机器人充电系统 【相关申请的交叉引用】
本申请要求2003年4月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请编号为2003-22367的申请的权益。
【技术领域】
本发明涉及机器人的充电系统，特别是为机器人的电池充电的充电系统。
背景技术
在工业领域，机器人通常被用来装载或搬运货物。机器人工作时移动的工作半径相对较宽，并且由内部电池对机器人无绳地进行供电。因此，就需要不断地为电池充电。
韩国专利公开No.1997-583中揭示了为机器人电池充电方法。机器人检查内部电池是否需要充电。如果机器人确定内部电池需要充电，那么机器人利用光接收部分接收从附连到充电器的光发射部分发射的光信号向充电器移动。当机器人电接触到充电器后，充电器开始为机器人的内部电池充电。
但是，在常规地充电系统中，机器人通过电触点端子从充电器接收电能，机器人的电触点端子或充电器通常露在外面，因此很容易被铜或水这样的导体短路。导体可以损坏机器人的电池和内部电路。另外，如果触点端子设计为不外露，那么会出现这样的问题，即触点端子的位置会被限制在诸如机器人的底部之类的部位。
同时，在常规的充电系统中，还有一个问题，即由于只有在机器人的触点端子准确地接触到充电器的触点端子时才能对电池充电，因此必须精确控制机器人的位置。
【发明内容】
因此，本发明的一个方面是提供一种无需机器人和充电器之间的电触点就可以为机器人的电池充电的机器人充电系统。
本发明的另一个方面是提供一种即使未精确地控制机器人的位置，也能够为机器人的电池充电的机器人充电系统。
本发明其它方面和/或优点中的一部分将在下面的描述中说明，一部分从这些描述中将是显而易见的，或者可以通过本发明的实践来了解。
本发明上述和/或其它方面是通过提供一种对机器人的电池充电的充电系统实现的，该充电系统包括充电器；设置在充电器中的、并包括对商用电能整流并且将整流后的电能转换为高频方波信号的高频电流发生器，通过从高频电流发生器提供的高频方波信号产生电磁场的初级电感线圈，和发射由初级电感线圈产生的电磁场的第一端子部分的第一充电部分；以及设置在机器人中的、包括与第一端子部分配合相连的第二端子部分，通过从第一充电部分放射的电磁场产生感应电流的次级电感线圈，和对次级电感线圈产生的感应电流整流并且向电池提供DC电能的DC转换器的第二充电部分。
根据本发明的一个方面，第一端子部分包括可相对于充电器移动的端子部件，和插在端子部件和充电器之间的弹性部件。
根据本发明的一个方面，第二端子部分包括可相对于机器人移动的端子部件，和插在端子部件和机器人之间的弹性部件。
根据本发明的另一个方面，第二端子部分和第一端子部分分别包括一个突起部和突起部容纳部分。
根据本发明的一个方面，突起部和突起部容纳部分中的至少一个设置有导向斜面。
根据本发明的一个方面，在突起部容纳部分中容纳突起部，留出边缘使得突起部可在与对接方向横向的方向移动。
【附图说明】
通过下面结合附图对实施例的描述，本发明这些和/或其它方面和优点将变得更明显和更容易理解：
图1是根据本发明实施例的用于机器人的充电系统的控制方框图；
图2是图1中的用于机器人的充电系统的示意图；
图3是说明当图2中的机器人与在“A”方向偏移的充电器物理接触时的状态的示意图；
图4是说明当图2中的机器人与充电器按一定角度物理接触时的状态的示意图。
【具体实施方式】
现在将详细参考本发明的实施例，和附图中所示的实例，其中同一元件始终使用相同的参考标号。下面参考附图描述实施例以解释本发明。
如图1所示，机器人的充电系统包括充电器10，设置在充电器10中的，包括由对外部提供的商用电能整流的整流器30和将整流器30整流后的电能转换为高频方波信号的逆变器(inverter)32组成的高频电流发生器，通过逆变器32提供的高频方波信号产生电磁场的初级电感线圈40，和发射由初级电感线圈40产生的电磁场的第一端子部分的第一充电部分38。充电系统包括设置在机器人2中的，包括要容纳在第一端子部分中的第二端子部分，通过从第一充电部分38发射的电磁场产生感应电流的次级电感线圈56，和对次级电感线圈56产生的感应电流进行整流并且向电池44提供DC(直流)电能的DC转换器的第二充电部分54。
