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研究生: 許榮挺
Hsu, Jung-Ting
論文名稱: 輔以電池殘電監控機器人之智慧型充電站設計
Design of the Intelligent Charging Station Supplemented by Monitoring Residual Capacity of Battery for Robot
指導教授: 王榮泰
Wang, Rong-Tyai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 充電站庫倫檢測法機器人
外文關鍵詞: charging station, coulomb counting measurement, robot
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  • 電池已被廣泛應用於日常生活中的各層面之上,因此如何掌控電池實際的運轉狀態,實為一門相當重要且具實務的研究課題。本論文主要研製一個輔以電池殘量監控之充電站,透過精確的電池殘量估測方法,並搭配人機操作介面,來針對電池的各種參數做即時的監控。另外當電池因電量快耗盡,返回充電站附近時,能藉由充電站發射三種不同紅外線編碼訊號來導引機器人進入充電站,而充電站的設計主要是以旋轉機構平台來輔助車體接觸充電站來進行充電的動作,充電站上的充電電路模組則是以降壓式轉換器硬體架構和混合式充電方法來完成電池的充電動作。
    實驗結果顯示在電池輸出容量方面,由本文所提出的電池殘量估測方法,可以準確的預估電池的殘電量,以及在自動充電定位方面也能夠順利藉由紅外線導引機器人返回充電站執行充電動作。

    The batteries have been widely used in the daily lives. Therefore, the status of batteries is very important for users. A supplemented remaining battery level monitoring of the charging station is implemented and developed in the thesis. Using an accurate remaining battery level estimation method and man-machine interface, user can be real-time monitoring the battery. The robot needs to return to the nearby charging station while its power closes to exhaustion. The charging station emits three different infrared encoded signals to guide the robot into the station. The charging station is designed mainly as a rotating mechanism for assisting the vehicle platform to the contact the station for charging operation. The charging circuit module is based on a buck converter architectures and hybrid battery charging method to complete the charging operation.
    A battery residual power estimation method is proposed. Experimental results are shown in terms of output capacity of the battery. This design of the entire system can accurately estimate the charge of the battery and show the position for charging a robot.

    中文摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VI 目錄 VII 圖目錄 XI 表目錄 XIV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 主要貢獻 3 1.4 論文架構 4 第二章 技術回顧 5 2.1 電池容量檢測技術 5 2.2 自動充電定位技術 6 2.3 快速充電技術 7 第三章 電源管理系統之架構 8 3.1 機器人電量監控系統 8 3.2 高分子鋰電池介紹 10 3.2.1 電池的種類與特性 10 3.2.2 高分子鋰電池構造與特性 11 3.3 電池容量檢測方法 13 3.3.1 開路電壓法 14 3.3.2 加載電壓法 14 3.3.3 內阻法 15 3.3.4 庫倫檢測法 16 3.3.5 各種電池殘餘電量檢測方法之比較 17 3.4 實驗之硬體架構 18 3.4.1 微控制器PIC18F4520 18 3.4.2 高分子鋰電池 21 3.4.3 藍芽無線模組 22 3.4.4 電流感測IC 23 3.4.5 電量偵測電路 24 3.5 人機操作介面 25 3.6 殘餘電量偵測實驗規劃 26 3.6.1 初始電量量測 26 3.6.2 改良式庫倫量測法 28 3.6.3 電池殘餘電量估測流程圖 31 3.7 充電方法比較 31 3.7.1 定電壓充電法 32 3.7.2 定電流充電法 33 3.7.3 定電流切換定電壓充電法 34 第四章 充電站設計與硬體電路分析 36 4.1 充電站機構設計 37 4.2 自動回歸裝置設計 38 4.2.1 紅外線發射&接收模組 38 4.2.2 實驗機器人載體 40 4.2.3 自動回歸感測實驗流程 43 4.3 充電站硬體設備 44 4.3.1 I²C 45 4.3.2 微動開關 48 4.3.3 電磁鐵 48 4.3.4 降壓式轉換器 49 4.3.5 緩衝電路 53 4.3.6 回授電路 54 4.4 充電系統實驗規劃 55 第五章 實驗結果分析與探討 57 5.1 電池殘量預估實驗分析 57 5.1.1 開路電壓與電量關係建置實驗結果分析 57 5.1.2 加成電流估測實驗結果分析 65 5.2 電池殘電量估測實驗結果 66 5.3 充電電路模組實驗結果 68 5.4 自動充電定位實驗 69 第六章 結論與建議 71 參考文獻 73

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