CN105071485A - 一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统及其补给方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统及其补给方法，包括与机器人连接的固定充电器；所述固定充电器包括固定供电部分、超声波接收器和辅助定位系统第一部分；所述机器人包括与所述固定供电部分连接的移动充电部分、与所述超声波接收器连接的超声波发生器、与所述辅助定位系统第一部分连接的辅助定位系统第二部分、主控制器和所述主控制器连接的驱动部分；所述主控制器分别与所述辅助定位系统第二部分、超声波发生器和移动充电部分连接。本发明技术方案可以保证分体式无线充电装置的自动、准确接合，提高巡检机器人能量补给的效率。

Description

一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统及其补给方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，更具体涉及一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统及其补给方法。

背景技术

为了适应建设坚强智能电网的整体需求，电力电缆铺设工作逐年增强,由于隧道电缆内部存在较多不确定因素，受环境影响较为严重，对巡检工作提出了更高的要求，这不仅浪费了大量的人力资源和金钱同时也增加了巡检工作的安全隐患，各种研究证明了采用机器人完成巡检工作室切实可靠的。电缆巡检机器人通过无线网络向外部监控人员实时地传送电缆巡检工作状态、温湿度、安全隐患等相关参数，工作人员可以在无任何危险的情况下监控电缆的运行状态并根据需要作出相应的处理方案。机器人由于其复杂的功能而装备了各种模块，如转换器、电机、摄像机等，因此在长时间工作的情况下，机器人内部能量损失剧烈，电池电量随时处于低水平状态，严重影响了机器人的正常工作。因此需要研究一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，自动地、无监督地实现电池能量补给过程,该过程包括判断电池是否需要充电、完成机器人与充电站的准确对接、同时保证充电效率。这些都是巡检机器人能量补给系统研发工作的重要任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统及其补给方法，可以保证分体式无线充电装置的自动、准确接合，提高巡检机器人能量补给的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，包括与机器人连接的固定充电器；所述固定充电器包括固定供电部分、超声波接收器和辅助定位系统第一部分；所述机器人包括与所述固定供电部分连接的移动充电部分、与所述超声波接收器连接的超声波发生器、与所述辅助定位系统第一部分连接的辅助定位系统第二部分、主控制器和所述主控制器连接的驱动部分；所述主控制器分别与所述辅助定位系统第二部分、超声波发生器和移动充电部分连接。

所述固定充电部分包括整流器、与所述整流器连接的逆变器、与所述逆变器连接的功率控制器和与所述功率控制器连接的一级通信单元；所述逆变器上设有缠绕在一个E型铁芯上的初级线圈。

所述移动充电部分包括直流转换器、与所述直流转换器连接的电池、与所述电池连接的充电控制器和与所述充电控制器连接的二级通信单元；所述二级通信单元与所述一级通信单元相互通信；所述直流转换器上设有缠绕在另一个E型铁芯上的次级线圈。

所述初级线圈的E型铁芯下端设置弹簧机构，用于释放和吸回E型铁芯。

所述辅助定位系统第一部分包括充电继电器和干簧管，在所述充电继电器侧固定一个永磁铁对干簧管进行磁化。

所述辅助定位系统第二部分包括干簧管和常开触点，通过所述常开触点的开断和高低电平的变化向主控制器发送指令，判断两分体式所述E型铁芯是否结合到位。

所述超声波接收器安装在所述机器人运动方向的固定充电站前端；所述超声波发生器安装在所述机器人本体移动方向前端。

所述超声波接收器与所述超声波发生器距离各自对应的E型铁芯的水平距离相等。

一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统的补给方法，包括：

1)当传感器检测到电池的电压低于设定电压阈值时，充电控制器向机器人主控制器发送充电需求指令，主控制器向驱动部分发出驱动信号；

2)超声波发生器接到所述主控制器指令开始发出超声波信号，并不断通过接受信号判断其与充电器的距离；同时，在机器人接近充电器的过程中，辅助定位系统第一部分中的永磁铁逐渐使机器人内部的干簧管磁化，通过吸合常开触点导通充电控制器的控制电路来发送充电指令并判断两分体式所述E型铁芯是否结合到位；

3)充电器与机器人两分体式所述E型铁芯实现物理接合，即完成两分体式E型铁芯上的线圈的对接，所述充电控制器通过二级通信单元向充电器发送充电控制信号，经过转换器获得直流电流向电池供电；当电池完成充电过程后，充电控制器通过二级通信单元发送电源切断信号断其控制电路，分体式E型铁芯失去磁力分开；所述充电器的E型铁芯在弹簧机构作用下复位，从而完成充电过程。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案可以保证机器人在电量不足的情况下通过超声波和辅助定位系统完成分体式无线充电装置的自动、准确接合；

2、本发明技术方案所采用的分体式能量转换结构能够保证整个系统只在需要充电的状态下才进行激活，提高了巡检机器人的工作效率和能量补给效率；

3、本发明技术方案能够更切实可靠的采用机器人完成巡检工作；

4、本发明技术方案节省了大量的人力资源和金钱同时也减少了巡检工作的安全隐患。

附图说明

图1是本发明实施例的分体式能量补给系统控制原理图；

图2是本发明实施例的分体式能量补给系统供电与充电端结构图；

图3是本发明实施例的辅助电路定位系统电路图；

1-次级线圈的E型铁芯，2-初级线圈的E型铁芯，3-超声波发生器，4-超声波接收器。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统及其补给方法，所述系统如图1所示，包括充电器与机器人两个分体部分。其中，设置在充电器中的整流器、逆变器、初级电感线圈、功率控制器和一级通信组成了固定供电部分。机器人内部的次级电感线圈、直流转换器、控制器和二级通信组成了移动充电部分。超声波发生器3和超声波接收器4分别装在机器人和充电器运行轨道的前端，辅助定位系统通过辅助电路与机器人和充电器内部的控制电路相结合实现定位功能。

