(19)國家知識產(chǎn)權局(10)申請公布號CN119864922AH02K35/02(2006.01)(71)申請人楨瀾(江蘇)科技有限公司地址226000江蘇省南通市崇川區(qū)文峰街道太平北路1008號文峰工業(yè)園21號樓(74)專利代理機構(gòu)南通璽運專利代理事務所(普通合伙)32675專利代理師曾萍(54)發(fā)明名稱一種智能機器人的充電方法本發(fā)明公開了一種智能機器人的充電方法，涉及智能機器人技術領域，該充電方法的具體步驟為：S100,能量采集架構(gòu)搭建：通過力學分析與實際工況監(jiān)測手段，本發(fā)明通過精細化的能量收集裝置布局與安裝，實現(xiàn)了智能機器人運動過程中機械能的高效轉(zhuǎn)化與利用，通過針對不同部位采用不同特性的壓電材料，并設計成波浪形、蜂窩狀或彎曲式、拉伸式的結(jié)構(gòu)，以及選用懸臂梁式壓電晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)化電磁感應式振動能量收集裝置的設計，提高了能量收集的效率與范圍，不僅拓寬了能量收集的頻帶和工況范圍，還使得智能機器人能夠在各種復雜環(huán)境中自主收集能21.一種智能機器人的充電方法，其特征在于，該充電方法的具體步驟為：S100,能量采集架構(gòu)搭建：通過力學分析與實際工況監(jiān)測手段，分析智能機器人在日常作業(yè)中的運動姿態(tài)、受力分布以及振動情況，選擇適配各部位壓電材料制作能量收集裝置，并在主體框架安裝電磁感應式振動能量收集裝置，采用電氣連接與機械固定方式進行連接，通過各裝置將機器人運動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能并傳輸，為后續(xù)充電流程筑牢基礎；S200,能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換：當機器人開始執(zhí)行任務，底部的壓電模塊受到壓力作用，內(nèi)部的壓電材料晶格發(fā)生畸變，引發(fā)正負電荷的定向移動，產(chǎn)生電位差，電荷在底部裝置的電荷收集電路作用下匯聚成直流電信號，機械臂關節(jié)處的柔性壓電裝置隨著關節(jié)的屈伸、旋轉(zhuǎn)，不斷改變受力狀態(tài)，產(chǎn)生壓電電荷，同時，機器人運動產(chǎn)生的振動傳遞至主體框架上的振動能量收集裝置，根據(jù)電磁感應原理使其線圈在磁場中切割磁力線，產(chǎn)生交流電信號，經(jīng)過內(nèi)置的整流電路轉(zhuǎn)換為直流電，與壓電裝置產(chǎn)生的電能傳輸至前端預處理電路中；S300,電能傳輸凈化調(diào)控：采用高導電性的金屬材料作為傳輸導線，根據(jù)傳輸功率和電流大小選擇導線的截面積和長度，同時采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜，遵循最短路徑原則進行布線，將電流傳輸至電能管理系統(tǒng)，前端預處理電路中的整流橋?qū)⒄駝幽芰渴占b置產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，利用二極管的單向?qū)щ娦詫崿F(xiàn)電流單向穩(wěn)定流動，通過濾波電容和電感組成的濾波網(wǎng)絡，根據(jù)電容的充放電特性和電感對電流變化的阻礙作用，去除來自能量收集端和傳輸線路的雜波信號，穩(wěn)壓二極管和智能穩(wěn)壓芯片協(xié)同工作，根據(jù)后端電池和用電設備的電壓需求，將電壓穩(wěn)定在適合后續(xù)處理和存儲的范圍內(nèi)；S400,智能電能管理決策：電能管理系統(tǒng)的微處理器實時監(jiān)控電池的電量、電壓、電流的參數(shù)，結(jié)合機器人當前的工作任務和外部環(huán)境條件，制定動態(tài)的電能分配策略；S500,充電系統(tǒng)優(yōu)化升級：通過實際運行數(shù)據(jù)反饋，對充電系統(tǒng)進行全方位優(yōu)化，在壓電材料方面，利用新型復合材料和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對能量收集裝置引入自適應調(diào)節(jié)機制，使其能夠根據(jù)不同的振動頻率和受力情況自動調(diào)整工作狀態(tài)，拓寬能量收集的頻帶和工況范圍，對于電能管理系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)方面，引入人工智能算法通過對大量歷史數(shù)據(jù)的學習和分析，使其能夠根據(jù)工況條件進行電能管理決策。