CN110165753A - 用于输电线路巡检机器人的充电装置及其方法 - Google Patents

用于输电线路巡检机器人的充电装置及其方法 Download PDF

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CN110165753A CN201910398757.3A CN201910398757A CN110165753A CN 110165753 A CN110165753 A CN 110165753A CN 201910398757 A CN201910398757 A CN 201910398757A CN 110165753 A CN110165753 A CN 110165753A
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于洪亮
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李喆
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Abstract

本发明公开了一种用于输电线路巡检机器人的充电装置及其方法,其涉及充电技术领域,包括:电能输出装置;电能接收装置;电能输出装置包括:储能电池,储能电池用于存储和释放收集的电能;取电模块,取电模块与储能电池相电性连接,取电模块包括至少两根导线,导线能够设置在输电线路的地线旁以获取电能,并将电能输送给储能电池;电能无线发射模块,储能电池的电能通过电能无线发射模块输出;电能接收装置包括:动力电池;电能无线接收模块;定位系统,定位系统用于获取巡检机器人的方位;电池充电管理系统,电池充电管理系统用于监测动力电池的状态;等等。本申请能够在无需工人参与的情况下实现自主运行和充电。

Description

用于输电线路巡检机器人的充电装置及其方法
技术领域
本发明涉及充电技术领域,特别涉及一种用于输电线路巡检机器人的充电装置及其方法。
背景技术
传统模式下对于输电线路运行状况的巡检主要依赖人工巡视,其工作效率低,劳动强度大,无法实现全天候24小时实时巡视。近年来随着我国特高压输电线路的迅猛建设以及机器人技术的不断成熟,不同种类的巡检机器人被应用于智能电网的日常巡检中。其中,输电线路巡检机器人能够携带不同的检测设备,从而代替人工对输电线路进行自动巡检,这样不仅可以大大减轻巡检人员的劳动强度,降低巡检成本,而且还可以提高线路巡检作业的质量和效率,确保输电线路的安全稳定运行。
当巡检机器人在输电线路上作业时,一般采用锂电池作为巡检机器人的动力电源,但是巡检机器人在线路上作业时,由于需要在地线上行走以及携带各种检测设备,其电能消耗很大,运行一段时间后就需要更换蓄电池,而且我国幅员辽阔,南北横跨多种气候地区,各地海拔高度差异大,地形地貌复杂,输电线路所处环境也多种多样,因此导致巡检人员需要频繁攀爬上铁塔去更换巡检机器人的蓄电池,这无疑会大大增加巡检人员的劳动强度,降低了工作效率,给输电线路巡检造成极大的不便。
从上可以看出,输电线路巡检机器人的供电问题变得日益突出,电池容量的大小直接影响机器人的运行时间、巡检半径和线路巡检的效率,频繁更换电池的方式大大降低了线路巡检的工作效率,严重制约着输电线路巡检机器人的快速发展,已经不能满足实际线路巡检机器人的需求。据调查所知,输电线路巡检机器人自带的电池组通常可以支持其连续工作几个小时。但当巡检机器人在线路档距中央没电的时候,就需要人工上线将机器人拖回,如此也就失去了输电线路巡检机器人方便快捷、操作简单、安全可靠的优势,所以为输电线路巡检机器人提供一套野外在线自动充电装置对提高巡检机器人的工作效率,延长其工作范围及巡视半径具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷,本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种用于输电线路巡检机器人的充电装置及其方法,其能够在无需工人参与的情况下实现自主运行和充电。
本发明实施例的具体技术方案是:
一种用于输电线路巡检机器人的充电装置,所述用于输电线路巡检机器人的充电装置包括:能够安装在输电线路上的电能输出装置;能够安装在巡检机器人上的电能接收装置;
