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TWI704744B - 使用移動機器人電池的電源橋接裝置 - Google Patents

使用移動機器人電池的電源橋接裝置 Download PDF

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TWI704744B
TWI704744B TW108111172A TW108111172A TWI704744B TW I704744 B TWI704744 B TW I704744B TW 108111172 A TW108111172 A TW 108111172A TW 108111172 A TW108111172 A TW 108111172A TW I704744 B TWI704744 B TW I704744B
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mobile robot
battery
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汪仁川
羅子喚
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威達高科股份有限公司
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Abstract

本發明揭露一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置，包含：一電源管理單元(Power management unit，以下簡稱PMU)，耦接至外部的一移動機器人，用以接收來自移動機器人的一電池，並監控該電池，並由該電池提供一電源；一控制單元，耦接至該PMU，依據該PMU所提供之該電源進行運作，且當該控制單元被該PMU喚醒時，該控制單元與該移動機器人通過一交握(handshake)協定，並取得該移動機器人的一電池控制，該控制單元依據該PMU進行判斷該移動機器人的該電池是否足夠以執行一裝置充電；一直流/直流轉換器(DC/DC converter)，耦接至該PMU與該控制單元，依據該控制單元轉換該電源至所需的電壓值，以輸出一直流電源；一直流/交流轉換器(DC/AC inverter)，耦接至該PMU與該控制單元，依據該控制單元轉換該電源以輸出一交流電源。