如图2所示，充电器和机器人中的初级线圈和次级线圈分别缠绕在两个E型铁芯上，次级线圈的E型铁芯为1，初级线圈的E型铁芯为2，构成分体式变压结构，实现电能的传递与转换。初级线圈的E型铁芯2，其铁芯下端设置弹簧机构，在充电开始激活和结束时释放和吸回铁芯。超声波发生器3和超声波接收器4分别装在机器人和充电器运行轨道的前端。

一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统的充电过程包括以下步骤：

1)当传感器检测到电池的电压低于设定电压阈值时，充电控制器向机器人主控制器发送充电需求指令，主控制器向伺服电机驱动部分发出驱动信号，机器人仅开启保证其基本运动和信号处理功能的低能耗模式开始向分体式充电器移动；

2)超声波定位系统位于机器人内部的发生器接到控制器指令开始发出超声波信号，并不断通过接受信号判断其与充电器的距离，通过超声波定位获取最短距离即机器人达到充电位置。如图3所示，在机器人接近充电器的过程中，辅助定位系统固定部分中的永磁铁逐渐使机器人内部的干簧管B磁化，在磁力作用下，常开触点闭合使得电路导通，通过低电平信号向控制器发送充电指令，导通的电路使得电磁铁具有磁性，使干簧管A磁化在磁力的作用下充电器侧的常开触点闭合，使充电器侧的继电器K1导通，继电器K1的常开触点S1闭合控制电源侧开始供电，充电站启动。

3)充电器与机器人两分体式结构在定位系统的引导下实现物理接合，即完成两分体式E型铁芯线圈的对接，充电控制器通过二级通信部分向充电器发送充电控制信号，经过转换器获得直流电流向电池供电。当电池完成充电过程后，充电控制器通过通信系统发送电源切断信号控制电路断开，分体式铁芯失去磁力分开，充电器部分的铁芯在弹簧机构作用下复位，从而完成充电过程。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换。而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：包括与机器人连接的固定充电器；所述固定充电器包括固定供电部分、超声波接收器和辅助定位系统第一部分；所述机器人包括与所述固定供电部分连接的移动充电部分、与所述超声波接收器连接的超声波发生器、与所述辅助定位系统第一部分连接的辅助定位系统第二部分、主控制器和所述主控制器连接的驱动部分；所述主控制器分别与所述辅助定位系统第二部分、超声波发生器和移动充电部分连接。

2.如权利要求1所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述固定充电部分包括整流器、与所述整流器连接的逆变器、与所述逆变器连接的功率控制器和与所述功率控制器连接的一级通信单元；所述逆变器上设有缠绕在一个E型铁芯上的初级线圈。

3.如权利要求2所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述移动充电部分包括直流转换器、与所述直流转换器连接的电池、与所述电池连接的充电控制器和与所述充电控制器连接的二级通信单元；所述二级通信单元与所述一级通信单元相互通信；所述直流转换器上设有缠绕在另一个E型铁芯上的次级线圈。

4.如权利要求2或3所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述初级线圈的E型铁芯下端设置弹簧机构，用于释放和吸回E型铁芯。

5.如权利要求1所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述辅助定位系统第一部分包括充电继电器和干簧管，在所述充电继电器侧固定一个永磁铁对干簧管进行磁化。

6.如权利要求1所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述辅助定位系统第二部分包括干簧管和常开触点，通过所述常开触点的开断和高低电平的变化向主控制器发送指令，判断两分体式所述E型铁芯是否结合到位。

7.如权利要求1所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述超声波接收器安装在所述机器人运动方向的固定充电站前端；所述超声波发生器安装在所述机器人本体移动方向前端。

8.如权利要求1所述的一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统，其特征在于：所述超声波接收器与所述超声波发生器距离各自对应的E型铁芯的水平距离相等。

9.一种电缆巡检机器人分体式能量补给系统的补给方法，其特征在于，包括：

1)当传感器检测到电池的电压低于设定电压阈值时，充电控制器向机器人主控制器发送充电需求指令，主控制器向驱动部分发出驱动信号；

2)超声波发生器接到所述主控制器指令开始发出超声波信号，并不断通过接受信号判断其与充电器的距离；同时，在机器人接近充电器的过程中，辅助定位系统第一部分中的永磁铁逐渐使机器人内部的干簧管磁化，通过吸合常开触点导通充电控制器的控制电路来发送充电指令并判断两分体式所述E型铁芯是否结合到位；

3)充电器与机器人两分体式所述E型铁芯实现物理接合，即完成两分体式E型铁芯上的线圈的对接，所述充电控制器通过二级通信单元向充电器发送充电控制信号，经过转换器获得直流电流向电池供电；当电池完成充电过程后，充电控制器通过二级通信单元发送电源切断信号断其控制电路，分体式E型铁芯失去磁力分开；所述充电器的E型铁芯在弹簧机构作用下复位，从而完成充电过程。