所述电能输出装置包括:储能电池,所述储能电池用于存储和释放收集的电能;取电模块,所述取电模块与所述储能电池相电性连接,所述取电模块包括至少两根导线,所述导线能够设置在输电线路的地线旁以获取电能,并将电能输送给所述储能电池;电能无线发射模块,所述电能无线发射模块与所述储能电池相连接,所述储能电池的电能通过所述电能无线发射模块输出;
所述电能接收装置包括:动力电池,所述动力电池用于向巡检机器人进行供电;电能无线接收模块,所述电能无线接收模块与所述动力电池相连接,所述电能无线接收模块用于接收所述电能无线发射模块输出的电能并将电能输送给所述动力电池;定位系统,所述定位系统用于获取巡检机器人的方位;电池充电管理系统,所述电池充电管理系统用于监测所述动力电池的状态;分别与所述定位系统、所述电池充电管理系统相电性连接的巡检机器人控制系统,所述巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息从而判断巡检机器人是否需要进行充电,进而将巡检机器人导航至电能输出装置处进行充电;
充电定位系统,所述充电定位系统用于在巡检机器人到达电能输出装置处后,将所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间进行电能传输。
在一种优选的实施方式中,所述电能输出装置还包括:
电池检测采集模块,所述电池检测采集模块包括电压与温度检测单元和电池模块,所述电池模块用于对所述电压与温度检测单元进行供电,所述电压与温度检测单元用于监控所述储能电池的状态。
在一种优选的实施方式中,所述充电定位系统包括:安装在巡检机器人上的红外传感器、电压检测模块;安装在输电塔上的机械定位装置;当所述红外传感器检测到巡检机器人到达机械定位装置的预设位置后,所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间进行电能传输,当所述电压检测模块检测到所述动力电池满足预设条件时,所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间停止进行电能传输。
在一种优选的实施方式中,所述电能无线发射模块包括:电能发送线圈和用于控制所述电能发送线圈的电能发送控制器;所述电能无线接收模块包括:电能接收线圈和用于控制所述电能接收线圈的电能接收控制器,所述电能接收线圈与所述电能发送线圈相匹配;所述电能发送控制器能够根据所述电能接收线圈的功耗大小,实时调节所述电能发送控制器的功率大小。
在一种优选的实施方式中,所述电能输出装置还包括:短路保护模块,其分别与所述储能电池和所述电池检测模块相电性连接,所述短路保护模块用于对所述储能电池和/或所述电池检测采集模块进行短路保护。
在一种优选的实施方式中,所述电能接收装置还包括:与所述巡检机器人控制系统相电性连接的通信模块,所述通信模块能够进行无线通信接收远程控制指令和发射巡检机器人的状态信息。
在一种优选的实施方式中,所述电能输出装置还包括:防雷击模块,所述防雷击模块包括整流滤波单元、开关单元、校正单元和反馈单元,其中,所述整流滤波单元连接所述储能电池的输入端,所述整流滤波单元、所述开关单元、所述校正单元依次连接,所述校正单元与输出端相连接,所述反馈单元的一端连接所述校正单元,所述反馈单元的另一端连接在所述整流滤波单元与所述开关单元之间;所述整流滤波单元用于降低瞬时高压电流对主电路的影响;所述开关单元用于将所述储能电池输出电压转换为直流电输出,并对其进行波形稳定整理;所述反馈单元用于对所述储能电池的输出电压做负反馈调节。
在一种优选的实施方式中,所述电压与温度检测单元包括用于对所述储能电池的电压进行监控的电压阈值监控单元与对所述储能电池的温度进行监控的温度阈值监控单元;
所述电池检测采集模块还包括报警监测处理单元,所述报警监测处理单元获取所述电压与温度检测单元得到储能电池的电压和温度,当储能电池的电压和温度到达预设条件时,所述报警监测处理单元向所述巡检机器人发送报警信息。
一种巡检机器人,所述巡检机器人包括:
电能接收装置,其包括:动力电池,所述动力电池用于向巡检机器人进行供电;电能无线接收模块,所述电能无线接收模块与所述动力电池相连接,所述电能无线接收模块用于接收电能并将电能输送给所述动力电池;定位系统,所述定位系统用于获取巡检机器人的方位;电池充电管理系统,所述电池充电管理系统用于监测所述动力电池的状态;分别与所述定位系统、所述电池充电管理系统相电性连接的巡检机器人控制系统,所述巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息从而判断巡检机器人是否需要进行充电,进而将巡检机器人导航至电能输出装置处进行充电。
