CN110445144B - 一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置 - Google Patents
一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，包括：供电电源、逆变器、5V稳压电源、第一12V稳压电源、第二12V稳压电源、电源管理单元、主控制器、机械臂单元、辅助单元、备用单元和传感器单元；供电电源与通过急停开关分别与所述逆变器的输入端、所述第一12V稳压电源的输入端和所述第二12V稳压电源的输入端连接；逆变器的输出端连接至所述机械臂单元，为机械臂单元提供电源。本发明的有益效果是：本发明所提出的技术方案能够减少机器人系统中不同用电设备需要不同稳压源供电造成的线路冗余；同时可以控制不同设备的供电时间，可以方便的在机器人进行等电位操作的时候对易损设备进行断电保护，防止瞬间大电流冲击。
Description
技术领域
本发明涉及高压带电作业领域，尤其涉及一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置。
背景技术
高压线路的带电作业是电力设备测试、检修、改造的重要手段，它为提高供电可靠性，减少停电损失、保证电网安全做出了巨大贡献。带电作业对操作人员的技术水平和熟练程度、气候条件、安全防护用具等要求非常严格，由于担心安全隐患、缺乏合适的人身安全防护用具及带电作业技术培训不够等，部分地区对配电线路的带电作业进行了限制，致使配电线路停电作业频繁，配电可靠性指标不能完成，从而给电力企业带来了很大的经济损失，给人民生活和生产带来了很大的不便。
如何将强日常维护，防患于未然，以及出现问题时及时抢修，构建电力系统安全防御框架、应对各种挑战，成为必须解决的问题。停电进行日常维护检修是最安全可靠的方式，但是停电对工业生产的影响巨大，严重降低生产效率；另外，停电以及检修完毕之后的上电都会对系统内的设备造成冲击，降低设备寿命。带电作业水平的提高，是解决这一问题的重要手段之一。带电作业是在高压电气设备上进行不停电检修、部件更换或测设的作业，一直为世界各国所重视。继而催生一系列特种机器人的发展，该类机器人能够在强电强磁环境下工作，拥有机器视觉、智能决策的辅助，能够自动化的进行线路检修，降低了人员直接上电网检修的风险，同时规避了停电所带来的经济损失。
然而，此类特种机器人本体内部涉及到不同种类的用电器，有强电有弱电，这需要一套智能化的管理系统对不同的用电器进行供电，同时又要保护各种用电器不被电网上的高电压所损毁，故一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电系统的研发显得尤为重要。
现有技术存在不足：
现有技术，如公告号为CN 208246823 U、公告日为2018年12月18日的中国专利采用DSP为电源管理系统的额外控制单元，在强电强磁环境下需要对控制单元做额外的电磁屏蔽处理，但是整个装置体积较大，不适合小型化高空作业；公告号为CN 108803397 A、公告日为2018年11月13日的中国专利采用STM32单片机控制整个电源管理系统，对机器人的各个部分电路进行供电，但是工作效率不高，且能够完成的功能比较少。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置；一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，包括：供电电源、逆变器、5V稳压电源、第一12V稳压电源、第二12V稳压电源、电源管理单元、主控制器、机械臂单元、辅助单元、备用单元和传感器单元；
所述供电电源与通过急停开关分别与所述逆变器的输入端、所述第一12V稳压电源的输入端和所述第二12V稳压电源的输入端连接；所述急停开关为带有远程遥控功能的开关，用于在紧急状态下远程切断供电电源；
所述逆变器的输出端连接至所述机械臂单元，以将所述供电电源的电流类型和电压等级转换为所述机械臂单元所需的电流类型和电压等级，为所述机械臂单元提供电源；
所述供电电源为直流蓄电池，所述机械臂单元包括主机械臂和副机械臂；所述逆变器的输出端分别连接至所述机械臂单元的主机械臂和副机械臂，以将所述供电电源的电压增加到所述主机械臂和所述副机械臂所需要的电压，并将所述供电电源的直流电转换为所述主机械臂和所述副机械臂所需要的交流电；且所述逆变器的输出端和所述主机械臂之间连接有第一继电器，所述逆变器的输出端和所述副机械臂之间连接有第二继电器；