Description

使用移動機器人電池的電源橋接裝置
本發明係關於一種電源橋接裝置，尤指一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置。
隨著科技的進步，移動式機器人(mobile robot)越來越普遍，移動式機器人(例如：iRobot、Lawn Mowers等)在家庭中越來越普遍，在不執行主要工作(例如：掃地，割草等)時都會在充電或待命中，因此我們可以利用此機器人的充電電池加上本發明裝置來解決我們生活上的不便，使生活更便利。
若當要使用家中充電式工具或電子產品時，電池正處於低電量狀態，即使立即充電也來不及；或要使用小型家電卻找不到交流電插座或延長線，故移動式機器人的充電電池可轉變為家中備用或緊急救援的電源，將使未來生活更加的便利。
本發明是利用各種移動式機器人之電池的電源橋接裝置。
本發明為一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置，包含：一電源管理單元(Power management unit，以下簡稱PMU)，耦接至外部的一移動機器人，用以接收來自移動機器人的一電池，並監控該電池，並由該電池提供一電源；一控制單元，耦接至該PMU，依據該PMU所提供之該電源進行 運作，且當該控制單元被該PMU喚醒時，該控制單元與該移動機器人通過一交握(handshake)協定，並取得該移動機器人的一電池控制，該控制單元依據該PMU進行判斷該移動機器人的該電池是否足夠以執行一裝置充電；一直流/直流轉換器(DC/DC converter)，耦接至該PMU與該控制單元，依據該控制單元轉換該電源至所需的電壓值，以輸出一直流電源；一直流/交流轉換器(DC/AC inverter)，耦接至該PMU與該控制單元，依據該控制單元轉換該電源以輸出一交流電源。
本發明為一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置，包含：一電力傳送(Power Delivery，以下簡稱PD)控制單元，耦接至一通用序列匯流排(Universal Serial Bus，以下簡稱USB)接口，該PD控制單元與一待充電裝置連結後，透過一PD協定來決定充電配置，且該充電配置為該待充電裝置所需之電壓，並控制直流/直流轉換器調整至所需之電壓輸出準位，之後並透過一電源開關將電源傳送至USB接口，使該PD控制單元輸出更精準的電壓與電流至待充電裝置；其中，當該待充電裝置連結至該USB接口時，則該控制單元依據該待充電裝置之一充電請求決定是否自該電源管理單元傳輸該電源至該直流/直流轉換器，以輸出一直流電源至該待充電裝置。
本發明為一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置，其中當電源管理單元未耦接至外部的該移動機器人時，則該控制單元或該PD控制單元為一待機狀態或一休眠狀態。
本發明為一種使用移動機器人電池的橋接方法，包含：接收來自一待充電裝置的一充電請求；連結一移動機器人並通過一交握協定，並取得該移動機器人的一電池控制；依據該電池控制，監控該電池，並由該電池提供一電源；判斷該移動機器人的該電池是否足夠來決定是否執行一充電；依據該充電請求輸出一直流電流或一交流電流至該待充電裝 置。
101:PMU
102:控制單元
103:直流/直流轉換器
104:直流/交流轉換器
105:PD控制單元
MR:移動機器人
MB:電池
100、200:使用移動機器人電池的電源橋接裝置
圖1顯示本發明於一實施例之示意圖。
圖1A顯示當使用者需要使用移動機器人MR的電源時一實施例之操作步驟。
圖2顯示本發明於一實施例之示意圖。
圖2A顯示當使用者需要使用移動機器人MR內的電池MB時一實施例之操作步驟。
圖3顯示當使用者需要使用移動機器人MR的電源時一實施例之操作步驟
請參考圖1，圖1顯示本發明於一實施例之示意圖。本發明為一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置100，包含：PMU 101、控制單元102、直流/直流轉換器103、直流/交流轉換器104、PD控制單元105。PMU 101耦接至外部的一移動機器人MR，用以接收來自移動機器人的一電池MB之電源，並監控電池MB，並由電池MB提供電源。控制單元102耦接PMU 101，依據PMU 101所提供之電源進行運作。
請注意，當PMU 101未耦接至外部的移動機器人MR時，則控制單元102或PD控制單元105為一待機狀態或一休眠狀態。當MU 101耦接至外部的移動機器人MR時，則控制單元102或PD控制單元105被PMU 101喚醒或致能。
當控制單元102被PMU 101喚醒時，控制單元102與移動機器人MR將進行一協定以取得移動機器人MR的電池控制權力，在本實施例中係通過一交握(handshake)協定，並取得移動機器人MR的一電池控制；接著，控制單元102依據PMU 101進行判斷移動機器人MR的內部電池MB是否足夠，來決定是否執行一充電；一直流/直流轉換器103，耦接至PMU 101與控制單元102，直流/直流轉換器103依據控 制單元102之控制訊號轉換電源至所需的電壓值，以輸出一直流電源；一直流/交流轉換器104，耦接至PMU 101與控制單元102，直流/交流轉換器104依據控制單元102之控制訊號轉換電源以輸出一交流電源以供使用者使用。
一PD控制單元105，耦接至一USB接口106，PD控制單元105與一待充電裝置(圖未示)連結後，透過PD通訊決定充電配置並控制直流/直流轉換器103調整至所需之電壓輸出準位，之後並透過一電源開關107將電源傳送至USB接口106輸出更精準的電壓與電流至待充電裝置；其中，當待充電裝置連結至USB接口106時，因USB接口106耦接至控制單元102，故控制單元102依據一充電請求決定是否自PMU 101傳輸電源至該直流/直流轉換器103。
在一實施例中，充電配置所指的涵義是若此充電裝置它的最大充電能力為PDP(PD Power)Watt瓦特規格，那麼可以充電的配置可以是電壓與電流乘積的關係；例如：最大PDP=45W，則對應的快速充電配置是20V@2.25A、15V@3A...；或是用一般較低瓦數進行充電，則其充電配置可能是5V@3A、10V@1A，故本發明PD充電的進行是可以動態調整電壓與電流的配置。
