CN110138072A - 一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，涉及电力巡检机器人领域，包括塔架和太阳能供电系统，太阳能供电系统包括蓄电池、控制器、太阳能帆板、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器及光电开关，控制器包括分别用于太阳能光伏电压转换为蓄电池充电电压的DC/DC电压转换模块A、将蓄电池输出电压转换为给机器人充电电压的DC/DC电压转换模块B、通信模块、定位模块、基于DSP的核心控制模块；塔架上分别安装控制器和蓄电池，塔架的角钢上安装有电机，太阳能帆板固定在安装支架上，DC/DC电压转换模块B输出端上连接有有线供电接口模块；本发明实现巡检机器人的在线充电，有效减少了人工工作量。

Description

一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置及方法

技术领域

本发明涉及电力巡检机器人领域，尤其是涉及一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置及方法。

背景技术

公知的，电力巡检机器人采用可充电电池提供能源，沿着电力线路进行巡检，电当池能量降低到一定程度后，机器人就需要进行能源的补充。而传统的巡检设备，大多采用离线充电方法，需要机器人下线后进行充电操作，缺乏自主充电的设计，这极大的增加了人工辅助的工作量，影响巡检机器人的工作效率和智能化水平。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置及方法。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，包括塔架和太阳能供电系统，太阳能供电系统包括蓄电池、控制器、太阳能帆板、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器及光电开关，其中控制器包括分别用于太阳能光伏电压转换为蓄电池充电电压的DC/DC电压转换模块A、将蓄电池输出电压转换为给机器人充电电压的DC/DC电压转换模块B、通信模块、定位模块、基于DSP的核心控制模块；在塔架的塔身上分别设有通过箱体安装的控制器和蓄电池，在塔架的角钢上安装有电机，电机通过驱动器驱动且与齿轮箱的输入端连接，齿轮箱的输出端与安装支架固定连接，太阳能帆板固定在安装支架上，控制器分别通过线路与太阳能帆板、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器及光电开关、电机连接，在DC/DC电压转换模块B输出端上连接有有线供电接口模块，有线供电接口模块安装在供电接口面板上，供电接口面板通过连接板固定在位移台的上部，位移台设置在直线电机上，直线电机通过安装架固定在塔架的上部。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在太阳能帆板的四周设置有光敏传感器，光敏传感器通过线路与控制器连接。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在齿轮箱与塔架之间设有支撑架，支撑架的一端固定在齿轮箱的下部，支撑架的另一端与塔架固定连接，在齿轮箱内其中一个齿轮的齿轮轴与电机的输出轴通过联轴器连接，另一齿轮的齿轮轴通过联轴器与安装支架固定连接，两个齿轮相互啮合设置。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，所述连接板设置为L形，供电接口面板设置在连接板的外端侧面。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在供电接口面板上设有有线供电接口模块，在供电接口面板的侧面设有螺纹孔，螺纹孔内的螺栓与连接板的外端侧臂固定连接。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在有线供电接口模块中部的外面设有锥面供电端子，有线供电接口模块内设有弹簧，在锥面供电端子上设有正负极绝缘层A，锥面供电端子的前端设有锥形电极负极B，锥面供电端子的锥面上设有锥形电极正极B，在正负极绝缘层A上分别连接有供电线缆、地线A，地线A、供电线缆的后端均依次穿过有线供电接口模块和连接板9，分别接地和电源，在锥面供电端子的后部设有磁力片A，有线供电接口模块的外面两侧分别设有两个光电开关和两个红外编码器，与有线供电接口模块对应连接的受电接口端面板设置在机器人上，其包括壳体，在壳体的内面中部设有向内凹陷的锥面充电端子，所述锥面充电端子与锥面供电端子的外形均设置为锥形面，且相互配合设置，在锥面充电端子后部设有磁力片B，磁力片B与磁力片A磁性相吸，在壳体内面的两侧分别设有与两个光电开关、两个红外编码器相对应的两个发光二极管、两个红外编码接收器，在锥面充电端子的内面上从前至后依次设有锥形电极正极A、正负极绝缘层B和锥形电极负极A，在正负极绝缘层B上分别连接有线缆和地线B，线缆和地线B的外端均穿过壳体，线缆与电池连接，地线B接地。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，所述控制器分别与光电开关、红外编码器通过信号连接。