所述第一12V稳压电源的输出端分为四路；第一路连接至所述电源管理单元，以为所述电源管理单元提供12V的电源；第二路连接至所述辅助单元，以为所述辅助单元提供12V的电源；第三路连接至所述5V稳压电源的输入端，所述5V稳压电源的输出端连接至一个单刀双至开关的不动端；第四路直接连接至所述单刀双至开关的另一个不动端，所述单刀双至开关的动端连接至所述备用单元；所述备用单元包括供电插座，当所述单刀双至开关的动端与所述5V稳压电源的输出端连通时，所述供电插座提供5V输出电源，当所述单刀双至开关的动端与所述第一12V稳压电源的第四路输出端连通时，所述供电插座提供12V输出电源；且所述单刀双至开关的动端和所述备用单元之间连接有第三继电器；所述辅助单元与所述第一12V稳压电源的第二路输出之间连接有第四继电器；
所述第二12V稳压电源的输出端连接至所述主控制器，以为所述主控制器提供12V电源；且所述主控制器和所述第二12V稳压电源的输出端之间连接有第五继电器；
所述主控制器为工控机，所述工控机通过RS485串口与所述电源管理单元进行数据通信，通过USB接口与所述传感器单元进行数据通信；
所述电源管理单元具有多个输出端，且分别连接至所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器的控制端，以将所述工控机发送的控制信号解码为各继电器能够识别的驱动信号，控制各继电器的通断，进而控制各用电设备的电源通断。
进一步地，所述供电电源的直流蓄电池为48V，所述逆变器为48V转220V逆变器，将所述供电电源的48V直流电转换为220V的交流电，以为所述主机械臂和所述副机械臂供电。
进一步地，所述备用单元还包括备用信号源接口，所述备用信号源接口处连接有第六继电器：第六继电器的正极端连接至外部备用信号源，负极端连接至备用信号源接口，控制端连接至所述电源管理单元的一个输出端，以通过所述电源管理单元控制所述备用信号源接口的信号通断；所述外部备用信号源可根据具体需求预先设置。
进一步地，所述USB接口自带供电功能，所述主控制器通过所述USB接口为所述传感器单元供电。
进一步地，所述传感器单元包括两个三维摄像头，用于三维建模和监控定位；且所述两个三维摄像头的供电接口分别通过第七继电器和第八继电器连接至所述主控制器的USB接口；所述第七继电器和所述第八继电器的控制端均连接至所述电源管理单元的输出端，以通过所述电源管理单元控制两个三维摄像头和所述主控制器之间的电源通断。
进一步地，所述副机械臂带有气吹工具，所述气吹工具导气管通过电磁阀连接至外部气源，所述辅助单元包括所述电磁阀和补光灯；所述补光灯用于为两个三维摄像头提供照明；且所述电磁阀和所述补光灯分别通过所述第四继电器连接至所述电源管理单元的输出端。
进一步地，所述主机械臂和所述副机械臂与所述逆变器之间均设置有保险丝，以防止大电流击坏所述主机械臂和所述副机械臂。
进一步地，所述供电电源和所述第二12V稳压电源之间设置有保险丝，以防止大电流击坏所述主控制器。
进一步地，在高压作业环境下进行等电位操作时，所述主控制器通过所述电源管理单元关闭所有继电器，以切断所有用电设备的电源，防止在等电位时，瞬时大电流击坏用电设备；当等电位结束时，所述主控制器根据实际的作业流程通过所述电源管理单元依次打开对应用电设备的继电器，以减小所述供电电源的电能损耗，提高电源利用效率。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的技术方案能够减少机器人系统中不同用电设备需要不同稳压源供电造成的线路冗余；同时可以控制不同设备的供电时间，可以方便的在机器人进行等电位操作的时候对易损设备进行断电保护，防止瞬间大电流冲击，方便实用，且体积轻巧，控制简单，能够配合任意具有RS485通讯接口的计算机用于对电力检修机器人上的用电设备进行统一管理及保护，拓展性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的电路图；
图2是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的详细电路图；
