CN106253421A - 巡线机器人感应取电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巡线机器人感应取电系统，属于机器人技术领域。所述巡线机器人感应取电系统包括由导磁材料构成的可闭合磁回路的巡线机器人，所述巡线机器人上设置有取电装置和用于控制磁回路的开合控制机构，所述取电装置包括缠绕在磁回路上的若干匝数的线圈。与现有技术相比，本发明的巡线机器人感应取电系统具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够保证巡线机器人长时间持续工作，提高巡线效率和安全性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种巡线机器人感应取电系统。
背景技术
采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。电力线及杆塔附件长期暴露在野外,因受到持续的机械张力、电气闪烙、材料老化的影响而容易产生断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时修复更换,原本微小的破损和缺陷就可能扩大,最终导致严重事故,造成大面积的停电和巨大的经济损失。巡线机器人技术的发展,为高压输电线的检查工作提供了新的技术手段，巡线机器人能够对线路进行巡视、检修，为电力系统的正常运行提供有效的保障。
巡线机器人在线路上需要完成行走、跨越障碍物、清理杂物、视频及图像传输等工作，这就需要足够的电力供应。现有技术中巡线机器人使用的是普通的充电电池，如镍氢电池、锂电池等，由于巡线机器人工作环境的特殊性，自身不可能携带很大的电池，因此巡线机器人每工作一段时间就需要取下充电或更换电池，这就给巡线机器人长时间持续工作带来了障碍，降低了巡线效率，且增加了危险性，这些因素会极大地限制巡线机器人的广泛使用。因此，有必要提供一种能够保证巡线机器人长时间持续工作，提高巡线效率和安全性的取电装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种保证巡线机器人长时间持续工作，提高巡线效率和安全性的巡线机器人感应取电系统。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种巡线机器人感应取电系统，包括由导磁材料构成的可闭合磁回路的巡线机器人，所述巡线机器人上设置有取电装置和用于控制磁回路的开合控制机构，所述取电装置包括缠绕在磁回路上的若干匝数的线圈。
进一步的，所述巡线机器人包括机架，所述机架上设置有至少一个行走单元，其中：
所述行走单元包括一个行走轮支架，所述行走轮支架上设置有行走轮，所述线圈缠绕在所述行走轮支架上，所述行走单元上还设置有用于与所述行走轮支架共同形成磁回路的导磁杆，所述开合控制机构控制所述行走轮支架和导磁杆相互对接或分离；
或者，所述行走单元包括用于形成磁回路的一对可在侧向方向转动的剖分轮支架，所述开合控制机构控制所述剖分轮支架相互对接或分离，所述剖分轮支架上还设置有剖分轮，所述剖分轮支架包括主动剖分轮支架和从动剖分轮支架，所述主动剖分轮支架和从动剖分轮支架上均设置有线圈且所述线圈的缠绕方向相同。
进一步的，所述行走轮、行走轮支架、导磁杆和开合控制机构设置有导磁材料，以形成闭合的磁回路；
或者，所述剖分轮支架、剖分轮和开合控制机构设置有导磁材料，以形成闭合的磁回路；
或者，所述剖分轮上部设置有相互对接或分离的外置铁芯，所述外置铁芯通过外置支架与所述剖分轮支架固定连接，所述剖分轮支架、外置支架、外置铁芯和开合控制机构设置有导磁材料，以形成闭合的磁回路。
进一步的，所述行走轮支架或者剖分轮支架的外表面采用非导磁性材料，所述行走轮和行走轮支架或者所述剖分轮和剖分轮支架内部均为中空结构且均采用导磁材料填充，所述外置铁芯、外置支架和开合控制机构均采用导磁材料。
进一步的，所述非导磁性材料采用奥氏体不锈钢、工程塑料或碳纤维，所述导磁材料采用硅钢片、坡莫合金或导磁粉末。