一种电力巡检机器人用太阳能在线充电方法，具体包括以下步骤：

（1）、启动电机，通过齿轮箱传递动力从而调整太阳能帆板的受光角度，将光能转化为电能，DC/DC电压转换模块A将光伏电压转换为蓄电池的充电电压，由基于DSP的核心控制模块对蓄电池进行管理，蓄电池存储转换后的电能，巡检机器人对接充电时，通过DC/DC电压转换模块B进行电压的变换，将蓄电池输出电压转换为巡检机器人合适的充电电压和电流，供电接口面板上的有线供电接口模块，预备对巡检机器人进行充电；

（2）、接上一步骤，供电接口面板上的两个红外编码器分别发出不同编码信号，根据编码状态确定有线供电接口模块的左右相对位置，巡检机器人的受电端面板接近供电接口面板并左右对齐；

（3）、接上一步骤，启动直线电机驱动位移台产生位移，将供电接口面板伸出至巡检机器人的受电端面板，通过有线供电接口端的磁力片A和巡检机器人充电端壳体上磁力片B的吸引作用，吸锥面充电端子与锥面供电端子对接；

（4）、接上一步骤，对接成功后，巡检机器人充电端壳体上的发光二极管发光，供电接口面板上的光电开关接收到光信号后，停止直线电机的运动，充电完毕后巡检机器人关闭发光二极管的发光信号，启动直线电机后退，通过弹簧拉回锥面供电端子，供电接口面板后退，直线电机停止运动，有线供电接口恢复到待机状态，等待下一次供电操作。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，通过采用太阳能帆板实现光能到电能的转换，利用DC/DC电压转换模块A将光伏电压转换为蓄电池的充电电压，由基于DSP的核心控制模块对蓄电池进行充电，储备能量；蓄电池存储转换后的电能，当机器人对接充电时，通过DC/DC电压转换模块B进行电压的变换，将蓄电池输出电压转换为巡检机器人合适的充电电压和电流，利用有线供电接口模块，对巡检机器人进行充电，实现巡检机器人的在线充电，有效减少了人工工作量，增加了巡检机器人的工作效率和智能化水平。

2、本发明将控制器和蓄电池通过箱体固定在塔架上，太阳能帆板朝南固定在安装支架上，控制太阳能帆板受光角度的电机安装固定在塔架的角钢上，控制器根据光敏传感器的信号，利用齿轮箱带动安装有太阳能帆板的安装支架旋转，调整太阳能帆板的受光角度，通过齿轮箱传动既能进行力的传递又可以控制太阳能帆板的转动角度，驱动太阳能帆板追踪太阳不同季节的入射角度，提高太阳能发电的利用率。

3、本发明采用直线电机带动位移台直线运动，便于调节供电接口面板与巡检机器人的距离，供电接口面板上左右各安装有一路红外编码器，分别发送111和101编码，以区分左右位置基准。巡检机器人需要充电时，机器人通过受电端的两路红外编码接收器接收信号，确定受电端与供电端的左右位置关系，并运动到正对供电接口面板的位置，利用发光二极管发出信号，供电端的光电开关接收到信号后，供电端有线供电接口模块控制位移台产生位移，实现供电接口面板的位置伸缩变换，与机器人受电端进行对接充电，使用红外光电编码器确定机器人与供电端的左右位置关系，确保了相对位置的准确性，两路发光二极管可提供冗余设计，提升工作的可靠性，有效提高了巡检机器人的充电工作效率。

附图说明

图1是本发明太阳能供电系统的结构示意图；

图2是本发明太阳能帆板的连接示意图；

图3是本发明供电接口面板与位移台的连接结构示意图；

图4是本发明供电接口面板的结构示意图；

图5是本发明有线供电接口模块的结构示意图；

图6是本发明受电接口端口的结构示意图；

图中： 1、塔架；2、蓄电池；3、控制器；4、电机；5、齿轮箱；6、安装支架；7、太阳能帆板；8、光敏传感器；9、连接板；10、直线电机；11、位移台；12、安装架；13、供电接口面板；14、有线供电接口模块；15、光电开关；16、红外编码器；17、锥面供电端子；18、弹簧；19、地线A；20、供电线缆；21、磁力片A；22、正负极绝缘层A；23、红外编码接收器；24、磁力片B；25、线缆；26、电池；27、地线B；28、锥面充电端子；29、正负极绝缘层B；30、壳体；31、发光二极管；32、锥形电极正极A；33、锥形电极负极A；34、受电端面板；35、锥形电极负极B；36、锥形电极正极B。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

