Питание робота-пылесоса NEATO XV-21

На днях поступила претензия от супруги — пылесос отказывается пылесосить. Пришлось вникнуть в проблему и устранить ее. И сегодня я хочу рассказать о системе питания своего домашнего помощника, робота-пылососа Neato XV-21. Это будет первой публикацией из серии, запланированных мной статей, посвященных этому домашнему роботу.

Этот робот-пылесос был приобретен примерно полтора года назад — осенью 2012г. Забегая вперед, скажу, что приобретением доволен и серьезных проблем с ним пока не возникало.

Для этой модели пылесоса используется отдельная док-станция, которую Neato ищет самостоятельно. Производитель рекомендует держать пылесос постоянно подключенным к зарядному устройству, причем слева, и справа от зарядного устройства должно оставаться примерно по 70 см для удобной парковки. Но, как показывает опыт эксплуатации, этому роботу вполне достаточно свободного подъезда лишь с двух сторон.

В этом роботе используется контактная система зарядки, для чего предусмотрены контактные группы на зарядном устройстве (две широкие металлические полоски)

и на самом пылесосе (вот эти два блестящих контакта).

при нахождении на док-станции на индикаторе отображается процесс зарядки

Если все нормально, то полностью заряженных аккумуляторов хватает для очистки примерно 70 квадратных метров. После этого пылесос начинает пищать, писать мольбы на экране и пытается искать зарядное устройство.

Вернусь к проблеме, с которой и началась эта статья. Проявилась она следующим образом. После цикла полной зарядки, если пылесос запустить в работу, буквально через пару минут он сигнализировал о недостаточном заряде батареи. Если его поставить на зарядку он заряжался положенное время и после запуска в работу его хватало опять на пару минут. Первые версии которые пришли в голову — проблема с аккумуляторами, проблема с зарядным устройством. Решил начать с зарядного устройства.

Вскрыв док-станцию (для этого просто необходимо нажать на кнопку в верхней части корпуса), я обнаружил внутри зарядное устройство с аккуратно уложенным проводом.

Зарядное устройство Power System Technologies, модель FA065LS1-02 рассчитано на напряжение 24 В и зарядный ток 2.5 А. Центральный вывод разъема является положительным контактом.

Еще один интересный момент скрывает темное акриловое стекло на лицевой стороне. Если его снять,то взгляду предстанет такая картинка:

Ми видим четыре узких черных (светопоглощающих) и 3 белых полоски, выполненных из световозвращающей пленки. Это своеобразный штрих-код для робота, который нужен для определения местоположения базы в помещении, используя лазерный сканер пылесоса. Если эта область загрязнится, или станет недоступна Neato по какой-либо другой причине, то пылесос не сможет определить местоположение зарядного устройства.

Ничего криминального в зарядном устройстве я не обнаружил, поэтому вернул все на место и принялся за аккумуляторы.

В Neato XV-21 отсеки для аккумуляторов расположены в нижней части пылесоса в непосредственной близости от колес и двигателей. Как видно, таких отсеков два.

Чтобы извлечь аккумулятор, необходимо открутить два шурупа,

аккуратно отсоединить разъем и достать сам аккумулятор. Замечу, что отсек имеет форму самого аккумулятора, что надежно его фиксирует.

Аккумуляторы

По факту, аккумулятор представляет из себя аккумуляторную сборку, состоящую из шести NiMH аккумуляторов McNair, емкостью 3200 мА·ч и суммарным напряжением 7.2 В (6 x 1.2 В = 7.2 В).

Я уже писал в своей статье Разбираемся в аккумуляторах о применении различных типов аккумуляторов в мобильных роботах. Конструкторы Neato остановились на NiMH аккумуляторах. Из-за того, что этот тип аккумуляторов подвержен достаточно высокому уровню саморазряда, производитель и рекомендует держать пылесос, по-возможности, постоянно на зарядке.

Если удалить внешнюю термоусадочную оболочку, то можно обнаружить три дополнительных компонента, используемых для контроля температуры батареи (термистор) и защиты от перегрузки по току, используя термопредохранитель и полимерный самовосстанавливающийся предохранитель. Элементы расположены по обоим сторонам сборки, как показано на фотографиях ниже.

Итак, здесь мы видим 6 NiMH банок и три элемента защиты. Можно заметить, что термистор прилегает лишь к одной из ячеек аккумулятора, а потому температурный контроль осуществляется только по одному из элементов.