一种电能输出装置,其用于安装在输电线路上,所述电能输出装置包括:
储能电池,所述储能电池用于存储和释放收集的电能;取电模块,所述取电模块与所述储能电池相电性连接,所述取电模块包括至少两根导线,所述导线能够设置在输电线路的地线旁以获取电能,并将电能输送给所述储能电池;所述电能无线发射模块,所述电能无线发射模块与所述储能电池相连接,所述储能电池的电能通过所述电能无线发射模块输出。
一种用于输电线路巡检机器人的充电方法,所述用于输电线路巡检机器人的充电方法包括以下步骤:
通过电池充电管理系统监测动力电池的电量;
当所述动力电池的电量不足时,根据定位系统规划将巡检机器人导航至附近的电能输出装置;
在巡检机器人到达所述电能输出装置以后,通过充电定位系统将巡检机器人的电能无线接收模块与所述电能输出装置上的电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间能够进行电能传输;
待所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块相匹配对准后,所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间进行电能传输以对巡检机器人的动力电池进行充电;
当电池充电管理系统监测动力电池的电量满足预设要求后,控制所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块停止对巡检机器人的动力电池进行充电。
在一种优选的实施方式中,所述用于输电线路巡检机器人的充电方法还包括以下步骤:
在对巡检机器人的动力电池进行充电前,通过电池检测模块进行检测确定是否短路,若发现短路,则控制所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块关闭,若发现不存在短路,则控制所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间进行电能传输以对巡检机器人的动力电池进行充电。
本发明的技术方案具有以下显著有益效果:
本申请中的用于输电线路巡检机器人的充电装置采用地线感应式取电从输电线路的地线上进行取电,如此可以保证在输电线路正常运行时24小时不间断的向储能电池进行稳定供电,运行稳定可靠,维护成本低。其次,本申请为输电线路巡检机器人在野外工作时提供自主充电功能,当巡检机器人的电池充电管理系统判断出巡检机器人需要进行充电后能够自行使巡检机器人至电能输出装置处进行充电,从而保证了巡检机器人的安全稳定运行,实现了巡检机器人在架空输电线路上全程、全自主、长时间的实时自动巡检。
参照后文的说明和附图,详细公开了本发明的特定实施方式,指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解,本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明实施例中用于输电线路巡检机器人的充电装置的系统示意图;
图2为本发明实施例中地线感应取电装置的示意图;
图3为本发明实施例中用于输电线路巡检机器人的充电方法的流程图;
图4为本发明实施例中防雷击模块的结构示意图。
以上附图的附图标记:
1、输电塔;2、储能电池;3、导线;4、航空插头;5、退耦线圈;6、地线。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述,能够更加清楚地了解本发明的细节。但是,在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在现有技术中存在一种用于输电线路机器人的太阳能供电系统,其通过收集太阳能进而对输电线路机器人进行供电,虽然解决了机器人的在线自动供电问题,但是也存在部分问题:一、在该供电系统中采用太阳能取电,因此不能保证24小时的实时充电,而且太阳能取电效率较低,很可能无法满足输电线路机器人对电量的要求;二、该充电系统与机器人充电接收端采用电气硬件直接连接,由于充电时电流很大,接触时容易产生电火花,易发生安全隐患,因此与特高压输电线路安全作业规程不符。同时,还存在另外一种用于输电线路监测终端的供电系统,该供电系统的取电终端包括风力发电机、太阳能电板、蓄电池等部分,风力发电机对蓄电池进行充电,而蓄电池的电能再输送给负载端匹配的监测设备。该供电系统解决了输电线路上监测设备24小时实时充电的问题,但是作为一个输电线路设备供电系统,其也存在风力发电机产生的电能是否充足以及如何将蓄电池的电能安全、稳定的输送给机器人等问题。
