一种水下机器人的外挂电池及充电系统

技术领域

本发明属于液体中充电技术改进领域，尤其涉及一种水下机器人的外挂电池及充电系统。

背景技术

现有的水下机器人电池，实际上是挂载在机器人内部的电池组，分主电池组和应急电池组（备用电池），主电池组和备用电池组不能相互替代和补充，也即是主电池组用完了，可以通过内部切换或者开关切换到备用电池组，而备用电池组续航用完了，不能随时更换，续航时间短。而且备用电池不能给主电池组充电，水下机器人要及时返航。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下机器人的外挂电池及充电系统，旨在解决上述的技术问题。

本发明是这样实现的，一种水下机器人的外挂电池，所述水下机器人的外挂电池包括储电单元、PCB控制板及水密连接单元，所述储电单元通过PCB控制板连接所述水密连接单元，所述PCB控制板，用于控制储电单元中的电能到水密连接单元的导通与电量的控制，使得在稳定安全的状态下进行工作。

本发明的进一步技术方案是：所述PCB控制板上设有充电单元、开关单元、LED驱动单元及微控制器，所述微控制器的输出端分别连接所述开关单元的控制端、充电单元的控制端及LED驱动器的控制端，所述开关单元的输出端分别电性连接所述LED驱动单元的供电端及储电单元的充电端，所述微控制器双向通信连接所述水密连接单元，所述水密连接单元的输出端电性连接所述开关单元的输入端，所述充电单元的输出端电性连接所述水密连接单元的输入端。

本发明的进一步技术方案是：所述水密连接单元采用的是水密接插件，所述水密接插件为防水公端插头。

本发明的进一步技术方案是：所述微控制器接收指令，按照指令进行动作控制控制充电单元开启充电使能对机器人和内部电池进行充电，控制LED驱动单元显示充电状态或工作状态信息。

本发明的进一步技术方案是：所述储电单元采用的大功率的蓄电池组。

本发明的进一步技术方案是：所述充电单元通过接受微控制器的控制，按照下发的指令执行对机器人充电，所述充电单元采用的BQ24617系统芯片。

本发明的进一步技术方案是：所述微控制器采用的是STM32F031G4U6芯片构成的单片机。

本发明的另一目的在于提供一种水下机器人的充电系统，所述水下机器人的充电系统包括外挂电池、水下机器人ROV及防水母端插座，所述外挂电池设于所述水下机器人ROV的底部安装导轨上，所述防水母端插座设于所述水下机器人ROV上，所述外挂电池的连接单元插接于所述防水母端插座上。

本发明的进一步技术方案是：所述外挂电池与所述水下机器人ROV通过水密接插件连接好后，水下机器人ROV通过接口给外挂电池MCU供电，通过异步串行口自动的向下发送通信请求指令信号，间隔1S连续不断发送，外挂电池检测到水下机器人ROV下发的指令信号，向水下机器人ROV反馈当前设备的机器识别码，水下机器人ROV接到机器识别码作出判断是为外挂设备，按照双方约定协议实现相互通信与操作指示，通信成功后，外挂电池自动打开充电IC BQ24617的充电使能，输出电源给水下机器人ROV供电和内部电池充电。

本发明的进一步技术方案是：所述水下机器人ROV通过通信指令调节外挂电池的LED灯、灭、闪烁、亮度调节实现照明应用。

本发明的进一步技术方案是：所述外挂电池接上充电适配器由适配器供电，外挂电池启动检测程序，检测是否有水下机器人ROV下发的通信指令，等待时间3S内没有检测到为通信失败，检测INT脚状态信号是否发生翻转，若翻转，则充电接入，外挂电池转为接充电适配器状态，微控制器输出控制信号到开关单元，开关单元给外挂电池充电，LED驱动单元闪烁指示为外电充电状态。

本发明的有益效果是：外挂电池使用在ROV上可以方便安装，更换容易；外挂电池与ROV连接供电自动识别，实现无缝切换，电源管理更优化；单个外挂电池的续航时间可延长2h，一次可以搭配多个外挂电池使用，极大的提高ROV的续航能力；外挂电池带LED功能，实现照明与状态指示；外挂电池方便携带，智能识别适配器，充电方便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的水下机器人的外挂电池的电路结构框图。

图2是本发明实施例提供的外挂电池与水下机器人的连接方式的电气原理图。

图3是本发明实施例提供的外挂电池给水下机器人充电的逻辑交互过程电气原理图。

图4是本发明实施例提供的外挂电池给自身充电的连接方式的电气原理图。

图5是本发明实施例提供的外挂电池和DC适配器的逻辑交互过程的电气原理框图。

图6是本发明实施例提供的外挂电池LED灯状态指示的电气原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的水下机器人的外挂电池，该外挂电池包括用于进行密闭的水密电池外壳，在水密电池外壳内设有储电单元，设于水密电池外壳内的PCB控制板，在水密电池外壳上设有水密连接单元，通过水密连接单元与水下机器人进行连接，对机器人进行充电，储电单元通过PCB控制板连接所述的连接单元，通过PCB控制板控制储电单元对水密连接单元供电，使该外挂电池能够对外充电，结构简单，充电方便安全，供电时间长；储电单元采用的是蓄电池组构成。

