池模块与移动机器人电流采样模块之间并接有移动机器人电源电压采样模块并采样移动机器人的电源电压信号；移动机器人控制器电源模块的输出端、移动机器人电源电压采样模块的输出端、移动机器人供电电压采样模块的输出端和移动机器人充电电压采样模块的输出端均与移动机器人控制器模块连接。
如图2所示为本实用新型的电路原理示意图：充电桩部分为图中A-B的左侧部分：图中，CON1部分为接口，用于连接充电桩电源适配器模块的输出部分，从而输入36V直流电源；芯片U2(型号为7805的5V稳压器)构成了充电桩控制器电源模块，用于接收输入的36V直流电源并转换为稳定的5V信号给充电桩控制器模块(图中标示U1)供电；充电桩控制器U1可以采用单片机或者DSP；K1为充电桩启动开关，可以采用继电器、接触器或者具有类似开关功能的开关电路等，而且其控制端与充电桩控制器模块的IO口连接；电阻R12构成了充电桩电流采样模块，优选采用毫伏级电阻；电阻R1和R7构成了充电桩第一电压采样模块，用于采样电源适配器模块的输出电压信号，并将采样信号AD3V3上传到充电桩控制器模块；电阻R2和R8构成了充电桩第二电压采样模块，用于采样充电桩在充电时的充电电压信号，并将采样信号AD4V4上传到充电桩控制器模块；图中的A和B作为充电桩接口的正极和负极，用于连接移动机器人的充电接口。
移动机器人部分为图中的A’-B’的右侧部分：图中，BAT为移动机器人电池模块；电阻R13构成了移动机器人电流采样模块，电阻R13优选为毫伏级电阻；移动机器人充电电路模块包括移动机器人充电电阻R6、移动机器人充电二极管D1和移动机器人充电开关K2，移动机器人充电电阻、移动机器人充电二极管和移动机器人充电开关并联，移动机器人充电开关K2可以采用继电器、接触器或者具有类似开关功能的开关电路等，而且其控制端与充电桩控制器模块的IO口连接；移动机器人充电开关的控制端与移动机器人控制器模块连接；移动机器人电池模块通过电阻R13输出机器人供电信号V2并对后级的电路供电；同时，机器人供电信号V2通过移动机器人控制器电源模块(图中为芯片U4，型号为7805的5V稳压器)产生稳定的5V电源信号并连接到移动机器人控制器模块U3并为控制器供电；移动机器人控制器U3可以采用单片机或者DSP；电阻R4和R5为电阻分压式电压采样电路，构成了移动机器人电源电压采样模块，用于采样移动机器人的电源电压(电池电压)信号，并将采样信号AD5V5上传移动机器人控制器；电阻R5和R11为电阻分压式电压采样电路，构成了移动机器人供电电压采样模块，用于采样移动机器人的供电信号，并将采样信号AD2V2上传移动机器人控制器；电阻R3和R9为电阻分压式电压采样电路，构成了移动机器人充电电压采样模块，用于采样移动机器人的充电电压信号(即A’点的电压信号)，并将采样信号AD1V1上传移动机器人控制器。
以下，在给定电阻大小关系的基础上，说明本实用新型的工作原理和过程：
电阻R12和R13的阻值相等；电阻R1～R5的阻值相等；电阻R7～R11的阻值相等；同时，电阻阻值的比例大致为：R6：R1：R7＝11:10:1，且R7>>R12。
当机器人电极未接触，即机器人电极A’和B’没有和充电桩电极A和B接触时。设定机器人电池的电压为Vcc，则通过分析可知，V5电压等于Vcc，V5约等于V2，并且二极管D1未导通，则V1约等于1\/2Vcc；通过V5和V2之间的压差可以检测到机器人工作的实时电流变化，并且由于V1约等于1\/2Vcc，则可以判断机器人是在工作状态，并没有充电。其中R6电阻对机器人工作起保护作用，当电极A’和B’短路时，将不会破坏电池和其他电路。
当机器人电极接触未充电，即机器人电极A’、B’分别和充电桩电极A、B接触，并且充电桩继电器K1未闭合时。设定当机器人MCU模块检测到电池Vcc接近充电阈值(可以实现设定好，比如18V)时，则自动寻找充电桩。通过电路分析可知，此时V2约等于Vcc，并且V1约等于1\/4Vcc。通过检测V1处电压相对电池电压的比值，则可以判断机器人电极接触充电桩电极但并未充电状态。通过分析还可以得到：V1约等于V3和V4，并且约等于1\/4Vcc；由于充电桩MCU模块检测到V3和V4有了电压1\/4Vcc，则控制继电器K1闭合。
当机器人充电，即机器人电极A’、B’分别和充电桩电极A、B接触，并且充电桩继电器K1闭合时，由上一个状态可知，充电桩MCU模块检测到V3和V4有了电压，控制继电器K1闭合，由此进入了机器人充电状态。当机器人充电时，则CON1口开始接入36V电压、限流输入，并且此时电池电压为充电阈值(比如18V)，因此此时为机器人充电。通过电路分析可知，电压值V4大于V5，因此二极管D1导通，电阻R6被二极管D1短路，充电桩MCU模块通过检测V3和V4处电压差实时检测R12处电流，进而对充电状态进行控制。同时可知，在刚开始充电时V2电压大于V5，因此R13处产生很大的电流，则机器人MCU模块控制继电器K2闭合，将二极管D1短路，避免了因电流过大使得二极管发热烧坏。由于R12是毫伏级电阻，则机器人电极A’、B’相当于直接和CON1口相连，因此提高了充电效率，同时电池本身有一定的内阻，COD1口又是限流输入，保证了充电电池的安全性。随着充电时间的增加，电池BAT电压也逐步增加，则R13处电流则逐步减小，当电流小于设定充电阈值时，则机器人MCU模块控制断开继电器K2，并且控制机器人断开电极停止充电。
当机器人断开，即机器人充满电(电池电压Vcc约等于36V)或者人为控制断开电极A’、B’和充电桩电极A、B接触时，当机器人断开时，通过电路分析可知，V3电压等于36V，并且V3约等于V4，则此时R12处电流接近于0，因此充电桩MCU模块控制继电器K1断开。由此保证了在机器人未充电时，充电桩电极A、B未带电，有效保证了充电桩的安全性。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920047743.2
申请日:2019-01-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:43(湖南)
授权编号:CN209170015U
授权时间:20190726
主分类号:H02J 7/00
专利分类号:H02J7/00
范畴分类:37C;38G;
申请人:湖南大学
第一申请人:湖南大学
申请人地址:410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号湖南大学信息科学与工程学院
发明人:徐成;刘振民;陈海贤;陈李培;林帅;韦理静;杨芳;屠晓涵;熊建梦;许涛;黄方媛
第一发明人:徐成
当前权利人:湖南大学
代理人:周咏;米中业
代理机构:43001
代理机构编号:长沙永星专利商标事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计