为了能够在无需工人参与的情况下实现巡检机器人的自主运行和充电,基于现有技术,申请人创造性的提出了一种用于输电线路巡检机器人的充电装置,图1为本发明实施例中用于输电线路巡检机器人的充电装置的系统示意图,图2为本发明实施例中地线感应取电装置的示意图,如图1和图2所示,用于输电线路巡检机器人的充电装置包括:能够安装在输电线路上的电能输出装置;能够安装在巡检机器人上的电能接收装置;电能输出装置包括:储能电池2,储能电池2用于存储和释放收集的电能;取电模块,取电模块与储能电池2相电性连接,取电模块包括至少两根导线3,导线3能够设置在输电线路的地线6旁以获取电能,并将电能输送给储能电池2;电能无线发射模块,电能无线发射模块与储能电池2相连接,储能电池2的电能通过电能无线发射模块输出;电能接收装置包括:动力电池,动力电池用于向巡检机器人进行供电;电能无线接收模块,电能无线接收模块与动力电池相连接,电能无线接收模块用于接收电能无线发射模块输出的电能并将电能输送给动力电池;定位系统,定位系统用于获取巡检机器人的方位;电池充电管理系统,电池充电管理系统用于监测动力电池的状态;分别与定位系统、电池充电管理系统相电性连接的巡检机器人控制系统,巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息从而判断巡检机器人是否需要进行充电,进而将巡检机器人导航至电能输出装置处进行充电;充电定位系统,充电定位系统用于在巡检机器人到达电能输出装置处后,将电能无线接收模块与电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间进行电能传输。
本申请中的用于输电线路巡检机器人的充电装置通过电能输出装置中的取电模块在输电线路的地线6产生的磁场处获取电能,该电能输送费储能电池2进行存储,已备后续输出。当巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息判断出巡检机器人的电量不足需要进行充电时,巡检机器人的定位系统将巡检机器人导航至附近的电能输出装置处,通过充电定位系统使得电能无线接收模块与电能无线发射模块相匹配对准从而使两者之间进行电能传输,以将储能电池2中的电输出至巡检机器人的动力电池中。
本申请中的用于输电线路巡检机器人的充电装置采用地线感应式取电从输电线路的地线6上进行取电,如此可以保证在输电线路正常运行时24小时不间断的向储能电池2进行稳定供电,运行稳定可靠,维护成本低。其次,本申请为输电线路巡检机器人在野外工作时提供自主充电功能,当巡检机器人的电池充电管理系统判断出巡检机器人需要进行充电后能够自行使巡检机器人至电能输出装置处进行充电,从而保证了巡检机器人的安全稳定运行,实现了巡检机器人在架空输电线路上全程、全自主、长时间的实时自动巡检。
为了能够更好的理解本申请中的用于输电线路巡检机器人的充电装置,下面将对其做进一步解释和说明。如图1、图2所示,安装在输电线路上的电能输出装置可以包括:储能电池2、取电模块、电能无线发射模块。其中,储能电池2可以采用可充电电池,其用于存储和释放收集的电能。当取电模块向储能电池2输送电能时,储能电池2进行充电,从而使得自己保持足够的电量;当储能电池2需要对巡检机器人的动力电池进行充电时,储能电池2释放其自身存储的电能。
如图1和图2所示,取电模块与储能电池2相电性连接,取电模块包括至少两根导线3,两根导线3用于设置在输电线路的地线6旁,可以与地线6相并行设置。利用输电线路地线6中导线3流过交变电流时会在空间产生磁场,而该磁场会切割两根导线3时会在导线3上产生感应电动势,导线3上获取的电能将输输送给储能电池2进行存储。在导线3与储能电池2之间可以连接有退耦线圈5,退耦线圈5用于降低电流冲击对电能输出装置正常工作产生影响。采用取电模块可以从架空输电线路的地线6感应能量中取电,运行稳定可靠,解决了传统太阳能供电方式或风力供电方式充电功率不稳定、带负载能力有限、受外界因素影响大、维护成本高的难题。