請注意，本發明使用移動機器人電池的電源橋接裝置100可以針對無內建橋接器的移動機器人，利用電源橋接裝置100使兩台移動機器人的電力可串連並累加提供，多台移動機器人的情況亦同理；另外，於一實施例中電源開關107亦可控制一電壓匯流排(Voltage Bus，以下簡稱VBUS)電源是否提供給該待充電裝置。
請參考圖1A，以下詳細說明當使用者需要使用移動機器人MR的電源時一實施例之操作步驟：
(1)接收來自一待充電裝置的一充電請求，PMU101耦接至外部的一移動機器人MR，控制單元102與PD控 制單元105同時被PMU 101喚醒或致能。
(2)控制單元102會與移動機器人MR的控制單元(圖未示)進行交握協定，以取得移動機器人MR的電池控制權。
(3)控制單元102透過PMU 101得知移動機器人MR電池目前的電量大小，是否足以提供直流或交流電源，若電量不足則跳到步驟(8)，若電量充足則繼續執行。
(4)根據使用者設定直流或交流電源所需電壓，控制單元102會自動控制直流/直流轉換器103及直流/交流轉換器104提供正確的電源輸出。
(5)若使用者使用的USB接口106為USB TYPE-C接口所實現時，則PD控制單元105會與待充電裝置溝通，PD控制單元105透過PD協定決定充電配置並控制直流/直流轉換器103調整至所需之電壓輸出準位，之後透過電源開關107將電源傳送至USB接口106提供更精準的電壓與電流給待充電裝置。
(6)若使用者將待充電裝置接上，使用中的插座旁之LED會亮起顯示正在使用中。
(7)待使用電源完畢，或充電已完成控制單元102會停止供電，插座旁之LED會關閉。
(8)若使用者不需使用移動機器人MR的電源或電池MB電源不足時，則控制單元102會將移動機器人MR的電池控制權交還給移動機器人MR的控制單元。
(9)回復到移動機器人MR原始功能模式。
請參考圖2，圖2顯示本發明於一實施例之示意圖。使用移動機器人電池的電源橋接裝置200與100差異在於，使用移動機器人電池的電源橋接裝置200顯示電池MB係直接與移動機器人的電源橋接裝置200連結，意即電池MB係脫離移動機器人MR之本體與移動機器人的電源橋接裝置200連結。
請同時參考圖2A，在本實施例中，當使用者需要使用移動機器人MR內的電池MB時，則包含下列步驟：
(1)要拿出電池MB前，移動機器人MR的控制單元會將目前的運作(current status)存入非揮發性記憶體內，移動機器人MR的控制單元進入休眠(hibernate state)。
(2)透過PMU 101得知電池MB目前的電量大小，是否足以提供直流或交流電源，若電量不足則跳到步驟(7)，若電量充足則繼續執行。
(3)根據使用者設定直流或交流電源所需電壓，控制單元102會自動控制直流/直流轉換器103及直流/交流轉換器104提供正確的電源輸出。
(4)若使用者使用的USB接口106為USB TYPE-C接口所實現時，則PD控制單元105會與待充電裝置溝通，透過電源開關107以提供更精準的電壓與電流給待充電裝置。
(5)若使用者將待充電裝置接上，用中的插座旁之LED會亮起顯示正在使用中。
(6)待使用電源完畢，或充電已完成控制單元102會停止供電，插座旁之LED會關閉。
(7)若使用者不需使用電池MB或電池MB電源不足時，則控制單元102會進入自動關機模式。
(8)使用者自裝置200拿出電池裝回移動機器人MR，移動機器人MR會將非揮發性記憶體內儲存的目前的運作讀出，離開休眠模式，回復到休眠前運作狀態。
請參考圖3，以下詳細說明當使用者需要使用移動機器人MR的電源時一實施例之操作步驟：
(1)接收來自一待充電裝置的一充電請求，PMU101耦接至外部的一移動機器人MR，控制單元102與PD控制單元105同時被PMU 101喚醒或致能。
(2)控制單元102會與移動機器人MR的控制單 元(圖未示)進行交握協定，以取得移動機器人MR的電池控制權。
(3)控制單元102透過PMU 101得知移動機器人MR之電池MB目前的電量大小，是否足以提供直流或交流電源，若電量不足則跳到步驟(8)，若電量充足則繼續執行。
根據使用者設定直流或交流電源所需電壓，控制單元102會自動控制直流/直流轉換器103及直流/交流轉換器104提供正確的電源輸出。
(5)若使用者使用的USB接口106為USB TYPE-C接口所實現時，則PD控制單元105會建立與待充電手持裝置的充電規格與行為，並與手持裝置建立USB連線，控制單元102透過與PMU 101溝通知道電池相關電流與電壓數據，經過計算得到電池的電量與健康狀況，並透過的USB接口106回報給手持裝置，手持裝置會透過APP顯示相關訊息給使用者。
(6)若使用者待充電裝置是沒有螢幕的電子產品，控制單元102會將移動機器人MR之電池MB的電量狀況利用LED指示燈顯示(例如：綠燈表電量>30%；綠燈閃爍表剩餘電量低於30%；紅燈表電量低於10%等)。
(7)若使用者將待充電裝置接上，使用中的插座旁之LED會亮起顯示正在使用中。
(8)待使用電源完畢，或充電已完成控制單元102會停止供電，插座旁之LED會關閉。
(9)若使用者不需使用移動機器人MR的電源或電池MB電源不足時，則控制單元102會將移動機器人MR的電池控制權交還給移動機器人MR的控制單元。
(10)回復到移動機器人MR原始功能模式。
綜上所述，將移動機器人MR的電池MB透過內建接頭到本發明的使用移動機器人電池的電源橋接裝置，本發明的電源橋接裝置可提供一個或數個交流電源、一個或數 個直流電源，例如：14.8v 6400mAh的電池，透過交流轉換器轉換成交流110v電源，經由交流電插座使用風扇、PC/NB、家用音響等.透過直流轉換器轉換成直流18v/5v電源，經由直流電插口(USB type-C)可使用充電式工具機，電子產品(例如：智慧型手機/平板電腦)。由於在家中或戶外就有一移動電源可用，不用到處找插座，當充電式工具機、電子產品忘記充電也有備用電力可用。
101:PMU
102:控制單元
103:直流/直流轉換器
104:直流/交流轉換器
105:PD控制單元
MR:移動機器人
MB:電池
100:使用移動機器人電池的電源橋接裝置