进一步的，所述巡线机器人感应取电系统还包括整流充电模块和电池，所述线圈的输出端连接所述整流充电模块，所述整流充电模块的输出端连接有用于为所述巡线机器人供电的电池。
本发明具有以下有益效果：
本发明的巡线机器人感应取电系统包括由导磁材料构成的可闭合磁回路的巡线机器人，巡线机器人上设置有取电装置和用于控制磁回路的开合控制机构，取电装置包括缠绕在磁回路上的若干匝数的线圈。巡线机器人正常工作时，缠绕在闭合磁回路上的线圈在电力导线一次电流的作用下产生感应电流，供巡线机器人使用，从而能够使巡线机器人实现长时间持续工作，避免因电量过低造成安全事故，同时巡线机器人代替现有技术中地面目测法和航测法来对输电导线进行巡检、维护，可以解决人工巡检方法劳动强度大、工作效率低、探测精度低和航测法运费成本高的问题。综上，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够保证巡线机器人长时间持续工作，提高巡线效率和安全性的优点。
附图说明
图1为本发明的巡线机器人感应取电系统的机械结构示意图；
图2为本发明的巡线机器人感应取电系统的奥氏体钢板的主视图结构示意图；
图3为本发明的巡线机器人感应取电系统的奥氏体钢板的左视图结构示意图；
图4为本发明的巡线机器人感应取电系统的奥氏体钢板的俯视图结构示意图；
图5为本发明的巡线机器人感应取电系统的奥氏体钢管的主视图结构示意图；
图6为本发明的巡线机器人感应取电系统的奥氏体钢管的左视图结构示意图；
图7为本发明的巡线机器人感应取电系统的奥氏体钢管的俯视图结构示意图；
图8为本发明的巡线机器人感应取电系统的磁回路的结构示意图；
图9为本发明的巡线机器人感应取电系统的原理结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种巡线机器人感应取电系统，如图1～9所示，包括由导磁材料构成的可闭合磁回路的巡线机器人1，巡线机器人1上设置有取电装置2和用于控制磁回路的开合控制机构3，取电装置2包括缠绕在磁回路上的若干匝数的线圈4。
本发明的巡线机器人的感应取电装置，巡线机器人正常工作时，缠绕在闭合磁回路上的线圈在电力导线一次电流的作用下产生感应电流，供巡线机器人使用，从而能够使巡线机器人实现长时间持续工作，避免因电量过低造成安全事故，同时巡线机器人代替现有技术中地面目测法和航测法来对输电导线进行巡检、维护，可以解决人工巡检方法劳动强度大、工作效率低、探测精度低和航测法运费成本高的问题。综上，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够保证巡线机器人长时间持续工作，提高巡线效率和安全性的优点。
优选的，巡线机器人1包括机架，机架上设置有至少一个行走单元，其中：
行走单元包括一个行走轮支架，行走轮支架上设置有行走轮，线圈4缠绕在行走轮支架上，行走单元上还设置有用于与行走轮支架共同形成磁回路的导磁杆，开合控制机构3控制行走轮支架和导磁杆相互对接或分离；
或者，行走单元包括用于形成磁回路的一对可在侧向方向转动的剖分轮支架，开合控制机构3控制剖分轮支架相互对接或分离，剖分轮支架上还设置有剖分轮7，剖分轮支架包括主动剖分轮支架8和从动剖分轮支架9，主动剖分轮支架8和从动剖分轮支架9上均设置有线圈4且线圈4的缠绕方向相同。
巡线机器人正常工作时，行走轮或剖分轮在开合控制机构和行走轮支架或剖分轮支架的作用下架设在线路上，缠绕在行走轮支架或剖分轮支架周围的线圈，在电磁感应的作用下产生感应电流，供巡线机器人使用，相互对接或分离的剖分轮支架上的线圈缠绕方向相同，能够防止产生的感应电流相互抵消。
进一步的，行走轮、行走轮支架、导磁杆和开合控制机构3设置有导磁材料；或者，剖分轮支架、剖分轮7和开合控制机构3设置有导磁材料；或者，剖分轮7上部设置有相互对接或分离的外置铁芯10，外置铁芯10通过外置支架11与剖分轮支架固定连接，剖分轮支架、外置支架11、外置铁芯10和开合控制机构3设置有导磁材料。上述设计可以形成闭合的磁回路，提高充电效率，另外，设计外置铁芯可以提高剖分轮对接的准确性和牢固性，增加巡线机器人工作时的安全性。
