CN107359672A - 基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统及方法，基于磁耦合谐振无线电能传输技术，当巡检机器人在变电站的巡检过程中，出现电量补充需求时，移动至最近的能量拾取点补充电能，同时综合考虑用于存储太阳能的蓄电池的剩余电量，选择从太阳能还是市电中取能。本发明能够在巡检机器人执行巡检任务过程中，快速移动到最近的能量拾取点补充电能，有效减少了巡检机器人所携带的电池容量，同时该供电系统采用混合取能的方式，充分利用了太阳能这种清洁能源，有效地节约了能源。
Description
技术领域
本发明涉及变电站巡检机器人无线供电技术领域，具体涉及一种基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，还涉及一种基于此系统的无线供电方法。
背景技术
变电站设备巡检是保证变电站安全运行，提高供电可靠性的一项基础工作，随着变电站自动化水平的提高以及无人值守的普及，变电设备运行可靠性面临更加严峻的考验，变电站巡检受到了更大的重视。目前国内变电站均采用传统的人工巡视方式，由于受巡视人员劳动强度、业务水平、责任心和精神状态等诸多因素的制约，漏检、误检情况时有发生，造成重大经济损失，由此可见，人工巡视已经越来越满足不了现代化变电站安全运行的要求，机器人代替人工巡视将是智能电网发展的必然趋势。
对于变电站巡检机器人而言，硬件传感技术以及后台软件处理技术很重要，作为上述功能可靠实现基础的充电技术更为重要。智能巡检机器人应具有自充电功能，如何给蓄电池充电也是我们要解决的问题。
无线传能技术目前是世界各国重点关注和重点研究热点技术，其优点在于充电头与受电端不连接，在一定位置偏差范围内，充电不受机器人位置偏差的影响，充电可靠性性高，进一步提高变电站自动化水平。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统及方法，解决巡检机器人在巡检过程中的电能补充问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，其特征是，包括分散设置在巡检路线上多个路面能量装置，以及按照巡检路线行驶的巡检机器人；路面能量装置安装在巡检路面下方，与巡检机器人无线连接通信；
路面能量装置包括路面充电控制中心、路面无线通信模块、市电、整流调压单元、高频逆变单元I、太阳能板、蓄电池、调压单元、高频逆变II单元以及路面能量发射装置；
路面充电控制中心连接路面无线通信模块，以与巡检机器人中机器人无线通信模块连接通信；
市电的输出端依次连接整流调压单元及高频逆变单元I，太阳能板的输出端依次连接蓄电池、调压单元及高频逆变II单元；
路面充电控制中心的输出端连接高频逆变单元I和高频逆变单元II，以控制其中开关管的开通与关断；高频逆变单元I和高频逆变II单元的输出端连接路面能量发射装置；
巡检机器人包括机器人控制器、机器人能量接收装置、整流稳压单元、电池以及机器人无线通信模块；
机器人控制器连接机器人无线通信模块，以向路面充电控制中心发送充电请求；
机器人能量接收装置的输出端依次连接整流稳压单元以及电池，机器人能量接收装置用于接收路面能量发射装置传输的能量，经整流稳压单元输出稳定直流电压给电池进行充电；
电池的输出端连接机器人控制器以实时获取电池的容量；
巡检机器人实时获取电池的容量，当电池容量达到充电阈值时，通过机器人无线通信模块向多个路面能量装置发送充电请求，路面能量装置接收此请求，巡检机器人行至最近的路面能量装置以进行充电，路面能量装置中路面充电控制中心控制高频逆变单元I和高频逆变单元II中开关管的开通或关断，路面能量发射装置给电池进行充电。
进一步的，无线通信模块可采用ZigBee或者nRF24L01模块。
进一步的，路面充电控制中心和机器人控制器可采用DSP、单片机或MCU。
进一步的，路面能量发射装置与机器人能量接收装置的谐振频率一致，两者之间进行无线电能传输。
相应的，基于上述系统的基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，机器人控制器测得电池电池电量，判断电池电量是否达到充电阀值，若达到阈值则向多个路面能量装置发送充电请求信号；
步骤S2，各路面能量装置通过路面无线通信模块接收来自巡检机器人的充电请求，机器人控制器控制机器人行至最近的路面能量发射装置，进行充电；
