CN109217412B - 一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置及方法。该装置包括无线充电模块、无线充电位和远程控制终端。方法为：当无线充电位中的检测模块检测到巡检机器人到达后，向远程控制终端发送查询信息；确认巡检机器人位于无线充电位后，打开无线充电模块中的电能接收匹配模块和无线充电位中的电能发射匹配模块进行匹配，无线充电位开启无线电能发射模块，对巡检机器人进行充电；当电压电流监控模块检测可充电电池电压达到设定值后，巡检机器人向远程控制终端发送信息，控制无线充电位断电，同时无线充电模块与无线充电位断开连接，完成充电过程。本发明增加了巡检机器人的安全性以及适用性范围，提高了巡检机器人充电的灵活性。
Description
技术领域
本发明属于充电控制技术领域，特别是一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置及方法。
背景技术
随着智能电网系统的发展，变电站、电力线的覆盖范围越来越广，在给人们的生活带来便利的同时也为设备的检修维护带来了新的问题。在日常的维护中，若是采用传统的人工巡检方式，不仅会耗费大量的人力，还会造成工作效率低下的情况，同时巡检的覆盖率、及时性以及准确性也无法得到保证。针对人工巡检可能带来的这些问题，利用变电站巡检机器人来代替人工巡检逐渐成为一种趋势。
目前绝大多数巡检机器人都是利用自身携带电池的方案提供机器人的动力，因此如何安全合理、方便快捷地对电池进行充电就成为了关键点。对于轮式机器人，目前通用的方案是利用一对金属电极，通过控制机器人运动，使机器人上的充电插口与供电的金属电极对接，完成充电的工作，但这样的设计会带来以下几个问题：
1)机器人外壳上必然会留有接口，封闭性不足，对于强干扰或易燃易爆场合的适应性不足；
2)充电装置设置在室内，为了避免雨水、粉尘等对充电装置的安全性产生影响，建设成本较高；
3)需要精确的定位系统以完成充电插口和充电极的对接工作，系统鲁棒性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗干扰性强、环境适应性好的基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置，包括无线充电模块、无线充电位和远程控制终端；
所述无线充电模块位于巡检机器人上，包括无线电能接收模块、电源调理模块、可充电电池、电压电流监控模块、无线通信模块、散热模块和电能接收匹配模块；
所述无线充电位包括电能发射匹配模块、有线通信模块、检测模块、无线电能发射模块和无线充电位外壳；
所述远程控制终端位于巡检站上位机上，与无线充电模块中的无线通信模块以及无线充电位中的有线通信模块相连；
当收到来自远程控制终端的充电许可后，无线充电模块中的电能接收匹配模块和无线充电位中的电能发射匹配模块相互匹配，建立连接进行充电。
进一步地，所述无线充电模块中的无线电能接收模块，由一组位于巡检机器人底盘的线圈组成，将来自所述无线电能发射模块的磁场能量转化为电能储存到可充电电池中；所述电源调理模块连接无线电能接收模块中线圈的两端，将来自线圈的电信号调理为平稳的电压电流信号，输出到可充电电池两端；所述电压电流监控模块利用霍尔元件，检测电源调理模块输出的电压电流，同时对可充电电池的电压进行检测，记录充电进程；所述散热模块，位于无线电能接收模块与底盘之间，用于将能量转换时产生的热能通过外壳发散到环境中，保护机器人内部电路。
进一步地，所述无线充电位外壳采用方形或圆形的外壳，且埋于地下以保护无线充电位内的各个模块；所述无线电能发射模块位于外壳下部，由一组能与无线充电模块中线圈相匹配的线圈所组成，通过电磁感应将电能转化为空间中的磁能；所述检测模块位于充电位的边缘，由一组压力传感器组成，用于检测巡检机器人到达的信息。
进一步地，所述远程控制终端与所述无线充电模块中无线通信模块的通信方式为无线通信，与所述无线充电位中有线通信模块的通信方式为载波通信或者光纤通信。
