CN110797989A - 一种工程供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工程供电装置，包括电缆线的第一电缆收放装置、电力输出装置和导航机构，电缆线的输入端与携带有电源件的动力仓的第二电缆收放装置连接，工程供电装置利用导航机构向执行仓移动，在靠近执行仓时电力输出装置与执行仓的充电装置进行电能传输。本发明的工程供电装置可将动力仓的电能传输给处于作业区域的执行仓，确保执行仓持续作业。

Description

一种工程供电装置
技术领域
本发明属于工程设备技术领域，涉及一种工程供电装置。
背景技术
工程机械大多在恶劣的环境中作业，这些环境噪声大、污染严重，甚至是有毒有害，会损伤操作人员的人身安全和身心健康，因此操作人员很难在机械上直接进行机械操作。为了更好的实现工程机械在这类环境下的应用，人们开展对于工程机械远程遥控的研究。
目前，很多机械的控制方式已经从传统的现场控制发展为现场控制与远程遥控相结合。操作人员的工作位置和机械的作业位置可以设置在两个不同的地方，这一方面保证了操作人员的人身安全，另一方面也提高了劳动生产率，节约了生产成本。
可是当前的远程遥控工程机械大多还是以柴油发动机为动力的工程机械为主，主要是因为这些工程机械很难携带足够的电池维持工程机械长时间的工作。但在一些封闭场景中，如船舱，厂房，隧道，煤矿等环境中，很难用发动机，所以希望能使用电动的工程机械。。
虽然人们更希望工程机械能自带电池，并通过远程控制执行规定的任务。这种工程机械在工作负载较轻，工作时间较短的作业中是可行的。但在需要长时间和大负载的工作任务中，却很难顺利完成施工工作。其原因是电池供电不足，若要正常完成施工工作则需要很大的电池，但这些电池本身的重量会成为机械人的巨大负担，从而影响施工工作。并且，在电池耗电完后，需要把整个机械人开出危险区才能充电。但若在移动过程中或工作执行过程中发生电量等耗尽问题，机器人就很难驶出工作区实现充电。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工程供电装置，用于解决现有技术中工程机器人由于电池供应不足而影响工程机器人作业的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种工程供电装置，包括：
第一电缆收放装置，卷绕有电缆线，所述电缆线的输入端与携带有电源件的动力仓的第二电缆收放装置连接；
电力输出装置，与所述电缆线的输出端连接，所述电力输出装置与执行仓的充电装置进行电能传输；
导航机构，携带所述第一电缆收放装置和所述电力输出装置移动。
于本发明的一实施例中，在工程供电装上还安装有一套路程记忆装置，用于记录所述工程供电装置的行驶路径，所述路程记忆装置分别与所述第一电缆收放装置、所述导航机构电性连接，用于所述工程供电装置在返回时按所述形式路径原路返回，并控制所述第一电缆收放装置回收所述电缆线。
于本发明的一实施例中，在工程供电装置上还安装有一套设电缆线的拉力检测装置，该拉力检测装置靠近所述第一电缆收放装置的电缆放出端设置
于本发明的一实施例中，所述拉力检测装置分别与所述第一电缆收放装置电性连接，该拉力检测装置还与第二电缆收放装置无线连接，在所述拉力检测装置内预设第一拉力值F1和第二拉力值F2，设定所述拉力检测装置的监测值为f；
当所述工程供电装置向远离所述动力仓方向移动时，当F1≦f＜F2时，则控制所述第二电缆收放装置放出电缆线，当f≧F2时，则控制所述第一电收放装置也相应放出电缆线；当充电结束后所述工程供电装置向接近动力仓方向移动时，当f≦F1时，则控制所述第一电缆收放装置和/或所述第二电缆收放装置回收电缆线。
于本发明的一实施例中，所述第一电缆收放装置包括电机、第一转轴和套着于第一转轴的卷筒，所述电缆线卷绕在所述卷筒外壁，所述电机的输出轴通过联轴器连接所述第一转轴的一端。
于本发明的一实施例中，所述导航机构为履带式行走机构、步行机器人或是飞行机构。