步骤S3，通常情况下，路面充电控制中心控制高频逆变单元I中开关管关断，同时控制高频逆变单元II中的开关管开通，此时由蓄电池为路面能量发射装置供电，再为巡检机器人充电；当路面控制中心检测到蓄电池中的电量达到停充阀值，不足以为巡检机器人充电时，路面充电控制中心控制高频逆变单元I中开关管开通，同时控制高频逆变单元II中的开关管关断，此时由市电为系统供电，满足巡检机器人的充电需求。
进一步的，充电阀值可设定为50%电池额定容量。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，通过机器人控制器实时监测巡检机器人的位置和它的剩余电量，经机器人无线通信模块将信息传递至路面控制中心，控制机器人到最近的路面能量发射装置中补充能量，路面能量发射装置由太阳能和市电两种方式供电，解决了巡检机器人充电方式单一，携带电池容量庞大等问题，有效地降低了巡检机器人对电池容量的需求，同时充分利用了太阳能这种清洁能源，节约了能源。
附图说明
图1为本发明无线供电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，包括分散设置在巡检路线上多个路面能量装置，以及按照巡检路线行驶的巡检机器人；路面能量装置安装在巡检路面下方，与巡检机器人无线连接通信；
路面能量装置包括路面充电控制中心、路面无线通信模块、市电、整流调压单元、高频逆变单元I、太阳能板、蓄电池、调压单元、高频逆变II单元以及路面能量发射装置；
路面充电控制中心连接路面无线通信模块，以与巡检机器人中机器人无线通信模块连接通信；
市电的输出端依次连接整流调压单元及高频逆变单元I，太阳能板的输出端依次连接蓄电池、调压单元及高频逆变II单元；
路面充电控制中心的输出端连接高频逆变单元I和高频逆变单元II，以控制其中开关管的开通与关断；高频逆变单元I和高频逆变II单元的输出端连接路面能量发射装置；
巡检机器人包括机器人控制器、机器人能量接收装置、整流稳压单元、电池以及机器人无线通信模块；
机器人控制器连接机器人无线通信模块，以向路面充电控制中心发送充电请求；
机器人能量接收装置的输出端依次连接整流稳压单元以及电池，机器人能量接收装置用于接收路面能量发射装置传输的能量，经整流稳压单元输出稳定直流电压给电池进行充电；
电池的输出端连接机器人控制器以实时获取电池的容量；
巡检机器人实时获取电池的容量，当电池容量达到充电阈值时，通过机器人无线通信模块向多个路面能量装置发送充电请求，路面能量装置接收此请求，巡检机器人行至最近的路面能量装置以进行充电，路面能量装置中路面充电控制中心控制高频逆变单元I和高频逆变单元II中开关管的开通或关断，路面能量发射装置给电池进行充电。
在本发明实施例中，其中路面充电控制中心15和机器人控制器12可采用现有技术中DSP、单片机、MCU等控制器实现，路面无线通信模块14和机器人无线通信模块13可使用但不仅限于使用NRF24L01等低功耗近程无线通信模块。
在所述巡检机器人所工作的固定路线上，具有多个路面能量装置，构成多个取能分散点。路面能量装置的供电方式主要有两种，一种是市电、另一种是太阳能供电，对此两种供电的详细描述如下：
市电1的输出端连接至整流调压单元2，整流调压单元2的输出端与高频逆变单元I3连接，高频逆变单元I3的输出端与路面能量发射装置8相连，此连接电路用于采用市电为路面能量发射装置提供电能，也即采用市电为巡检机器人进行充电。其中整流调压单元和高频逆变单元I中应用的整流调压和高频逆变技术为现有技术，具体电路参见现有技术。
太阳能板4用于将太阳能转换成电能，通过蓄电池5存储太阳能板输出的电能，蓄电池5经调压单元6连接至高频逆变单元II7的输入端，高频逆变单元II7与路面能量发射装置8相连，此连接电路用于采用太阳能为路面能量发射装置提供电能，也即采用太阳能为巡检机器人进行充电。其中整流调压单元和高频逆变单元II中应用的整流调压和高频逆变技术为现有技术，具体电路参见现有技术。
路面能量发射装置8安置在巡检路面下方，机器人能量接收装置9安置在巡检机器人底盘上，路面能量发射装置8与机器人能量接收装置9的谐振频率一致，两者之间可进行无线电能传输。机器人能量接收装置9的输出经整流稳压单元10连接到电池11，为电池11进行充电。
本发明巡检机器人无线充电系统工作时，包括以下步骤：
步骤S1，机器人控制器12从电池11测得电池电量，判断电池电量是否达到充电阀值，充电阀值可设定为50%电池额定容量，若达到阈值则向多个路面能量装置发送充电请求信号。
步骤S2，各路面能量装置通过路面无线通信模块14接收来自巡检机器人的充电请求，机器人控制器12控制机器人行至最近的路面能量发射装置，进行充电。