进一步地，所述的无线充电位，采用太阳能充电的方式。
一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电方法，包括以下步骤：
步骤1：巡检机器人根据规划，前往指定的无线充电位；
步骤2：当巡检机器人到达无线充电位边缘时，检测模块检测到压力，无线充电位与远程控制终端进行通信，查询是否有巡检机器人需要充电；
步骤3：远程控制终端收到消息后，与巡检机器人建立通信，查询巡检机器人当前坐标，若位于无线充电位，则将确认信息反馈至无线充电模块和无线充电位；
步骤4：接收到远程控制终端的确认信息后，打开无线充电模块中的电能接收匹配模块和无线充电位中的电能发射匹配模块进行匹配；
步骤5：在匹配成功后，无线充电位开启无线电能发射模块，同时无线充电模块开始检测充电信息，确认充电电流电压在设定范围内，开始对巡检机器人进行充电；
步骤6：电压电流监控模块检测可充电电池电压，当达到设定值后，巡检机器人向远程控制终端发出信息，远程控制终端控制无线充电位断电，同时无线充电模块与无线充电位断开连接，确认自身位置，完成巡检机器人充电过程。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：(1)去掉了充电插口和裸露的充电电极，增加了巡检机器人的封闭性和电磁屏蔽能力，提高了巡检机器人的安全性以及适用性范围；(2)有磁场共振的特性，在松耦合的情况下，充电工作仍能够有效的进行，意味着即使机器人的定位存在一定的误差，仍能够完成充电的工作，不会因为定位原因而损坏机器；(3)没有充电电极，也就不需要室内环境，因此在室外空间能够方便的建立起充电位，甚至充电位模块化设计后能够在有接口的充点电随意置换，大大提高了巡检机器人充电的灵活性。
附图说明
图1为本发明基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置的结构示意图。
图2为本发明基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置的的总体结构框图。
图中标号：1、远程控制终端；2、有线通信模块；3、检测模块；4、无线电能发射模块；5、无线充电位外壳；6、可充电电池；7、无线电能接收模块；8、底盘；11、电源调理模块；12、电压电流监控模块；13、无线通信模块；14、散热模块；15、电能接收匹配模块；16、电能发射匹配模块；18、无线充电位；19、无线充电模块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
结合图1～2，本发明基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置，包括无线充电模块 19、无线充电位18和远程控制终端1；
所述无线充电模块19位于巡检机器人上，包括无线电能接收模块7、电源调理模块11、可充电电池6、电压电流监控模块12、无线通信模块13、散热模块14和电能接收匹配模块15；
所述无线充电位18包括电能发射匹配模块16、有线通信模块2、检测模块3、无线电能发射模块4和无线充电位外壳5；
所述远程控制终端1位于巡检站上位机上，与无线充电模块19中的无线通信模块13以及无线充电位18中的有线通信模块2相连；
当收到来自远程控制终端1的充电许可后，无线充电模块19中的电能接收匹配模块15和无线充电位18中的电能发射匹配模块16相互匹配，建立连接进行充电。
进一步地，所述无线充电模块19中的无线电能接收模块7，由一组位于巡检机器人底盘8的线圈组成，将来自所述无线电能发射模块4的磁场能量转化为电能储存到可充电电池6中；所述电源调理模块11连接无线电能接收模块7中线圈的两端，将来自线圈的电信号调理为平稳的电压电流信号，输出到可充电电池6两端；所述电压电流监控模块12利用霍尔元件，检测电源调理模块11输出的电压电流，同时对可充电电池6的电压进行检测，记录充电进程；所述散热模块14，位于无线电能接收模块7与底盘8 之间，用于将能量转换时产生的热能通过外壳发散到环境中，保护机器人内部电路。