图3是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的三维渲染图；
图4是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的实体图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的电路图，包括：供电电源1、逆变器2、5V稳压电源3、第一12V稳压电源4、第二12V稳压电源5、电源管理单元6、主控制器7、机械臂单元8、辅助单元9、备用单元10和传感器单元11；
所述供电电源1与通过急停开关分别与所述逆变器2的输入端、所述第一12V稳压电源4的输入端和所述第二12V稳压电源5的输入端连接；所述急停开关为带有远程遥控功能的开关，用于在紧急状态下远程切断供电电源；
所述逆变器2的输出端连接至所述机械臂单元8，以将所述供电电源1的电流类型和电压等级转换为所述机械臂单元8所需的电流类型和电压等级，为所述机械臂单元8提供电源；
所述供电电源1为直流蓄电池，所述机械臂单元8包括主机械臂81和副机械臂82；所述逆变器2的输出端分别连接至所述机械臂单元8的主机械臂81和副机械臂82，以将所述供电电源1的电压增加到所述主机械臂81和所述副机械臂82所需要的电压，并将所述供电电源1的直流电转换为所述主机械臂81和所述副机械臂82所需要的交流电；且所述逆变器2的输出端和所述主机械臂81之间连接有第一继电器，所述逆变器2的输出端和所述副机械臂82之间连接有第二继电器；
请参阅图2，图2是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的详细电路图；所述第一12V稳压电源4的输出端分为四路；第一路连接至所述电源管理单元6，以为所述电源管理单元6提供12V的电源；第二路连接至所述辅助单元9，以为所述辅助单元9提供12V的电源；第三路连接至所述5V稳压电源3的输入端，所述5V稳压电源3的输出端连接至一个单刀双至开关的不动端；第四路直接连接至所述单刀双至开关的另一个不动端，所述单刀双至开关的动端连接至所述备用单元10；所述备用单元10包括供电插座101，当所述单刀双至开关的动端与所述5V稳压电源3的输出端连通时，所述供电插座101提供5V输出电源，当所述单刀双至开关的动端与所述第一12V稳压电源4的第四路输出端连通时，所述供电插座101提供12V输出电源；且所述单刀双至开关的动端和所述备用单元10之间连接有第三继电器；所述辅助单元9与所述第一12V稳压电源4的第二路输出之间连接有第四继电器；
所述第二12V稳压电源5的输出端连接至所述主控制器7，以为所述主控制器7提供12V电源；且所述主控制器7和所述第二12V稳压电源5的输出端之间连接有第五继电器；
所述主控制器7为工控机，所述工控机通过RS485串口与所述电源管理单元6进行数据通信，通过USB接口与所述传感器单元11进行数据通信，通过控制信号线发送控制信号至所述机械臂单元，以控制所述主机械臂和所述副机械臂运动；
所述电源管理单元6具有多个输出端，且分别连接至所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器的控制端，以将所述工控机发送的控制信号解码为各继电器能够识别的驱动信号，控制各继电器的通断，进而控制各用电设备的电源通断；此处的用电设备包括机械臂单元、备用单元、辅助单元和传感器单元等。
所述供电电源1的直流蓄电池为48V，所述逆变器2为48V转220V逆变器，将所述供电电源1的48V直流电转换为220V的交流电，以为所述主机械臂81和所述副机械臂82供电。
所述备用单元10还包括备用信号源接口102，所述备用信号源接口102处连接有第六继电器：第六继电器的正极端连接至外部备用信号源，负极端连接至备用信号源接口103，控制端连接至所述电源管理单元6的一个输出端，以通过所述电源管理单元6控制所述备用信号源接口102的信号通断；所述外部备用信号源可根据具体需求预先设置。
所述USB接口自带供电功能，所述主控制器7通过所述USB接口为所述传感器单元11供电。
所述传感器单元11包括两个三维摄像头，用于三维建模和监控定位；且所述两个三维摄像头的供电接口分别通过第七继电器和第八继电器连接至所述主控制器7的USB接口；所述第七继电器和所述第八继电器的控制端均连接至所述电源管理单元6的输出端，以通过所述电源管理单元6控制两个三维摄像头和所述主控制器7之间的电源通断。