作为本发明的进一步改进，行走轮支架或者剖分轮支架的外侧采用非导磁性材料，行走轮和行走轮支架或者剖分轮7和剖分轮支架内部均为中空结构且均采用导磁材料填充，外置铁芯10、外置支架11和开合控制机构3均采用导磁材料。另外，非导磁性材料采用奥氏体不锈钢、工程塑料或碳纤维，导磁材料采用硅钢片、坡莫合金或导磁粉末，其中：
如图2～4所示，行走轮支架或者剖分轮支架采用长方形轮臂，长方形轮臂包括至少两块奥氏体钢板24，相邻的奥氏体钢板24之间以及行走轮或者剖分轮7内部均由硅钢片23填充；
或者，如图5～7所示，行走轮支架或者剖分轮支架采用奥氏体钢管25，奥氏体钢管25、行走轮或者剖分轮7内部均由硅钢片23填充；
或者，外置铁芯10、外置支架11、导磁杆和开合控制机构3均采用硅钢材质，行走轮支架与导磁杆之间的机架上设置有硅钢片23。
如图8所示，该设计可以使磁场在行走轮、行走轮支架、导磁杆和开合控制机构或者剖分轮支架、剖分轮和开合控制机构或者剖分轮支架、外置支架、外置铁芯和开合控制机构之间形成闭合的回路，而非闭合回路的磁场回路在空气中，以导磁率高的材料为介质的磁场，磁通量远远大于以空气为介质的磁场，前者产生的感应电流也远大于后者，能够提高充电效率。除了上述给出的实施方式以外，其还可以采用本领域技术人员公知的各种其他方式，此处不再赘述。
为了防止剖分轮支架在分离时拉断线圈，线圈4在相互对接或分离的剖分轮支架之间的连线可以设计为螺旋结构或波形结构12。另外，线圈4缠绕的匝数应根据输电线路的电压和充电电压计算确定。
进一步的，每个剖分轮支架顶端设置有电机安装架13，电机安装架13上设置有水平排列的直流电机14和减速器15，减速器15可以通过联轴器16与剖分轮7连接，这种设计可以提高剖分轮对接的稳定性，控制方便。进一步的，开合控制机构包括底座17，底座17上设置有水平排列的开合电机18和齿轮传动，齿轮传动包括用于驱动主动剖分轮支架8的主动齿轮20和与主动齿轮20连接且用于驱动从动剖分轮支架9的从动齿轮21，开合电机18通过传动轴19驱动主动齿轮20。齿轮传动方式具有工作可靠、结构紧凑、效率高和寿命长等优点，能够提高主动剖分轮支架和从动剖分轮支架动作的平稳性和准确性。另外，齿轮传动采用不完全齿轮传动，齿轮传动通过螺栓22与剖分轮支架固定连接。螺栓连接具有结构简单、连接可靠、装卸方便等优点。
本发明中，巡线机器人感应取电系统还包括整流充电模块5和电池6，线圈4的输出端连接整流充电模块5，整流充电模块5的输出端连接有用于为巡线机器人1供电的电池6。巡线机器人正常工作时，缠绕在闭合磁回路上的线圈在电力导线一次电流的作用下产生感应电流，感应电流经过整流充电模块转换为稳定的直流电。另外，如图9所示，整流充电模块5包括整流模块和稳压模块，整流模块包括整流滤波电路26和二次整流滤波电路27，稳压模块采用半桥稳压电路28，整流充电模块5还包括充电电流控制电路29、充电使能电路30、低压保护电路31和低电量警报装置，其中：
整流滤波电路26的输出端连接半桥稳压电路28的输入端，半桥稳压电路28的输出端连接二次整流滤波电路27的输入端，二次整流滤波电路27的输出端连接充电电流控制电路29的输入端，充电电流控制电路29的输出端连接电池6，电池6的输出端连接有低压保护电路31的输入端，低压保护电路31的输出端与充电使能电路30连接，充电使能电路30的输出端连接有充电电流控制电路29。充电电流控制电路通过获取电池信息来控制充电使能电路的开关，当电池的电量低于80％时，充电使能电路接通为电池充电，同时，低压保护电路也能开启充电使能电路，当电池充满电后充电使能电路断开，当电池的电量在80％～100％之间时不充电，限制充电次数，延长电池的使用寿命，当遇到障碍物时，停止给电池充电，若电池电量过低时，低电量警报装置报警通知地面工作人员，防止发生安全事故。
另一方面，本发明还提供一种上述的巡线机器人感应取电系统的取电方法，包括：
步骤1：巡线机器人1正常工作时时，每对剖分轮7在开合控制机构3和剖分轮支架的作用下对接从而架设在输电线路上，此时，缠绕在剖分轮支架上的线圈4产生感应电流，感应电流经过整流充电模块5转化为稳定的直流电，为电池6充电，供巡线机器人1使用；