结合附图1-6电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，包括塔架1和太阳能供电系统，太阳能供电系统包括蓄电池2、控制器3、太阳能帆板7、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器16及光电开关15，其中控制器3包括分别用于太阳能光伏电压转换为蓄电池充电电压的DC/DC电压转换模块A、将蓄电池输出电压转换为给机器人充电电压的DC/DC电压转换模块B、通信模块、定位模块、基于DSP的核心控制模块；在塔架1的塔身上分别设有通过箱体安装的控制器3和蓄电池2，在塔架1的角钢上安装有电机4，电机4通过驱动器驱动且与齿轮箱5的输入端连接，齿轮箱5的输出端与安装支架6固定连接，太阳能帆板7固定在安装支架6上，控制器3分别通过线路与太阳能帆板7、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器及光电开关15、电机4连接，在DC/DC电压转换模块B输出端上连接有有线供电接口模块14，有线供电接口模块14安装在供电接口面板13上，供电接口面板13通过连接板9固定在位移台11的上部，位移台11设置在直线电机10上，直线电机10通过安装架12固定在塔架1的上部。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在太阳能帆板7的四周设置有光敏传感器8，光敏传感器8通过线路与控制器3连接。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在齿轮箱5与塔架1之间设有支撑架，支撑架的一端固定在齿轮箱5的下部，支撑架的另一端与塔架1固定连接，在齿轮箱5内其中一个齿轮的齿轮轴与电机4的输出轴通过联轴器连接，另一齿轮的齿轮轴通过联轴器与安装支架6固定连接，两个齿轮相互啮合设置。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，所述连接板9设置为L形，供电接口面板13设置在连接板9的外端侧面。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在供电接口面板13上设有有线供电接口模块14，在供电接口面板13的侧面设有螺纹孔，螺纹孔内的螺栓与连接板9的外端侧臂固定连接。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在有线供电接口模块14中部的外面设有锥面供电端子17，有线供电接口模块14内设有弹簧18，在锥面供电端子17上设有正负极绝缘层A22，锥面供电端子17的前端设有锥形电极负极B35，锥面供电端子17的锥面上设有锥形电极正极B36，在正负极绝缘层A22上分别连接有供电线缆20、地线A19，地线A19、供电线缆20的后端均依次穿过有线供电接口模块14和连接板9，分别接地和电源，在锥面供电端子17的后部设有磁力片A21，有线供电接口模块14的外面两侧分别设有两个光电开关15和两个红外编码器16，与有线供电接口模块14对应连接的受电接口端面板34设置在机器人上，其包括壳体30，在壳体30的内面中部设有向内凹陷的锥面充电端子28，所述锥面充电端子28与锥面供电端子17的外形均设置为锥形面，且相互配合设置，在锥面充电端子28后部设有磁力片B24，磁力片B24与磁力片A21磁性相吸，在壳体30内面的两侧分别设有与两个光电开关15、两个红外编码器16相对应的两个发光二极管31、两个红外编码接收器23，在锥面充电端子28的内面上从前至后依次设有锥形电极正极A32、正负极绝缘层B29和锥形电极负极A33，在正负极绝缘层B29上分别连接有线缆25和地线B27，线缆25和地线B27的外端均穿过壳体30，线缆25与电池26连接，地线B27接地。

所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，所述控制器3分别与光电开关15、红外编码器16通过信号连接。

一种电力巡检机器人用太阳能在线充电方法，具体包括以下步骤：

（1）、启动电机，通过齿轮箱5传递动力从而调整太阳能帆板7的受光角度，将光能转化为电能，DC/DC电压转换模块A将光伏电压转换为蓄电池2的充电电压，由基于DSP的核心控制模块对蓄电池2进行管理，蓄电池2存储转换后的电能，巡检机器人对接充电时，通过DC/DC电压转换模块B进行电压的变换，将蓄电池2输出电压转换为巡检机器人合适的充电电压和电流，供电接口面板13上的有线供电接口模块，预备对巡检机器人进行充电；

（2）、接上一步骤，供电接口面板13上的两个红外编码器16分别发出不同编码信号，根据编码状态确定有线供电接口模块14的左右相对位置，巡检机器人的受电端面板34接近供电接口面板13并左右对齐；