所述副机械臂82带有气吹工具，所述气吹工具导气管通过电磁阀连接至外部气源，所述辅助单元9包括所述电磁阀91和补光灯92；所述补光灯92用于为两个三维摄像头提供照明；且所述电磁阀91和所述补光灯92分别通过所述第四继电器连接至所述电源管理单元6的输出端。
所述主机械臂81和所述副机械臂82与所述逆变器2之间均设置有保险丝，以防止大电流击坏所述主机械臂81和所述副机械臂82。
所述供电电源1和所述第二12V稳压电源5之间设置有保险丝，以防止大电流击坏所述主控制器7。
在高压作业环境下进行等电位操作时，所述主控制器通过所述电源管理单元关闭所有继电器，以切断所有用电设备的电源，防止在等电位时，瞬时大电流击坏用电设备；当等电位结束时，所述主控制器根据实际的作业流程通过所述电源管理单元依次打开对应用电设备的继电器，以减小所述供电电源的电能损耗，提高电源利用效率。
请参阅图3，图3是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的三维渲染图。
请参阅图4，图4是本发明实施例中一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置的实体图。
本发明的有益效果是：本发明所提出的技术方案能够减少机器人系统中不同用电设备需要不同稳压源供电造成的线路冗余；同时可以控制不同设备的供电时间，可以方便的在机器人进行等电位操作的时候对易损设备进行断电保护，防止瞬间大电流冲击，方便实用，且体积轻巧，控制简单，能够配合任意具有RS485通讯接口的计算机用于对电力检修机器人上的用电设备进行统一管理及保护，拓展性强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：包括：供电电源（1）、逆变器（2）、5V稳压电源（3）、第一12V稳压电源（4）、第二12V稳压电源（5）、电源管理单元（6）、主控制器（7）、机械臂单元（8）、辅助单元（9）、备用单元（10）和传感器单元（11）；
所述供电电源（1）与通过急停开关分别与所述逆变器（2）的输入端、所述第一12V稳压电源（4）的输入端和所述第二12V稳压电源（5）的输入端连接；所述急停开关为带有远程遥控功能的开关，用于在紧急状态下远程切断供电电源；
所述逆变器（2）的输出端连接至所述机械臂单元（8），以将所述供电电源（1）的电流类型和电压等级转换为所述机械臂单元（8）所需的电流类型和电压等级，为所述机械臂单元（8）提供电源；
所述供电电源（1）为直流蓄电池，所述机械臂单元（8）包括主机械臂（81）和副机械臂（82）；所述逆变器（2）的输出端分别连接至所述机械臂单元（8）的主机械臂（81）和副机械臂（82），以将所述供电电源（1）的电压增加到所述主机械臂（81）和所述副机械臂（82）所需要的电压，并将所述供电电源（1）的直流电转换为所述主机械臂（81）和所述副机械臂（82）所需要的交流电；且所述逆变器（2）的输出端和所述主机械臂（81）之间连接有第一继电器，所述逆变器（2）的输出端和所述副机械臂（82）之间连接有第二继电器；
所述第一12V稳压电源（4）的输出端分为四路；第一路连接至所述电源管理单元（6），以为所述电源管理单元（6）提供12V的电源；第二路连接至所述辅助单元（9），以为所述辅助单元（9）提供12V的电源；第三路连接至所述5V稳压电源（3）的输入端，所述5V稳压电源（3）的输出端连接至一个单刀双掷开关的不动端；第四路直接连接至所述单刀双掷开关的另一个不动端，所述单刀双掷开关的动端连接至所述备用单元（10）；所述备用单元（10）包括供电插座（101），当所述单刀双掷开关的动端与所述5V稳压电源（3）的输出端连通时，所述供电插座（101）提供5V输出电源，当所述单刀双掷开关的动端与所述第一12V稳压电源（4）的第四路输出端连通时，所述供电插座（101）提供12V输出电源；且所述单刀双掷开关的动端和所述备用单元（10）之间连接有第三继电器；所述辅助单元（9）与所述第一12V稳压电源（4）的第二路输出之间连接有第四继电器；
所述第二12V稳压电源（5）的输出端连接至所述主控制器（7），以为所述主控制器（7）提供12V电源；且所述主控制器（7）和所述第二12V稳压电源（5）的输出端之间连接有第五继电器；