步骤2：当遇到障碍物时，剖分轮7在开合控制机构3和剖分轮支架的作用下分离并脱离输电线路，此时，停止给电池6充电；
步骤3：越过障碍物后，剖分轮7在开合控制机构3和剖分轮支架的作用下对接并重新架设在输电线路上，缠绕在剖分轮支架上的线圈4产生感应电流，感应电流经过整流充电模块5转化为稳定的直流电，继续为电池6充电，供巡线机器人1使用，当电池6充满电后，结束充电。
本发明的巡线机器人感应取电系统的取电方法，缠绕在剖分轮支架周围的线圈，在电磁感应的作用下产生感应电流，整流充电模块将产生的感应电流转换为稳定的直流电，为电池充电，供巡线机器人使用，能够使巡线机器人实现长时间持续工作，避免巡线机器人因电量过低造成安全事故；遇到障碍物时，剖分轮在开合控制机构和剖分轮支架的作用下分离并脱离线路，此时，不进行充电；越过障碍物后，剖分轮在开合控制机构和剖分轮支架的作用下对接并重新架设在线路上，形成闭合的磁回路，继续为电池充电。另外，需要说明的是，当越过障碍物后，当电池的电量在高于50％时可以不继续为电池充电，从而限制充电次数，延长电池的使用寿命。
综上，本发明解决了现有技术中，人工巡线劳动强度大和飞机巡线运行成本高的问题，并能翻越常规障碍物(如绝缘子串、压接管，悬垂线夹等)，实现了对线路的连续巡检、维护，而且，取电装置可以为巡线机器人提供电量，保证巡线机器人长时间持续工作。因此，与现有技术相比，本发明具有减轻劳动强度、降低运行成本，且能够保证巡线机器人长时间持续工作，提高巡线效率和安全性的优点。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种巡线机器人感应取电系统，其特征在于，包括由导磁材料构成的可闭合磁回路的巡线机器人，所述巡线机器人上设置有取电装置和用于控制磁回路的开合控制机构，所述取电装置包括缠绕在磁回路上的若干匝数的线圈。
2.根据权利要求1所述的巡线机器人感应取电系统，其特征在于，所述巡线机器人包括机架，所述机架上设置有至少一个行走单元，其中：
所述行走单元包括一个行走轮支架，所述行走轮支架上设置有行走轮，所述线圈缠绕在所述行走轮支架上，所述行走单元上还设置有用于与所述行走轮支架共同形成磁回路的导磁杆，所述开合控制机构控制所述行走轮支架和导磁杆相互对接或分离；
或者，所述行走单元包括用于形成磁回路的一对可在侧向方向转动的剖分轮支架，所述开合控制机构控制所述剖分轮支架相互对接或分离，所述剖分轮支架上还设置有剖分轮，所述剖分轮支架包括主动剖分轮支架和从动剖分轮支架，所述主动剖分轮支架和从动剖分轮支架上均设置有线圈且所述线圈的缠绕方向相同。
3.根据权利要求2所述的巡线机器人感应取电系统，其特征在于，其中：
所述行走轮、行走轮支架、导磁杆和开合控制机构设置有导磁材料，以形成闭合的磁回路；
或者，所述剖分轮支架、剖分轮和开合控制机构设置有导磁材料，以形成闭合的磁回路；
或者，所述剖分轮上部设置有相互对接或分离的外置铁芯，所述外置铁芯通过外置支架与所述剖分轮支架固定连接，所述剖分轮支架、外置支架、外置铁芯和开合控制机构设置有导磁材料，以形成闭合的磁回路。
4.根据权利要求3所述的巡线机器人感应取电系统，其特征在于，所述行走轮支架或者剖分轮支架的外表面采用非导磁性材料，所述行走轮和行走轮支架或者所述剖分轮和剖分轮支架内部均为中空结构且均采用导磁材料填充，所述外置铁芯、外置支架和开合控制机构均采用导磁材料。
5.根据权利要求4所述的巡线机器人感应取电系统，其特征在于，所述非导磁性材料采用奥氏体不锈钢、工程塑料或碳纤维，所述导磁材料采用硅钢片、坡莫合金或导磁粉末。
6.根据权利要求1-5任一所述的巡线机器人感应取电系统，其特征在于，所述巡线机器人感应取电系统还包括整流充电模块和电池，所述线圈的输出端连接所述整流充电模块，所述整流充电模块的输出端连接有用于为所述巡线机器人供电的电池。
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