（3）、接上一步骤，启动直线电机10驱动位移台11产生位移，将供电接口面板13伸出至巡检机器人的受电端面板34，通过有线供电接口端的磁力片A21和巡检机器人充电端壳体30上磁力片B24的吸引作用，吸锥面充电端子28与锥面供电端子17对接；

（4）、接上一步骤，对接成功后，巡检机器人充电端壳体30上的发光二极管31发光，供电接口面板13上的光电开关15接收到光信号后，停止直线电机10的运动，充电完毕后巡检机器人关闭发光二极管31的发光信号，启动直线电机10后退，通过弹簧18拉回锥面供电端子17，供电接口面板13后退，直线电机10停止运动，有线供电接口恢复到待机状态，等待下一次供电操作。

实施本发明所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，在使用时，由驱动器驱动电机4带动齿轮箱5，从而带动太阳能帆板7而旋转，通过电机4调整太阳能帆板7的受光角度，通过太阳能帆板7上的光敏传感器8追踪太阳在不同季节的入射角度，便于最大化的提高太阳能发电的利用率，通过光能转化为电能，利用蓄电池2存储转换后的电能，控制器3为基于DSP的核心控制模块，从而对蓄电池2存储的电能进行管理，电能由DC/DC电压转换模块A进行电压的变换，为巡检机器人提供合适的充电电压和电流，并通过供电接口面板13上的有线供电接口模块14，对巡检机器人进行充电，并利用电压、电流传感器监测供电接口的电压、电流信息，利用光电开关15实现供电接口面板13和巡检机器人的相对位置检测，利用北斗BD/GPS定位模块获取供电装置自身的位置信息，利用移动通信网络的3G/4G/5G通信模块实现供电系统和巡检机器人、远程监控中心的信息交互，以便监控中心和巡检机器人对各个太阳能充电装置的位置和充电状态进行了解和掌控。控制器3具备必要的过载保护功能，确保在任何情况下的误操作，均不会对机器人造成损伤，也可采用远程控制的方法，关闭或重启有问题的供电装置；采用直线电机10驱动位移台11使供电接口面板13前后伸缩，便于调节供电接口面板13与巡检机器人之间的距离，实现供电接口面板13位置的伸缩变换，对机器人进行供电。

供电接口面板13上设置有线供电接口模块14，当巡检机器人靠近供电接口面板13一定距离范围内，巡检机器人上的充电端接口的锥面充电端子28设置为锥形面，便于与有线供电接口模块14的锥面供电端子17相对应，便于充电端子顺利完成对接和分离，如附图4所示，有线供电接口模块14上的两个红外编码器16发射不同的编码信号（如左侧发射111编码，右侧发射101编码），表示有线供电接口模块14的左右位置基准，如附图6所示巡检机器人充电端的壳体30上有两个红外编码接收器23，接收到红外编码器16发射的编码信号后，根据编码状态确定有线供电接口模块14的左右相对位置，接近供电接口；当左右两端都对齐时，由直线电机10驱动位移台11产生位移，将供电接口面板13伸出，供电接口面板13靠近巡检机器人到一定距离时，利用有线供电接口模块14端的磁力片A21和巡检机器人充电端壳体30上磁力片B24的吸引作用，吸附锥面供电端子17与锥面充电端子28对接，对接成功后，由机器人发出充电对接成功信号，驱动机器人充电端壳体30上的发光二极管31发光；有线供电接口模块14上的光电开关15接收到光信号后，停止直线电机10的运动；充电完毕，机器人关闭发光二极管31的光信号，有线供电接口模块14启动直线电机10后退，利用弹簧18拉回有线供电接口模块14上的锥面供电端子17，当有线供电接口模块14后退到一定距离后，直线电机10停止运动，有线供电接口模块14恢复到待机状态，等待下一次供电操作。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (8)

1.一种电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，包括塔架和太阳能供电系统，其特征是：太阳能供电系统包括蓄电池、控制器、太阳能帆板、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器及光电开关，其中控制器包括分别用于太阳能光伏电压转换为蓄电池充电电压的DC/DC电压转换模块A、将蓄电池输出电压转换为给机器人充电电压的DC/DC电压转换模块B、通信模块、定位模块、基于DSP的核心控制模块；在塔架的塔身上分别设有通过箱体安装的控制器和蓄电池，在塔架的角钢上安装有电机，电机通过驱动器驱动且与齿轮箱的输入端连接，齿轮箱的输出端与安装支架固定连接，太阳能帆板固定在安装支架上，控制器分别通过线路与太阳能帆板、有线供电接口模块、电压传感器、电流传感器、光敏传感器、红外编码器及光电开关、电机连接，在DC/DC电压转换模块B输出端上连接有有线供电接口模块，有线供电接口模块安装在供电接口面板上，供电接口面板通过连接板固定在位移台的上部，位移台设置在直线电机上，直线电机通过安装架固定在塔架的上部。