Попытки заменить аккумуляторы на Li-ion к успеху не приведут, так как система управления питанием Neato XV-21 сконфигурирована для заряда именно NiMH батарей. Обречены на провал и попытки увеличить время работы пылесоса, заменив аккумуляторы на более емкие, например, с емкостью 4500 мА·ч, так как пылесос ограничивает заряд аккумуляторов только емкостью 3200 мА·ч. Достигается это установкой фиксированного времени заряда. Доказательством этой версии служит то, что если отсоединить полностью заряженные аккумуляторы и воткнуть из вновь, то пылесос вновь будет производить их заряд, а также наличие в меню опции «New battery». Робот сначала производит по таймеру (емкость априорно известна и можно рассчитать время заряда) «быструю» зарядку до уровня 85%. В этом цикле используются термисторы для управления зарядом через ограничение температуры батареи. Здесь нужно учесть зависимость от температуры окружающей среды, которую робот не принимает во внимание. Затем Neato переходит в режим поддерживающего заряда. Вследствие этого, более емкие аккумуляторы на 4500 мА·ч будут заряжаться очень долго (по оценкам, более 30 часов). Но использоваться этот аккумулятор будет как имеющий емкость 3200 мА·ч (запрограммировано время разряда для аакумуляторов именно такой емкости).

Cистема зарядки Neato не учитывает особенности деградации аккумуляторов с течением времени. Из-за этого начинают возникать проблемы со временем работы из-за неправильного режима заряда.

Алгоритм управления питанием

1. При первом включении робота (аккумуляторы разряжены) загружается операционная система и обнуляются счетчики времени работы и времени зарядки.
2. Происходит процесс зарядки и при помощи таймера зарядки определяется ее продолжительность. Через 3 часа робот переключается из режима быстрой зарядки в режим постоянного дозаряда. Так как включенный робот постоянно потребляет энергию (на работу системы управления и контроля), то это не позволяет выйти постоянно заряжающемуся малым током аккумулятору из строя.
3. После запуска на уборку (по таймеру или же в ручном режиме), робот начинает контролировать заряд на аккумуляторных батареях. Как только напряжение снижается до величины 12 В робот возвращается на базу для подзарядки.
4. Вернуться на базу Neato самостоятельно может либо, если полностью разряжены аккумуляторы и необходим полный заряд батарей, либо он разрядился частично, но уборка уже завершена. Если осталось убрать небольшую площадь, то робот заряжается недолго и заканчивает свою работу. Если же по спланированному маршруту работы осталось много — заряжается полностью. Для произведения этих расчетов используется построенная роботом карта помещения и таймер времени работы для определения оставшегося заряда. На основе этого определяется время зарядки.
5. При отключении аккумуляторов от робота, происходит обнуление счетчиков и пылесос не будет знать насколько заряжены его аккумуляторы. Поэтому первый цикл заряда будет неопределенным.

Калибровка аккумуляторных батарей

Если время работы пылесоса сократилось, то можно попробовать произвести калибровку батарей, то есть выровнять заряд во всех банках батареи. Это можно сделать, в том числе, следующим образом. Пусть пылесос поработает до того момента, пока не будет проситься на зарядку (помещаете пылесос в комнату, где нет его зарядки и закрываете в нее дверь, чтобы он сам не смог до нее доехать). Оставьте его со светящимся экраном — пусть продолжает разряжать аккумуляторы. Когда экран погаснет, попробуйте еще несколько раз включить его. Neato будет включаться и сразу же выключаться, но батареи продолжат при этом разряжаться. После того, как он совсем перестанет реагировать (состояние глубокого разряда) поместите его на зарядную станцию и выберете в меню пункт «New battery». Когда пылесос зарядится, немного оттащите его от базы — Neato самостоятельно к ней пододвинется и возобновит зарядку. Когда постоянно будет гореть зеленый индикатор, показывая полный заряд — запустите его в работу. Это должно помочь лишь в том случае если дело было в неправильной первой зарядке после покупки пылесоса (производитель рекомендует заряжать несколько часов). Также причиной может быть и сам робот, который не дает аккумулятором разрядится полностью, тем самым, постепенно сокращая время работы.

Если, конечно, одна из банок в аккумуляторе вышла из строя — эта процедура как «мертвому припарки». Необходимо либо заменить вышедшую из строя банку, либо менять весь аккумулятор.

Схема управления питанием

Пока в таком виде, как перерисую — сразу выложу нормальный вариант

Первое, что я решил сделать — это просто попробовать переткнуть разъемы и посмотреть на результат. И о счастье! Помогло. Пылесос зарядился и после запуска, пропылесосил всю квартиру и вернулся обратно на зарядку. Скорее всего, проблема была в отсутствии контакта на каком-то из двух внутренних штырьков разъема, используемых во время процесса зарядки и аккумуляторы просто недозаряжались.

Правду говорят,

Проблема решена, жена довольна, а я чуть подробнее разобрался с тем как устроено питание в роботе-пылесосе Neato XV-21 .

[add_ratings]