2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S100,能量采集架構(gòu)搭建中壓電材料選擇與能量收集裝置設計，對于承受較大壓力的底部部位，采用具有高抗壓強度和高壓電常數(shù)的多層壓電陶瓷復合材料，設計成波浪形或蜂窩狀結(jié)構(gòu)；對于機械臂關節(jié)處，選用柔韌性較好的壓電聚合物材料，制成彎曲式或拉伸式的能量收集裝置。3.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S100,能量采集架構(gòu)搭建振動能量收集裝置選擇與安裝，通過對機器人振動頻譜的實際測量和分析，確定主要振動頻率范圍和幅值分布，選擇基于壓電效應的振動能量收集裝置，選用懸臂梁式壓電晶體結(jié)構(gòu)，并通過調(diào)整質(zhì)量塊的大小、形狀和位置，優(yōu)化共振頻率，使其與機器人的主要振動頻率相匹配，對于電磁感應式振動能量收集裝置，設計線圈的匝數(shù)、線徑、繞制方式以及磁體的材料、形狀和磁場強度，增強線圈與磁場之間的耦合作用，對振動能量進行捕獲。4.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S200,能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換中通過壓電材料能量收集公式計算壓電材料在特定時間段內(nèi)從機器人運動的35.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S200,能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換中通過振動能量收集公式計算電磁感應式振動能量收集裝置在特定時間段內(nèi)6.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S能管理決策中的電能管理策略：當電池電量處于較低水平且機器人處于非關鍵任務階段7.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S400,智能電能管理決策中通過電池充電功率分配公式根據(jù)能量收集裝置實時輸出的電能情況以及電分別表示在時間t由壓電材料和振動能量收集裝置產(chǎn)生的電能，T(t)表示在時間的溫度，8.根據(jù)權利要求1所述的一種智能機器人的充電方法，其特征在于，所述S400,智能電g(SOC(t),(Ep(t)+Evib4其中a?、a?、a?和a?是需要根據(jù)實際系統(tǒng)特性確定的系數(shù)，SOC(t)表示電池在時間t的荷電狀態(tài)，(t)分別表示在時間t由壓電材料和振動能量收集裝置產(chǎn)生的電能，P1oad(t)表示在時間t機器人的負載功率。5一種智能機器人的充電方法技術領域[0001]本發(fā)明涉及智能機器人技術領域，具體為一種智能機器人的充電方法。背景技術[0002]隨著科技的飛速發(fā)展，智能機器人技術已經(jīng)取得了長足的進步，并在工業(yè)自動化、服務業(yè)、醫(yī)療健康、軍事偵察多個領域展現(xiàn)出了廣泛的應用前景，智能機器人以其高效、精器人的持續(xù)運行和高效作業(yè)離不開穩(wěn)定的能源供應，目前，市面上的智能機器人大多采用電池作為主要的能源供應方式，但電池的續(xù)航能力和充電效率成為了制約智能機器人進一步發(fā)展的關鍵因素，因此，探索一種新型、高效、可持續(xù)的智能機器人充電方法顯得尤為重[0003]傳統(tǒng)的智能機器人充電方式主要依賴于人工更換電池或外部電源充電，這些方式存在諸多不足之處，一方面，人工更換電池需要耗費大量的時間和人力，且在特殊環(huán)境下無法實現(xiàn)，另一方面，外部電源充電雖然可以持續(xù)供電，但受限于充電設備和電源的攜帶與接致電池損壞甚至引發(fā)火災，因此，傳統(tǒng)的智能機器人充電方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代智能機器[0004]因此，開發(fā)一種智能機器人的充電方法，不僅提高了智能機器人的續(xù)航能力和充電效率，還降低了安全隱患，為智能機器人的進一步發(fā)展提供了有力的技術支持。