对于巡检机器人而言，它的行走路径以及位置是实时受到监控的，它的行驶轨迹是固定的，通过后台监测控制系统自动判断，智能化为其分配最近的路面充电点。
无线通信模块可采用ZigBee或者nRF24L01模块。
步骤S3，通常情况下，路面充电控制中心15控制高频逆变单元I中开关管关断，同时控制高频逆变单元II中的开关管开通，此时由蓄电池5为路面能量发射装置8供电，再为巡检机器人充电。当路面控制中心检测到蓄电池5中的电量达到停充阀值，不足以为巡检机器人充电时，路面充电控制中心15控制高频逆变单元I中开关管开通，同时控制高频逆变单元II中的开关管关断，此时由市电1为系统供电，满足巡检机器人的充电需求。
本发明基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，解决了巡检机器人充电方式单一，携带电池容量庞大等问题，有效地降低了巡检机器人对电池容量的需求，同时充分利用了太阳能这种清洁能源，节约了能源。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，其特征是，包括分散设置在巡检路线上多个路面能量装置，以及按照巡检路线行驶的巡检机器人；路面能量装置安装在巡检路面下方，与巡检机器人无线连接通信；
路面能量装置包括路面充电控制中心、路面无线通信模块、市电、整流调压单元、高频逆变单元I、太阳能板、蓄电池、调压单元、高频逆变II单元以及路面能量发射装置；
路面充电控制中心连接路面无线通信模块，以与巡检机器人中机器人无线通信模块连接通信；
市电的输出端依次连接整流调压单元及高频逆变单元I，太阳能板的输出端依次连接蓄电池、调压单元及高频逆变II单元；
路面充电控制中心的输出端连接高频逆变单元I和高频逆变单元II，以控制其中开关管的开通与关断；高频逆变单元I和高频逆变II单元的输出端连接路面能量发射装置；
巡检机器人包括机器人控制器、机器人能量接收装置、整流稳压单元、电池以及机器人无线通信模块；
机器人控制器连接机器人无线通信模块，以向路面充电控制中心发送充电请求；
机器人能量接收装置的输出端依次连接整流稳压单元以及电池，机器人能量接收装置用于接收路面能量发射装置传输的能量，经整流稳压单元输出稳定直流电压给电池进行充电；
电池的输出端连接机器人控制器以实时获取电池的容量；
巡检机器人实时获取电池的容量，当电池容量达到充电阈值时，通过机器人无线通信模块向多个路面能量装置发送充电请求，路面能量装置接收此请求，巡检机器人行至最近的路面能量装置以进行充电，路面能量装置中路面充电控制中心控制高频逆变单元I和高频逆变单元II中开关管的开通或关断，路面能量发射装置给电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，其特征是，无线通信模块可采用ZigBee或者nRF24L01模块。
3.根据权利要求1所述的基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，其特征是，路面充电控制中心和机器人控制器可采用DSP、单片机或MCU。
4.根据权利要求1所述的基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电系统，其特征是，路面能量发射装置与机器人能量接收装置的谐振频率一致，两者之间进行无线电能传输。
5.基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，机器人控制器测得电池电池电量，判断电池电量是否达到充电阀值，若达到阈值则向多个路面能量装置发送充电请求信号；
步骤S2，各路面能量装置通过路面无线通信模块接收来自巡检机器人的充电请求，机器人控制器控制机器人行至最近的路面能量发射装置，进行充电；
步骤S3，通常情况下，路面充电控制中心控制高频逆变单元I中开关管关断，同时控制高频逆变单元II中的开关管开通，此时由蓄电池为路面能量发射装置供电，再为巡检机器人充电；当路面控制中心检测到蓄电池中的电量达到停充阀值，不足以为巡检机器人充电时，路面充电控制中心控制高频逆变单元I中开关管开通，同时控制高频逆变单元II中的开关管关断，此时由市电为系统供电，满足巡检机器人的充电需求。
6.根据权利要求5所述的基于多个分散点混合取能的巡检机器人无线供电方法，其特征是，充电阀值设定为50%电池额定容量。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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