如图1和图2所示,电能无线发射模块与储能电池2相电性连接,储能电池2的电能通过电能无线发射模块输出。电能无线发射模块与吃能电池之间可以通过航空插头4相连接,如此可以保证防水效果,进而避免在野外下雨时发生短路。其中,电能无线发射模块可以包括:电能发送线圈和用于控制电能发送线圈的电能发送控制器。电能发送控制器可以调节电能发送控制器的功率大小。采用无线充电的方式解决了常规充电技术中接触式充电端子易磨损、使用寿命短的难题以及充电端子接触瞬间产生电火花的问题,无线充电时无需精确对准充电位置,如此扩大了充电点的范围,允许一定范围的位置误差,这样就可以简化产品自动充电方式的设计,有效提高了充电装置的安全及稳定性能。
在一种优选的实施方式中,如图1所示,电能输出装置还可以包括:电池检测采集模块,电池检测采集模块包括电压与温度检测单元和电池模块,电池模块用于对电压与温度检测单元进行供电,电压与温度检测单元用于监控储能电池2的状态。通过上述方式可以了解储能电池2的电量及电压状态,从而控制是否需要对储能电池2进行充电。当储能电池2中的电量充足时,可以停止通过取电模块对储能电池2进行充电。其中,电压与温度检测单元包括用于对储能电池2的电压进行监控的电压阈值监控单元与对储能电池2的温度进行监控的温度阈值监控单元;电池检测采集模块还包括报警监测处理单元,报警监测处理单元获取电压与温度检测单元得到储能电池2的电压和温度,当储能电池2的电压和温度到达预设条件时,报警监测处理单元在巡检机器人到达电能输出装置进行充电时可以向巡检机器人发送报警信息。
在一种优选的实施方式中,如图1所示,电能输出装置还可以包括:短路保护模块,其分别与储能电池2和电池检测模块相电性连接,短路保护模块用于对储能电池2和/或电池检测采集模块进行短路保护。
在一种优选的实施方式中,如图1所示,电能输出装置还可以包括:防雷击模块,图4为本发明实施例中防雷击模块的结构示意图,如图4所示,防雷击模块可以包括整流滤波单元、开关单元、校正单元和反馈单元,其中,所述整流滤波单元连接所述储能电池的输入端,所述整流滤波单元、所述开关单元、所述校正单元依次连接,所述校正单元与输出端相连接,所述反馈单元的一端连接所述校正单元,所述反馈单元的另一端连接在所述整流滤波单元与所述开关单元之间;所述整流滤波单元用于降低瞬时高压电流对主电路的影响,其一方面可以降低高压电流对储能电池2输入的影响,另外一方面可以降低储能电池2输出的高压电流对其它电路或设备的影响;所述开关单元用于将所述储能电池输出电压转换为直流电输出,并对其进行波形稳定整理;所述反馈单元用于对所述储能电池的输出电压做负反馈调节,从而防止出现电路损坏引起的高低压联通事故,避免高电压给巡检机器人带来的损坏。
如图1所示,安装在巡检机器人上的电能接收装置可以包括:动力电池、电能无线接收模块、定位系统、电池充电管理系统。其中,动力电池可以为可充电电池,其作为巡检机器人作业的动力来源,当动力电池的电量或电压不足时,巡检机器人即需要进行充电,从而保持巡检机器人能够不断的作业。
如图1所示,电能无线接收模块与动力电池相连接,电能无线接收模块用于接收电能无线发射模块输出的电能并将电能输送给动力电池。电能无线接收模块可以包括:电能接收线圈和用于控制电能接收线圈的电能接收控制器,电能接收线圈与电能发送线圈相匹配;电能发送控制器能够根据电能接收线圈的功耗大小,实时调节电能发送控制器的功率大小。电能输出装置与电能接收装置之间不但可以传输能量,同时两者在近距离还可以传输通信信号,通过通信信号的传递可以将电池检测采集模块监测的储能电池2的状态传输给巡航机器人。
如图1所示,定位系统用于获取巡检机器人的方位,即能够通过各种全球定位系统获取巡检机器人的准确位置。电池充电管理系统则用于监测动力电池的状态;分别与定位系统、电池充电管理系统相电性连接的巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息从而判断巡检机器人是否需要进行充电,进而将巡检机器人导航至电能输出装置处进行充电。在巡检机器人控制系统和定位系统下,可以使得巡航机器人能够具有自主导航功能,在输电塔1上的电能输出装置的位置信息已经预存在巡检机器人控制系统中,因此巡航机器人能够基于动力电池的状态、电能输出装置的位置信息、巡检机器人的方位准确计算出巡航机器人何时何地需要进行充电,以确保自己电量在足够的情况下将自己导航至最近的电能输出装置处进行充电。在对巡检机器人的动力电池充电时,电池充电管理系统可以按照电池充电曲线实现分段式充电,有限延长动力电池的使用寿命。