發(fā)明內(nèi)容[0005]本發(fā)明的目的就是為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種智能機器人的充電方法，該方法首先通過力學分析與實際工況監(jiān)測，選擇適配的壓電材料制作能量收集裝置，并安裝電磁感應式振動能量收集裝置，將機器人運動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能，接著，利用壓電效應和電磁感應原理，將機器人運動和振動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能，并通過高導電性材料和濾波穩(wěn)壓技術進行傳輸與初步處理，然后，通過電能管理系統(tǒng)的微處理器實時監(jiān)控與智能算法，實現(xiàn)電能的動態(tài)管理與高效分配存儲，最后，基于實際運行數(shù)據(jù)反饋，對充電系統(tǒng)進行全方位優(yōu)化，提升能量收集與電能管理效率。[0006]本發(fā)明為解決上述技術問題，提供如下技術充電方法的具體步驟為：[0007]S100,能量采集架構(gòu)搭建：通過力學分析與實際工況監(jiān)測手段，分析智能機器人在日常作業(yè)中的運動姿態(tài)、受力分布以及振動情況，選擇適配各部位壓電材料制作能量收集裝置，并在主體框架安裝電磁感應式振動能量收集裝置，采用電氣連接與機械固定方式進行連接，通過各裝置將機器人運動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能并傳輸，為后續(xù)充電流程筑牢基礎；[0008]S200,能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換：當機器人開始執(zhí)行任務，底部的壓電模塊受到壓力作6于承受較大壓力的底部部位，采用具有高抗壓強度和高壓電常數(shù)的多層壓電陶瓷復合材[0014]更進一步地，所述S200,能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換中通過壓電材料能量收集公式計算壓電材料在特定時間段內(nèi)從機器人運動的機械能轉(zhuǎn)化為電能的能量值，公式為：[0015]更進一步地，所述S200,能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換中通過振動能量收集公式計算電磁感應式振動能量收集裝置在特定時間段內(nèi)從機器人振動機械能轉(zhuǎn)化為電能的能量值，公式7量收集裝置收集到的總能量，βvib是與電磁感應裝置性能相關的綜合系數(shù)，B(t)是隨時間變化的磁場強度，A(t)是線圈的有效面積，vib是與振動頻率和方向相關的系數(shù)。[0017]更進一步地，所述S400,智能電能管理決策中通過電池充電功率分配公式根據(jù)能量收集裝置實時輸出的電能情況以及電池和機器人的當前狀態(tài)，計算在時刻t分配給電池[0018]更進一步地，所述S400,智能電能管理決策中通過機器人功能模塊能耗調(diào)整公式根據(jù)電池充電需求和能量收集情況，調(diào)整機器人非關鍵功能模塊在時刻t的能耗功率公式是在時刻t機器人某個功能模塊調(diào)整后的能耗功率，Pfunco(t)是該功能模塊在時刻t的原始[0020],其中a?、a?、a?和a?是需要根據(jù)實際系統(tǒng)特性確定的系數(shù)，SOC(t)表示電池在時間t的荷電狀態(tài)，E?(t)和Evib(t)分別表示在時間t由壓電材料和振動能量收集裝置產(chǎn)生的電能，P1oad(t)表示在時間t機器人的負載功率。8的依賴，提高了其自主運行能力和續(xù)航能力。[0023]二、本發(fā)明通過微處理器實時監(jiān)控電池的電量、電壓、電流的參數(shù)，并結(jié)合機器人當前的工作任務和外部環(huán)境條件，能夠制定動態(tài)的電能分配策略，在電池電量較低時，優(yōu)先保障電池的快速充電，在電量充足且發(fā)電功率較高時，則增加對輔助儲能設備的充電，在緊急任務且發(fā)電不足時，則根據(jù)任務的優(yōu)先級和能耗需求進行電能分配，不僅提高了電能的利用效率，還確保了智能機器人在各種工況下都能穩(wěn)定運行，提升了其整體性能和可靠性。