进一步地，所述无线充电位外壳5采用方形或圆形的外壳，且埋于地下以保护无线充电位18内的各个模块；所述无线电能发射模块4位于外壳下部，由一组能与无线充电模块19中线圈相匹配的线圈所组成，通过电磁感应将电能转化为空间中的磁能；所述检测模块3位于充电位的边缘，由一组压力传感器组成，用于检测巡检机器人到达的信息。
进一步地，所述远程控制终端1与所述无线充电模块19中无线通信模块13的通信方式为无线通信，与所述无线充电位18中有线通信模块2的通信方式为载波通信或者光纤通信。
进一步地，所述的无线充电位18，采用太阳能充电的方式。
本发明基于磁场共振的巡检机器人无线充电方法，包括以下步骤：
步骤1：巡检机器人根据规划，前往指定的无线充电位18；
步骤2：当巡检机器人到达无线充电位18边缘时，检测模块3检测到压力，无线充电位18与远程控制终端1进行通信，查询是否有巡检机器人需要充电；
步骤3：远程控制终端1收到消息后，与巡检机器人建立通信，查询巡检机器人当前坐标，若位于无线充电位18，则将确认信息反馈至无线充电模块19和无线充电位18；
步骤4：接收到远程控制终端1的确认信息后，打开无线充电模块19中的电能接收匹配模块15和无线充电位18中的电能发射匹配模块16进行匹配；
步骤5：在匹配成功后，无线充电位18开启无线电能发射模块4，同时无线充电模块19开始检测充电信息，确认充电电流电压在设定范围内，开始对巡检机器人进行充电；
步骤6：电压电流监控模块12检测可充电电池6电压，当达到设定值后，巡检机器人向远程控制终端1发出信息，远程控制终端1控制无线充电位18断电，同时无线充电模块19与无线充电位18断开连接，确认自身位置，完成巡检机器人充电过程。
实施例1
结合图1、图2，本发明基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置，包括无线充电模块19、无线充电位18和远程控制终端1；
所述无线充电模块19位于巡检机器人上，包括无线电能接收模块7、电源调理模块11、可充电电池6、电压电流监控模块12、无线通信模块13、散热模块14和电能接收匹配模块15；
所述无线充电位18包括电能发射匹配模块16、有线通信模块2、检测模块3、无线电能发射模块4和无线充电位外壳5；
所述远程控制终端1位于巡检站上位机上，与无线充电模块19中的无线通信模块13以及无线充电位18中的有线通信模块2相连；
当收到来自远程控制终端1的充电许可后，无线充电模块19中的电能接收匹配模块15和无线充电位18中的电能发射匹配模块16相互匹配，建立连接进行充电。
进一步地，所述无线充电模块19中的无线电能接收模块7，由一组位于巡检机器人底盘8的线圈组成，将来自所述无线电能发射模块4的磁场能量转化为电能储存到可充电电池6中；所述电源调理模块11连接无线电能接收模块7中线圈的两端，将来自线圈的电信号调理为平稳的电压电流信号，输出到可充电电池6两端；所述电压电流监控模块12利用霍尔元件，检测电源调理模块11输出的电压电流，同时对可充电电池6的电压进行检测，记录充电进程；所述散热模块14，位于无线电能接收模块7与底盘之间，用于将能量转换时产生的热能通过外壳发散到环境中，保护机器人内部电路。
进一步地，所述无线充电位外壳5，可以使用方形或圆形的外壳，可以埋于地下，用于保护无线充电位18内的各个模块；所述无线电能发射模块4位于外壳下部，由一组能与无线充电模块19中线圈相匹配的线圈所组成，通过电磁感应将电能转化为空间中的磁能；所述检测模块3位于充电位的边缘，由一组压力传感器组成，用于检测巡检机器人到达的信息。
进一步地，所述远程控制终端1与所述无线充电模块19中无线通信模块13的通信方式为无线通信，与所述无线充电位18中有线通信模块2的通信方式为载波通信或者光纤通信。
进一步地，所述的无线充电位18，可以采用太阳能充电的方式。