Claims (6)

  1. 一種使用移動機器人電池的電源橋接裝置，包含：一電源管理單元(Power management unit，PMU)，耦接至外部的一移動機器人，用以接收來自該移動機器人的一電池，並監控該電池，且由該電池提供一電源；一控制單元，耦接至該電源管理單元，依據該電源管理單元所提供之該電源進行運作，且當該控制單元被該電源管理單元喚醒時，該控制單元與該移動機器人通過一交握(handshake)協定，並取得該移動機器人的一電池控制，該控制單元依據該電源管理單元進行判斷該移動機器人的該電池是否足夠以執行一裝置充電；一直流/直流轉換器(DC/DC converter)，耦接至該電源管理單元與該控制單元，該直流/直流轉換器依據該控制單元轉換該電源至所需的電壓值，以輸出一直流電源；以及一直流/交流轉換器(DC/AC inverter)，耦接至該電源管理單元與該控制單元，該直流/交流轉換器依據該控制單元轉換該電源以輸出一交流電源。
  2. 根據請求項1所述的裝置，其中，該裝置更包含：一電力傳送(Power Delivery，以下簡稱PD)控制單元，耦接至一通用序列匯流排(Universal Serial Bus，以下簡稱USB)接口，該PD控制單元與一待充電裝置連結後，透過一PD協定來決定一充電配置，且該充電配置為該待充電裝置所需之電壓，並透過一電源開 關將該電源傳送至該USB接口輸出更精準的電壓與電流至一待充電裝置；其中，當該待充電裝置連結至該USB接口時，因該控制單元耦接至該USB接口，故該控制單元可依據該待充電裝置之一充電請求決定是否自該電源管理單元傳輸該電源至該直流/直流轉換器，以輸出一直流電源至該待充電裝置。
  3. 根據請求項2所述的裝置，其中，當該電源管理單元未耦接至外部的該移動機器人時，則該控制單元或該PD控制單元為一待機狀態或一休眠狀態。
  4. 根據請求項3所述的裝置，其中，該充電請求為該電源管理單元監測該USB接口之該交握協定來決定。
  5. 根據請求項4所述的裝置，其中，該電源開關控制一電壓匯流排(Voltage Bus，簡稱VBUS)電源是否提供給該待充電裝置。
  6. 根據請求項5所述的裝置，其中，當該裝置不需要對該待充電裝置進行充電或該電池電源不足時，則該控制單元交還該電池控制給該移動機器人。
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