在PCB控制板上设有充电单元、开关单元、LED驱动单元及微控制器，微控制器的输出端分别连接开关单元的控制端、充电单元的控制端及LED驱动器的控制端，开关单元的输出端分别电性连接所述LED驱动单元的供电端及储电单元的充电端，微控制器双向通信连接所述水密连接单元，水密连接单元的输出端电性连接所述开关单元的输入端，所述充电单元的输出端电性连接所述水密连接单元的输入端；所述微控制器接收指令，按照指令进行动作控制控制充电单元开启充电使能对机器人和内部电池进行充电，控制LED驱动单元显示充电状态或工作状态信息。利用微控制器总控控制上述各个单元的协调进行工作，保证了该PCB控制板的安全和稳定性。

外挂电池设计为水下机器人的一个配件与机器人搭配使用，可以方便的安装在ROV的底部安装导轨上；拆卸也可以从导轨上轻松取下来。连接方式是通过一个水密接插件和ROV连接。外观电池端为防水公端插头，ROV端为防水母端插座。两者连接关系如图2所示。

外挂电池和ROV通过防水插头连接好后，ROV机器人会通过接口给外挂电池MCU上电，同时通过异步串行口自动的向下发送通信请求指令信号，间隔1S连续不断发送。外观电池检测到下发的指令信号后，主动向ROV返回当前设备的机器识别码，ROV接到机器识别码后作出判断是什么外挂设备，按照双方约定的协议实现相互通信与操作指示。通信成功后，外挂电池自动打开充电IC BQ24617的充电使能，输出电源给ROV供电和内部电池充电。使ROV内部电池处在充电状态，不提供电源消耗输出，可以大大的提高ROV的续航能力。同时驱动LED闪烁指示充电状态。外挂电池使用大容量的电池组，能提供持续110Wh的功率输出，续航时间可增加到2h。当外挂电池电量耗尽后，可以一键请求ROV上浮，更换新的外挂电池配件后，又可以重新给ROV续电工作。如图3所示。

外挂电池电量耗尽，可以方便的通过船上输出或者家用DC适配器输出25.2V给外挂电池充电。连接方式还是通过相同的一个水密接插件和适配器连接。外观电池端为防水公端插头，适配器端为防水母端插座。两者连接关系如图4所示。

外挂电池接上充电适配器后，由适配器输出上电，外挂电池启动检测程序，检测是否有ROV下发的通信指令，等待时间3S内没检测到，意味通信失败；同时检测INT脚状态信号是否发生翻转，如果翻转意味着充电接入，外挂电池转为接充电适配器状态。MCU输出控制信号到切换电路，切换电源给外挂电池充电。LED灯闪烁指示外电充电状态。如图5所示。

当外挂电池给ROV充电时，可指示不同的充电状态：充电中，充电完成，充电异常（过压过流过温等）；当适配器给外挂电池充电时，可指示充电中，充电完成状态。ROV可以通过通信指令调节外挂电池的LED亮、灭、闪烁、亮度调节，实现不同的照明应用，可以配合水下摄像机完成水下环境作业需求。如图6所示。

本发明的另一目的在于提供一种水下机器人的充电系统，所述水下机器人的充电系统包括外挂电池、水下机器人ROV及防水母端插座，所述外挂电池设于所述水下机器人ROV的底部安装导轨上，所述防水母端插座设于所述水下机器人ROV上，所述外挂电池的连接单元插接于所述防水母端插座上。

本发明的进一步技术方案是：所述外挂电池与所述水下机器人ROV通过水密接插件连接好后，水下机器人ROV通过接口给外挂电池MCU供电，通过异步串行口自动的向下发送通信请求指令信号，间隔1S连续不断发送，外挂电池检测到水下机器人ROV下发的指令信号，向水下机器人ROV反馈当前设备的机器识别码，水下机器人ROV接到机器识别码作出判断是为外挂设备，按照双方约定协议实现相互通信与操作指示，通信成功后，外挂电池自动打开充电IC BQ24617的充电使能，输出电源给水下机器人ROV供电和内部电池充电。

本发明的进一步技术方案是：所述水下机器人ROV通过通信指令调节外挂电池的LED灯、灭、闪烁、亮度调节实现照明应用。

本发明的进一步技术方案是：所述外挂电池接上充电适配器由适配器供电，外挂电池启动检测程序，检测是否有水下机器人ROV下发的通信指令，等待时间3S内没有检测到为通信失败，检测INT脚状态信号是否发生翻转，若翻转，则充电接入，外挂电池转为接充电适配器状态，微控制器输出控制信号到开关单元，开关单元给外挂电池充电，LED驱动单元闪烁指示为外电充电状态。

外挂电池使用在ROV上可以方便安装，更换容易；外挂电池与ROV连接供电自动识别，实现无缝切换，电源管理更优化；单个外挂电池的续航时间可延长2h，一次可以搭配多个外挂电池使用，极大的提高ROV的续航能力；外挂电池带LED功能，实现照明与状态指示；外挂电池方便携带，智能识别适配器，充电方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。