[0024]本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。附圖說明[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0026]圖1為一種智能機器人的充電方法的流程圖；[0027]圖2為一種智能機器人的充電方法的流程框架圖。具體實施方式[0028]為更進一步闡述本發(fā)明為實現(xiàn)預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結(jié)合[0029]實施例一[0030]物流搬運機器人充電[0031]場景設定：物流搬運機器人在大型倉庫中進行貨物搬運工作，工作環(huán)境較為穩(wěn)定，[0033]能量采集架構(gòu)搭建(S100):對于底部部位，采用多層壓電陶瓷復合材料，設計成波浪形結(jié)構(gòu)，以更好地承受機器人搬運貨物時的較大壓力，并高效地將壓力轉(zhuǎn)化為電能，在機械臂關節(jié)處，選用柔韌性好的壓電聚合物材料，制成彎曲式能量收集裝置，適應關節(jié)的屈伸動作，通過對機器人振動頻譜的分析，確定主要振動頻率范圍，選擇懸臂梁式壓電晶體結(jié)構(gòu)的振動能量收集裝置，并優(yōu)化其共振頻率，同時，在主體框架上安裝電磁感應式振動能量收[0034]能量采集觸發(fā)轉(zhuǎn)換(S200):當機器人開始搬運貨物時，底部的壓電模塊受到壓力，壓電材料晶格畸變產(chǎn)生電位差，電荷經(jīng)收集電路匯聚成直流電信號，機械臂關節(jié)處的柔性壓電裝置隨關節(jié)運動產(chǎn)生壓電電荷，機器人運動產(chǎn)生的振動傳遞至主體框架上的振動能量收集裝置，電磁感應產(chǎn)生交流電信號，經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換為直流電，與壓電裝置產(chǎn)生的電能一同傳輸至前端預處理電路，例如，在一次搬運過程中，根據(jù)壓電材料能量收集公式計算得出壓電材料在一段時間內(nèi)從機械能轉(zhuǎn)化為電能的能量值，公式為：9,其中：E是在時間段[t?,t?]內(nèi)壓與壓電材料幾何形狀和安裝方式相關的系數(shù)，根據(jù)振動能量收集公式計算電磁感應式振動能量收集裝置在特定時間段內(nèi)從機器人振動機械能轉(zhuǎn)化為電能的能量值，公式為：其[0035]電能傳輸凈化調(diào)控(S300):選用高導電性的銅質(zhì)導線，根據(jù)傳輸功率和電流大小穩(wěn)壓二極管和智能穩(wěn)壓芯片協(xié)同工作，將電壓穩(wěn)定在適合后續(xù)處理和存儲的范圍內(nèi)，流的參數(shù)，當機器人在搬運過程中電池電量處于較低水平(如低于30%)且處于非緊急搬運池快速充電，若電池電量充足(如高于80%)且能量收集裝置發(fā)電功率較高時，在保障機器能量收集裝置實時輸出的電能情況以及電池和機器人的當前狀態(tài)，計算在時刻t分配給電的總能量，f(SOC(t),T(t),[0037]g(SOC(t),(E(t)+Evib(t))P1oad(t的荷電狀態(tài)，E?(t)和Evib(t)分別表示在時間t由壓電材料和振動能量收集裝置產(chǎn)生的電[0039]充電系統(tǒng)優(yōu)化升級(S500):通過對機器人長期運行數(shù)[0046]能量采集架構(gòu)搭建(S100):底部采用多層壓電陶瓷復合材料制成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，增強抗壓能力和能量收集效率，機械臂關節(jié)處的柔性壓電裝置選用高性能壓電聚合物材料，區(qū)間內(nèi)),根據(jù)壓電材料能量收集公式計算壓電材料收集到的能量值，公式為：集公式計算收集到的能量值，公式為：其[0048]電能傳輸凈化調(diào)控(S300):考慮到救援環(huán)境的復雜性，選擇具有良好柔韌性和高[0049]智能電能管理決策(S400):微處理器實時監(jiān)控電池狀態(tài)和機器人工作情況，當機(SOC(t),(E(t)+E;b(t)),P1oad(t))),其中：Pfune(t)是在時刻t機器人某個功能模塊調(diào)整[0050]充電系統(tǒng)優(yōu)化