所述主控制器（7）为工控机，所述工控机通过RS485串口与所述电源管理单元（6）进行数据通信，通过USB接口与所述传感器单元（11）进行数据通信；
所述电源管理单元（6）具有多个输出端，且分别连接至所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器和所述第五继电器的控制端，以将所述工控机发送的控制信号解码为各继电器能够识别的驱动信号，控制各继电器的通断，进而控制各用电设备的电源通断；
所述传感器单元（11）包括两个三维摄像头，用于三维建模和监控定位；且所述两个三维摄像头的供电接口分别通过第七继电器和第八继电器连接至所述主控制器（7）的USB接口；所述第七继电器和所述第八继电器的控制端均连接至所述电源管理单元（6）的输出端，以通过所述电源管理单元（6）控制两个三维摄像头和所述主控制器（7）之间的电源通断；
在高压作业环境下进行等电位操作时，所述主控制器通过所述电源管理单元关闭所有继电器，以切断所有用电设备的电源，防止在等电位时，瞬时大电流击坏用电设备；当等电位结束时，所述主控制器根据实际的作业流程通过所述电源管理单元依次打开对应用电设备的继电器，以减小所述供电电源的电能损耗，提高电源利用效率。
2.如权利要求1所述的一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：所述供电电源（1）的直流蓄电池为48V，所述逆变器（2）为48V转220V逆变器，将所述供电电源（1）的48V直流电转换为220V的交流电，以为所述主机械臂（81）和所述副机械臂（82）供电。
3.如权利要求1所述的一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：所述备用单元（10）还包括备用信号源接口（102），所述备用信号源接口（102）处连接有第六继电器：第六继电器的正极端连接至外部备用信号源，负极端连接至备用信号源接口（102），控制端连接至所述电源管理单元（6）的一个输出端，以通过所述电源管理单元（6）控制所述备用信号源接口（102）的信号通断；所述外部备用信号源可根据具体需求预先设置。
4.如权利要求1所述的一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：所述USB接口自带供电功能，所述主控制器（7）通过所述USB接口为所述传感器单元（11）供电。
5.如权利要求1所述的一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：所述副机械臂（82）带有气吹工具，所述气吹工具的导气管通过电磁阀连接至外部气源，所述辅助单元（9）包括所述电磁阀（91）和补光灯（92）；所述补光灯（92）用于为两个三维摄像头提供照明；且所述电磁阀（91）和所述补光灯（92）分别通过所述第四继电器连接至所述电源管理单元（6）的输出端。
6.如权利要求1所述的一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：所述主机械臂（81）和所述副机械臂（82）与所述逆变器（2）之间均设置有保险丝，以防止大电流击坏所述主机械臂（81）和所述副机械臂（82）。
7.如权利要求1所述的一种专用于特种环境下工作的机器人智能供电装置，其特征在于：所述供电电源（1）和所述第二12V稳压电源（5）之间设置有保险丝，以防止大电流击坏所述主控制器（7）。
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2019
- 2019-07-26 CN CN201910682121.1A patent/CN110445144B/zh active Active
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| 基于优先级的烧结过程协调优化控制系统;陈鑫;黄冰;吴敏;何勇;;化工学报(03);全文 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110445144A (zh) | 2019-11-12 |
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