充电器10中设置的第一充电部分38还包括与机器人20通信的第一无线通信部分36，和响应充电控制器46(后面描述)通过无线通信部分36发送的控制信号来控制逆变器32的功率控制器34。
机器人20中设置的第二充电部分54还包括与充电器10通信的第二无线通信部分48，和通过机器人主控制器50的控制来控制充电器10中设置的功率控制器34的充电控制器46。
整流器30将商用交流电整流为直流电压。整流器30包括桥接二极管和平滑电容器。桥接二极管将商用交流电能整流为直流电压，而平滑器对整流后的直流电压进行平滑。
逆变器32包括开关元件(未示出)，如晶体管。开关元件响应功率控制器34的控制信号执行开/关操作。开关元件的操作使得整流器30的输出电压被转换为高频方波信号。由于高频方波信号被施加到初级电感线圈40，因此初级电感线圈40产生磁场。
第一无线通信部分36用于在充电器10和机器人20之间进行数据通信，并且包括，例如局部RF(射频)通信模块。
功率控制器34最好包括开/关逆变器43的开关元件的微型计算机，以便控制流经初级电感线圈40中的电流。当功率控制器34通过第一无线通信部分36接收到来自充电控制器46的充电开始信号时，功率控制器34控制开关元件的开/关。然后流经初级电感线圈40中的电流在初级电感线圈40中产生磁场。另外，当功率控制器34通过第一无线通信部分36接收到充电结束信号后，功率控制器34关断开关元件并防止电流流经初级电感线圈40。
在此，当充电器10的第一端子部分与机器人20的第二端子部分物理接触后，充电器10的初级电感线圈40接近充电器20的次级电感线圈56。
另外，在充电器10的初级电感线圈40中产生的电磁场在机器人20的次级电感线圈56中感应电流。然后，直流转换器42将感应的电流转换为直流电流。
直流转换器42包括用来将感应的交流电转换为直流电，调节用于机器人20的直流电，然后向电池44提供该电压的电压调节器。
第二无线通信部分48包括局部RF通信模块，并且用于在充电器10和机器人20之间进行数据通信。
当作为电池状态传感器(未示出)检测电池状态的结果，确定需要对电池44充电时，充电控制器46向机器人主控制器50发送该确定。然后，机器人主控制器50控制驱动部分52将机器人20向充电器10移动。机器人主控制器50通过发射和接收光信号控制机器人20的移动。另外，机器人主控制器50控制充电控制器46通过第二无线通信部分48向功率控制器34发射充电控制信号。
还可以提供电池保护电路来保护电池44避免过压或过流，图中没有没有示出该电池保护电路。
如图2所示，充电器10的第一端子部分包括可相对于充电器10移动的端子部件12，和插在端子部件12和充电器10之间的弹性部件14。另外，机器人20的第二端子部分包括突起部22。
端子部件12设置突起部容纳部分16，用于在其中容纳突起部22。在此，突起部22容纳在突起部容纳部分16中，留出边缘以使突起部22能够在对接方向的横向方向移动。因此，即使没有准确地控制机器人20的位置，机器人20也可以在允许误差内偏离地与充电器10物理接触。这样，就可以对机器人20的电池44充电。在此，允许的误差定义了由充电器10的初级电感线圈40产生的电磁场在机器人20的次级电感线圈56中感应电流的位置。
例如，如图3所示，当机器人20与充电器10的物理接触是在“A”方向(左和右)中允许的误差内贴着机器人20和充电器10的对齐线偏出“h”的位置误差时，充电器10的突起部容纳部分16可以容纳机器人20的突起部22。
另外，在根据本发明的用于机器人的充电系统中，在突起部容纳部分16中容纳突起部22，考虑到当充电器10安装时或当突起部22装配在机器人20上时在上下方向出现的位置误差，留出边缘，以使突起部22能够在垂直于对接方向的方向移动。因此，机器人20可以在上下方向的位置偏差内与充电器10物理接触。