如图1所示,用于输电线路巡检机器人的充电装置还可以包括:充电定位系统,充电定位系统用于在巡检机器人到达电能输出装置处后,将电能无线接收模块与电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间进行电能传输。具体而言,充电定位系统可以包括:安装在巡检机器人上的红外传感器、电压检测模块;安装在输电塔1上的机械定位装置;当红外传感器检测到巡检机器人到达机械定位装置的预设位置后,电能无线接收模块与电能无线发射模块之间进行电能传输,当电压检测模块检测到动力电池满足预设条件时,电能无线接收模块与电能无线发射模块之间停止进行电能传输。上述预设位置为电能无线接收模块与电能无线发射模块之间能够进行电能传输的合适位置,同时,上述预设条件可以为动力电池的电压达到预设阈值。通过红外传感器可以确保电能无线接收模块与电能无线发射模块之间的定位准确。
在一种优选的实施方式中,如图1所示,电能接收装置还可以包括:与巡检机器人控制系统相电性连接的通信模块,通信模块能够进行无线通信接收远程控制指令和发射巡检机器人的状态信息。在此,由于巡检机器人在充电时能够收集电能输出装置的信息,例如,电池检测采集模块监测的储能电池2的状态。通过通信模块,巡检机器人也可以将电能输出装置的信息以及自身的动力电池状态信息反馈给服务器或人工控制中心,以便人们能够及时了解各个电能输出装置的状态以及巡检机器人的状态。当然,也可以通过人工控制中心远程人工控制巡检机器人,以便完成一些特定操作,例如可以发送控制指令使电能输出装置在不充电时,进入节能休眠状态,避免电能损耗;也可以调取巡检机器人的动力电池的状态信息或电能输出装置的储能电池2状态信息;还可以在任意时刻控制巡检机器人立刻执行充电操作。另外,当储能电池2的电压和温度到达预设条件时,报警监测处理单元向巡检机器人发送报警信息,当人工控制中心收到巡检机器人发送的报警信息后,能够通过巡检人员及时处理该巡检机器人,因此本申请具有安全性高、故障处理实时性好等优点。
在本申请中还提出了一种用于输电线路巡检机器人的充电方法,图3为本发明实施例中用于输电线路巡检机器人的充电方法的流程图,如图3所示,用于输电线路巡检机器人的充电方法包括以下步骤:
通过电池充电管理系统监测动力电池的电量。
当动力电池的电量不足时,根据定位系统规划将巡检机器人导航至附近的电能输出装置。如果通过电池充电管理系统监测到的动力电池的电量充足时,继续通过电池充电管理系统监测动力电池的电量。
在巡检机器人到达电能输出装置以后,通过充电定位系统将巡检机器人的电能无线接收模块与电能输出装置上的电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间能够进行电能传输。
作为可选的,在对巡检机器人的动力电池进行充电前,通过电池检测模块进行检测确定是否短路,若发现短路,则控制电能无线接收模块与电能无线发射模块关闭,若发现不存在短路,则控制电能无线接收模块与电能无线发射模块之间进行电能传输以对巡检机器人的动力电池进行充电,即执行下一步骤。
待电能无线接收模块与电能无线发射模块相匹配对准后,电能无线接收模块与电能无线发射模块之间进行电能传输以对巡检机器人的动力电池进行充电,于是电池充电管理系统便将电能无线接收模块获取的电能传输给动力电池。
当电池充电管理系统监测动力电池的电量满足预设要求后,该预设要求为动力电池的电量充足,控制电能无线接收模块与电能无线发射模块停止对巡检机器人的动力电池进行充电。若电池充电管理系统监测动力电池的电量不满足预设要求,则控制电能无线接收模块与电能无线发射模块继续对巡检机器人的动力电池进行充电。
当动力电池充电完成以后,电池充电管理系统使得充电装置进入休眠状态,从而节约电能消耗。
本申请中的充电装置解决了市场上现有充电技术存在的不足之处,能够满足沿地线6行走的巡检机器人实时在线充电的需求,实现了巡检机器人沿输电线路全程、全自主、长时间的自动运行,在此过程无需人工参与,其自身可实现自主运行、自主充电,该充电装置对于降低人工成本、提高输电线路的智能化巡检具有重要意义。