2.根据权利要求1所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，其特征是：在太阳能帆板的四周设置有光敏传感器，光敏传感器通过线路与控制器连接。

3.根据权利要求1所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，其特征是：在齿轮箱与塔架之间设有支撑架，支撑架的一端固定在齿轮箱的下部，支撑架的另一端与塔架固定连接，在齿轮箱内其中一个齿轮的齿轮轴与电机的输出轴通过联轴器连接，另一齿轮的齿轮轴通过联轴器与安装支架固定连接，两个齿轮相互啮合设置。

4.根据权利要求1所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，其特征是：所述连接板设置为L形，供电接口面板设置在连接板的外端侧面。

5.根据权利要求1所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，其特征是：在供电接口面板上设有有线供电接口模块，在供电接口面板的侧面设有螺纹孔，螺纹孔内的螺栓与连接板的外端侧臂固定连接。

6.根据权利要求1所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，其特征是：在有线供电接口模块中部的外面设有锥面供电端子，有线供电接口模块内设有弹簧，在锥面供电端子上设有正负极绝缘层A，锥面供电端子的前端设有锥形电极负极B，锥面供电端子的锥面上设有锥形电极正极B，在正负极绝缘层A上分别连接有供电线缆、地线A，地线A、供电线缆的后端均依次穿过有线供电接口模块和连接板，分别接地和电源，在锥面供电端子的后部设有磁力片A，有线供电接口模块的外面两侧分别设有两个光电开关和两个红外编码器，与有线供电接口模块对应连接的受电接口端面板设置在机器人上，其包括壳体，在壳体的内面中部设有向内凹陷的锥面充电端子，所述锥面充电端子与锥面供电端子的外形均设置为锥形面，且相互配合设置，在锥面充电端子后部设有磁力片B，磁力片B与磁力片A磁性相吸，在壳体内面的两侧分别设有与两个光电开关、两个红外编码器相对应的两个发光二极管、两个红外编码接收器，在锥面充电端子的内面上从前至后依次设有锥形电极正极A、正负极绝缘层B和锥形电极负极A，在正负极绝缘层B上分别连接有线缆和地线B，线缆和地线B的外端均穿过壳体，线缆与电池连接，地线B接地。

7.根据权利要求1所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置，其特征是：所述控制器分别与光电开关、红外编码器通过信号连接。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的电力巡检机器人用太阳能在线充电装置的方法，具体包括以下步骤：

（1）、启动电机，通过齿轮箱传递动力从而调整太阳能帆板的受光角度，将光能转化为电能，DC/DC电压转换模块A将光伏电压转换为蓄电池的充电电压，由基于DSP的核心控制模块对蓄电池进行管理，蓄电池存储转换后的电能，巡检机器人对接充电时，通过DC/DC电压转换模块B进行电压的变换，将蓄电池输出电压转换为巡检机器人合适的充电电压和电流，供电接口面板上的有线供电接口模块，预备对巡检机器人进行充电；

（2）、接上一步骤，供电接口面板上的两个红外编码器分别发出不同编码信号，根据编码状态确定有线供电接口模块的左右相对位置，巡检机器人的受电端面板接近供电接口面板并左右对齐；

（3）、接上一步骤，启动直线电机驱动位移台产生位移，将供电接口面板伸出至巡检机器人的受电端面板，通过有线供电接口端的磁力片A和巡检机器人充电端壳体上磁力片B的吸引作用，吸锥面充电端子与锥面供电端子对接；

（4）、接上一步骤，对接成功后，巡检机器人充电端壳体上的发光二极管发光，供电接口面板上的光电开关接收到光信号后，停止直线电机的运动，充电完毕后巡检机器人关闭发光二极管的发光信号，启动直线电机后退，通过弹簧拉回锥面供电端子，供电接口面板后退，直线电机停止运动，有线供电接口恢复到待机状态，等待下一次供电操作。