[发明专利]一种水下机器人无线充电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于水下充电系统及其控制技术，特别是一种水下机器人无线充电系统及其控制方法。

背景技术

随着技术的普及，水下机器人的技术被越来越广泛地应用到民用领域，而对于水下机器人的供电方式较为单一，多为插拔式充电和更换电池，这种充电方式存在一系列的缺点：(1)每次插拔式充电都需要将水下机器人从水底上浮进行充电，大大缩短了水下机器人在水下的工作时间；(2)频繁的插拔式充电会使接口老化，带来安全隐患；(3)多次的电池更换大大减少了机器的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下机器人无线充电系统及其控制方法，提高电路工作的安全性和能量的传输效率，同时对水下机器人的电池进行能量管理，增加水下机器人在水下的工作时间，无接口充电增加水下机器人的安全性，增大电池的使用寿命。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种水下机器人无线充电系统，包括主电路和控制电路，所述主电路包括耦合连接的发射端主电路和接收端主电路，所述发射端主电路包括顺序连接的发射端直流电源系统、发射端交流转换系统以及发射端谐振电路，所述接收端主电路包括顺序连接的接收端谐振电路、接收端直流转换电路以及接收端负载匹配变换电路；

所述控制电路包括发射端控制电路和接收端控制电路，发射端控制电路包括分别连接在发射端数字信号处理器DSP上的发射端PWM驱动电路和发射端电流采样电路，该发射端电流采样电路连接在发射端谐振电路上；所述接收端控制电路包括分别连接在接收端数字信号处理器DSP上的接收端PWM驱动电路、接收端两路电压采样电路和接收端电流采样电路，所述接收端两路电压采样电路的接收端第一电压采样电路接在接收端直流转换电路的输出端，接收端第二电压采样电路串联连接在水下机器人电池正极和负极之间，所述接收端电流采样电路串联连接在水下机器人电池正极O与接收端负载匹配变换电路出书的正极P之间。

一种水下机器人无线充电系统的控制方法，首先，检测发射端谐振电路的电流，通过发射端谐振电路的电流变化判定接收端是否接入电路，即负载检测，若发射端检测到接收端接入电路后，发射端数字信号处理器DSP发出充电指令，电路进入工作状态，通过发射端PWM驱动电路控制发射端交流转换系统输出交流电，经过发射端谐振电路将电能传输到接收端，接收端通过接收端谐振电路接收发射端传输来的能量，并把这些能量转变为交流电输出，经过接收端直流转换电路以及接收端负载匹配电路后，对水下机器人电池进行充电，若发射端检测到接收端离开电路或者接收端水下机器人电池电量充满后，发射端数字信号处理器DSP发出停止充电的指令，并将控制发射端主电路电路回归检测模式运行；

其次，在电路工作时发射端电流采样电路对发射端谐振电路的电流进行采样，通多对发射端谐振电路的电流进行采样，通过采样电流的值与零值相比较，通过比较的值，改变发射端数字信号处理器DSP发出的PWM的频率，校正发射端交流转换系统的输出频率达到发射端谐振电路的谐振频率，即进行谐振频率追踪；

再者，接收端主电路在工作时，接收端的第二电压采样电路对水下机器人的电池电压进行采样，接收端电流采样电路对水下机器人电池的充电电流进行采样，采集的电压和电流信息送给接收端数字信号处理器DSP，在接收端数字信号处理器DSP中进行处理，从而根据处理结果，发出相应的PWM信号，控制接收端对水下机器人的充电模式，实现对水下机器人的电池能量管理。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)设计了水下的无线充电系统，实现水下机器人无接触充电。(2)利用电磁感应和负载检测电路的原理，实现了对接收端是否接入电路的检测，根据接收端接入与否适时的进入持续模式运行和检测模式运行，避免了过大的电流，提高了电路的安全性能。(3)通过对系统谐振频率进行追踪，使得发射端交流转换系统的输出电压频率与发射端谐振电路的谐振频率一致，提高了系统能量的传输效率。(4)通过水下机器人电池能量控制实现了对水下机器人充电功率的闭环控制，实现了水下机器人的恒功率充电，并通过电量实时对机器人的充电状态进行检测。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的水下机器人无线充电系统主框架图(不包括水下机器人电池)。

图2为本发明主电路原理图。

图3为本发明中发射端控制电路原理图。

图4为本发明中接收端控制电路原理图。

图5为本发明中水下机器人电池能量管理控制逻辑原理图。