通过该充电装置,一方面在气候恶劣等不适合攀登铁塔的环境下,可以利用该充电装置为线路上的巡检机器人提供电能;另一方面可以给全天候沿线路巡线的巡检机器人提供充电帮助,使其在正常运作状态下不需要人工登塔为其更换电池,实现全线路巡检。在本发明中采用了先进的地线感应取电技术、无线充电技术、电池监测技术和防雷击设计技术等,实现了对输电线路走廊的实时监视预警、分析诊断和趋势预测,其建设和推广工作对提高输电线路生产管理水平、加强状态检修辅助决策应用、提升电网智能化程度具有积极而深远的意义。
披露的所有文章和参考资料,包括专利申请和出版物,出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”,旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地,单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述用于输电线路巡检机器人的充电装置包括:能够安装在输电线路上的电能输出装置;能够安装在巡检机器人上的电能接收装置;
所述电能输出装置包括:储能电池,所述储能电池用于存储和释放收集的电能;取电模块,所述取电模块与所述储能电池相电性连接,所述取电模块包括至少两根导线,所述导线能够设置在输电线路的地线旁以获取电能,并将电能输送给所述储能电池;电能无线发射模块,所述电能无线发射模块与所述储能电池相连接,所述储能电池的电能通过所述电能无线发射模块输出;
所述电能接收装置包括:动力电池,所述动力电池用于向巡检机器人进行供电;电能无线接收模块,所述电能无线接收模块与所述动力电池相连接,所述电能无线接收模块用于接收所述电能无线发射模块输出的电能并将电能输送给所述动力电池;定位系统,所述定位系统用于获取巡检机器人的方位;电池充电管理系统,所述电池充电管理系统用于监测所述动力电池的状态;分别与所述定位系统、所述电池充电管理系统相电性连接的巡检机器人控制系统,所述巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息从而判断巡检机器人是否需要进行充电,进而将巡检机器人导航至电能输出装置处进行充电;
充电定位系统,所述充电定位系统用于在巡检机器人到达电能输出装置处后,将所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间进行电能传输。
2.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述电能输出装置还包括:
电池检测采集模块,所述电池检测采集模块包括电压与温度检测单元和电池模块,所述电池模块用于对所述电压与温度检测单元进行供电,所述电压与温度检测单元用于监控所述储能电池的状态。
3.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述充电定位系统包括:安装在巡检机器人上的红外传感器、电压检测模块;安装在输电塔上的机械定位装置;当所述红外传感器检测到巡检机器人到达机械定位装置的预设位置后,所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间进行电能传输,当所述电压检测模块检测到所述动力电池满足预设条件时,所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间停止进行电能传输。
4.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述电能无线发射模块包括:电能发送线圈和用于控制所述电能发送线圈的电能发送控制器;所述电能无线接收模块包括:电能接收线圈和用于控制所述电能接收线圈的电能接收控制器,所述电能接收线圈与所述电能发送线圈相匹配;所述电能发送控制器能够根据所述电能接收线圈的功耗大小,实时调节所述电能发送控制器的功率大小。
5.根据权利要求2所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述电能输出装置还包括:短路保护模块,其分别与所述储能电池和所述电池检测模块相电性连接,所述短路保护模块用于对所述储能电池和/或所述电池检测采集模块进行短路保护。