一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电方法，包括以下步骤：
步骤1：巡检机器人根据规划，前往指定的无线充电位18；
步骤2：当巡检机器人到达无线充电位18边缘时，检测模块3检测到压力，无线充电位18与远程控制终端1进行通信，查询是否有巡检机器人需要充电；
步骤3：远程控制终端1收到消息后，与巡检机器人建立通信，查询巡检机器人当前坐标，若位于无线充电位18，则将确认信息反馈至无线充电模块19和无线充电位18；
步骤4：接收到远程控制终端1的确认信息后，打开无线充电模块19中的电能接收匹配模块15和无线充电位18中的电能发射匹配模块16进行匹配；
步骤5：在匹配成功后，无线充电位18开启无线电能发射模块4，同时无线充电模块19开始检测充电信息，确认充电电流电压在设定范围内，开始对巡检机器人进行充电；
步骤6：电压电流监控模块12检测可充电电池6电压，当达到设定值后，巡检机器人向远程控制终端1发出信息，远程控制终端1控制无线充电位18断电，同时无线充电模块19与无线充电位18断开连接，确认自身位置，完成巡检机器人充电过程。
综上，本发明一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置及方法，去掉了充电插口和裸露的充电电极，增加了巡检机器人的封闭性和电磁屏蔽能力，提高了巡检机器人的安全性以及适用性范围；有磁场共振的特性，在松耦合的情况下，充电工作仍能够有效的进行，即使机器人的定位存在一定的误差，仍能够完成充电的工作，不会因为定位原因而损坏机器；没有充电电极，不需要室内环境，因此在室外空间能够方便地建立起充电位，充电位模块化设计后能够在有接口的充点电随意置换，提高了巡检机器人充电的灵活性。
Claims (1)
1.一种基于磁场共振的巡检机器人无线充电方法，其特征在于，该方法基于磁场共振的巡检机器人无线充电装置，包括无线充电模块(19)、无线充电位(18)和远程控制终端(1)；所述无线充电模块(19)位于巡检机器人上，包括无线电能接收模块(7)、电源调理模块(11)、可充电电池(6)、电压电流监控模块(12)、无线通信模块(13)、散热模块(14)和电能接收匹配模块(15)；所述无线充电位(18)包括电能发射匹配模块(16)、有线通信模块(2)、检测模块(3)、无线电能发射模块(4)和无线充电位外壳(5)；所述远程控制终端(1)位于巡检站上位机上，与无线充电模块(19)中的无线通信模块(13)以及无线充电位(18)中的有线通信模块(2)相连；当收到来自远程控制终端(1)的充电许可后，无线充电模块(19)中的电能接收匹配模块(15)和无线充电位(18)中的电能发射匹配模块(16)相互匹配，建立连接进行充电；
所述巡检机器人无线充电方法包括以下步骤：
步骤1：巡检机器人根据规划，前往指定的无线充电位(18)；
步骤2：当巡检机器人到达无线充电位(18)边缘时，检测模块(3)检测到压力，无线充电位(18)与远程控制终端(1)进行通信，查询是否有巡检机器人需要充电；
步骤3：远程控制终端(1)收到消息后，与巡检机器人建立通信，查询巡检机器人当前坐标，若位于无线充电位(18)，则将确认信息反馈至无线充电模块(19)和无线充电位(18)；
步骤4：接收到远程控制终端(1)的确认信息后，打开无线充电模块(19)中的电能接收匹配模块(15)和无线充电位(18)中的电能发射匹配模块(16)进行匹配；
步骤5：在匹配成功后，无线充电位(18)开启无线电能发射模块(4)，同时无线充电模块(19)开始检测充电信息，确认充电电流电压在设定范围内，开始对巡检机器人进行充电；
步骤6：电压电流监控模块(12)检测可充电电池(6)电压，当达到设定值后，巡检机器人向远程控制终端(1)发出信息，远程控制终端(1)控制无线充电位(18)断电，同时无线充电模块(19)与无线充电位(18)断开连接，确认自身位置，完成巡检机器人充电过程。
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