突起部22和突起部容纳部分16分别沿着对接方向设置有导向斜面。因此，可以很容易地在突起部容纳部分16中容纳突起部22。
弹性部件14最好包括能够弹性变形并且当在突起部容纳部分16中容纳突起部时能够吸震的弹簧。如图4所示，当没有精确控制机器人20的位置而使机器人20与充电器10的物理接触与机器人20和充电器10的对齐线成“θ”角时，弹性部件14弹性变形。因此，在突起部容纳部分16中容纳机器人20的突起部22，使得机器人20能够在充电位置内与充电器10物理接触。
下面描述根据本发明的机器人充电系统的操作。
首先，充电控制器46根据电池状态传感器检测到的电池状态确定是否需要对电池44充电。当检测到的电池44的电压低于预定的电压电平时，充电控制器46向机器人主控制器50发送该确定。然后，机器人主控制器50控制驱动部分52将机器人20向充电器10移动，从而在端子部件12的突起部容纳部分16中容纳机器人20的突起部22。这时，在突起部容纳部分16容纳突起部22，留出边缘，以使突起部22可以利用能够弹性变形的弹性部件14在对接方向的横向方向移动。因此，即使没有精确地控制机器人20的位置，使得机器人20与充电器10的物理接触与机器人20和充电器10的对齐线成一定角度时，也可以在突起部容纳部分16中容纳突起部22。
当机器人20与充电器10物理接触后，充电控制器46通过第二无线通信部分48向充电器10发送充电控制信号。然后，充电器10的功率控制器34通过第一无线通信部分36接收充电控制信号。功率控制器34控制逆变器32向初级电感线圈40施加高频方波信号，从而使初级电感线圈40产生电磁场。然后，初级电感线圈40的电磁场在次级电感线圈56中感应交流电流。DC转换器42将交流电流转换为直流电流，从而向电池44提供直流电流。
此后，当电池完成充电后，充电控制器46通过第二无线通信部分48向功率控制器34发送电源切断信号，从而停止对电池44充电。
另外，充电控制器46还向机器人主控制器50发送充电结束信号，然后机器人主控制器50控制驱动部分52从突起部容纳部分16中释放突起部22。
这样，在没有精确地控制机器人20的位置时也可以为机器人20的电池44充电。此时，由于电池44是通过电磁场产生的感应电流来充电的，而没有电气插头，因此，带有电池44的机器人20可以避免常规充电系统中由于电气触点端子短路造成的损害。
另外，由于不需要电气触点端子，因此机器人20的设计不需要考虑电气触点端子。这样，本发明的充电系统可以与类似型号的机器人兼容。
在上述实施例中，充电器10的第一端子部分中设置有端子部件12和弹性部件14。然而，端子部件和弹性部件也可以设置在机器人20的第二端子部分中。
在上述实施例中，第二端子部分具有突起部22，而第一端子部分具有在其中容纳突起部22的突起部容纳部分16。然而，也可以是第二端子部分具有突起部容纳部分，而第一端子可以具有突起部。
在上述实施例中，突起部22和突起部容纳部分16都有导向斜面。然而，也可以是突起部22和突起部容纳部分16中的任何一个设置有导向斜面，或者突起部22和突起部容纳部分16都不设置导向斜面。
如上所述，在根据本发明的充电系统中，充电器10的初级电感线圈40中产生的电磁场使机器人20的次级电感线圈56中产生感应电流，从而向电池44提供充电电压。另外，根据本发明的充电系统包括突起部22和突起部容纳部分16，因此不但机器人20可以在即使机器人20的位置没有被精确控制的情况下在充电位置内与充电器10接触，而且在没有电气接触的情况下可以对机器人20的电池44充电。
如上所述，本发明提供一种在机器人和充电器之间没有电气接触的情况下为机器人的电池充电的机器人充电系统。
另外，本发明提供一种即使在没有精确地控制机器人的位置也可以为机器人的电池充电的机器人充电系统。
虽然已经显示并描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的范围由所附权利要求和其等同物定义。