6.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述电能接收装置还包括:与所述巡检机器人控制系统相电性连接的通信模块,所述通信模块能够进行无线通信接收远程控制指令和发射巡检机器人的状态信息。
7.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述电能输出装置还包括:防雷击模块,所述防雷击模块包括整流滤波单元、开关单元、校正单元和反馈单元,其中,所述整流滤波单元连接所述储能电池的输入端,所述整流滤波单元、所述开关单元、所述校正单元依次连接,所述校正单元与输出端相连接,所述反馈单元的一端连接所述校正单元,所述反馈单元的另一端连接在所述整流滤波单元与所述开关单元之间;所述整流滤波单元用于降低瞬时高压电流对主电路的影响;所述开关单元用于将所述储能电池输出电压转换为直流电输出,并对其进行波形稳定整理;所述反馈单元用于对所述储能电池的输出电压做负反馈调节。
8.根据权利要求2所述的用于输电线路巡检机器人的充电装置,其特征在于,所述电压与温度检测单元包括用于对所述储能电池的电压进行监控的电压阈值监控单元与对所述储能电池的温度进行监控的温度阈值监控单元;
所述电池检测采集模块还包括报警监测处理单元,所述报警监测处理单元获取所述电压与温度检测单元得到储能电池的电压和温度,当储能电池的电压和温度到达预设条件时,所述报警监测处理单元向所述巡检机器人发送报警信息。
9.一种巡检机器人,其特征在于,所述巡检机器人包括:
电能接收装置,其包括:动力电池,所述动力电池用于向巡检机器人进行供电;电能无线接收模块,所述电能无线接收模块与所述动力电池相连接,所述电能无线接收模块用于接收电能并将电能输送给所述动力电池;定位系统,所述定位系统用于获取巡检机器人的方位;电池充电管理系统,所述电池充电管理系统用于监测所述动力电池的状态;分别与所述定位系统、所述电池充电管理系统相电性连接的巡检机器人控制系统,所述巡检机器人控制系统能够获取巡检机器人的方位、动力电池的状态、电能输出装置的位置信息从而判断巡检机器人是否需要进行充电,进而将巡检机器人导航至电能输出装置处进行充电。
10.一种电能输出装置,其用于安装在输电线路上,其特征在于,所述电能输出装置包括:
储能电池,所述储能电池用于存储和释放收集的电能;取电模块,所述取电模块与所述储能电池相电性连接,所述取电模块包括至少两根导线,所述导线能够设置在输电线路的地线旁以获取电能,并将电能输送给所述储能电池;所述电能无线发射模块,所述电能无线发射模块与所述储能电池相连接,所述储能电池的电能通过所述电能无线发射模块输出。
11.一种用于输电线路巡检机器人的充电方法,其特征在于,所述用于输电线路巡检机器人的充电方法包括以下步骤:
通过电池充电管理系统监测动力电池的电量;
当所述动力电池的电量不足时,根据定位系统规划将巡检机器人导航至附近的电能输出装置;
在巡检机器人到达所述电能输出装置以后,通过充电定位系统将巡检机器人的电能无线接收模块与所述电能输出装置上的电能无线发射模块相匹配对准以使两者之间能够进行电能传输;
待所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块相匹配对准后,所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间进行电能传输以对巡检机器人的动力电池进行充电;
当电池充电管理系统监测动力电池的电量满足预设要求后,控制所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块停止对巡检机器人的动力电池进行充电。
12.根据权利要求11所述的一种用于输电线路巡检机器人的充电方法,其特征在于,所述用于输电线路巡检机器人的充电方法还包括以下步骤:
在对巡检机器人的动力电池进行充电前,通过电池检测模块进行检测确定是否短路,若发现短路,则控制所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块关闭,若发现不存在短路,则控制所述电能无线接收模块与所述电能无线发射模块之间进行电能传输以对巡检机器人的动力电池进行充电。
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