于本发明的一实施例中，在履带式行走机构上安装一伸缩臂，所述伸缩臂顶端安装所述第一电缆收放装置和所述电力输出装置。
于本发明的一实施例中，在一所述工程供电装置和一所述动力仓之间的电缆上串联若干个连接装置，所述连接装置作为分支点，可与其他工程供电装置相连。
于本发明的一实施例中，所述充电装置和所述电力输出装置构成感应式电力连接装置。
于本发明的一实施例中，一所述工程供电装置的电力输出装置利用一连接件与另一工程供电装置串联。
如上所述，本发明的工程供电装置可将动力仓的电能传输给处于作业区域的执行仓。
与传动供电车相比，采用分体式设计，由于电缆线主要由动力仓放出，工程供电装置携带少量电缆线，使得工程供电装置更为轻巧。另外，工程供电装置可由动力仓进行远程控制，针对危险区域无需人员驾驶进入，保护了人员安全。
附图说明
图1显示为本发明的工程供电装置于一实施例中与动力仓、执行仓的连接示意图。
图2显示为本发明的工程供电装置中安装拉力检测装置的结构示意图。
图3显示为本发明的拉力检测装置的立体示意图。
图4显示为本发明的拉力检测装置的截面示意图。
图5显示为本发明的导航机构为步行机器人的连接示意图。
图6显示为本发明的导航机构为飞行机构的连接示意图。
图7显示为本发明的工程供电装置串联时的连接示意图。
图8显示为本发明的感应式电力连接装置的结构示意图。
图9显示为本发明的电缆线串联连接装置的结构示意图
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
电动工程机器人所需供电量较大，若直接利用由带有电源的供电车进行供电，则需要在供电车上安装大量电池或发电装置，使得供电车具有较大的自身体积和重量，尤其针对在自然灾害严重，不适合人员进入的情况下，较大体积的供电车并不适宜，因此，迫切需要体积小、轻量化的供电车。
请参阅图1至图9，本发明提供一种工程供电装置，工程供电装置2为工程机器人(以下称为执行仓)进行充电，该工程供电装置2包括一导航机构23、第一电缆收放装置21和电力输出装置22，其中，第一电缆收放装置21和电路输出装置分别固接于导航机构23，在第一电缆收放装置21上卷绕可收放的电缆线，电缆线的输入端与外部携带有电源件12的动力仓1连接，电缆线的输出端与电力输出装置22电连接，相应地，在执行仓3上设置有与输出装置相对的充电装置31。在本发明中，动力仓1可远程控制导航机构23，向所需供电的执行仓3移动，当工程供电装置2距离执行仓3预设距离时，动力仓1将电源件12中电能经电缆线和电路输出装置对执行仓3的充电装置31进行传输，实现充电动作。另外，该工程供电装置2可安装一向导航机构23提供电能的电源，当然，也可利用电缆线直接由动力仓1为其提供电能。
工程机械的电能传输采用强电传输，所用电缆线例如采用BVR型450/750V铜芯聚氯乙烯绝缘电缆线，其截面为2.5mm2，在一公里内该电缆线的重量需要达到32kg，因此工程机械所用电缆线的重量较大，尤其是当所需充电的执行仓3距离动力仓1超过半公里以上时，工程供电装置2随着电缆线的铺设向执行仓3靠近的过程中，工程供电装置2和动力仓1之间的电缆线的整体重量不断增大，若直接将电缆线全部放置于工程供电装置2，则势必大大增加了工程供电装置2的重量，为实现轻量化，本发明中，如图1、图2和图5～9，在动力仓1上同样设置有第二电缆收放装置13，电缆线主要卷绕在动力仓1的电缆收放装置，第一电缆收放装置21卷绕少量电缆收放装置，同时，可在工程供电装置2上还安装有一套设电缆线的拉力检测装置27，该拉力检测装置27靠近第一电缆收放装置21的电缆放出端设置。该拉力检测装置27用于检测动力仓1和工程供电装置2之间的电缆线受力状态。
在本实施例中，工程供电装置2和动力仓1同时处于同一水平地面时，其第二电缆收放装置13距离水平地面的高度小于第一电缆收放装置21距离该水平地面的高度，因此，当工程供电装置2和动力仓1同时处于同一水平地面时，若电缆线处于受拉，则处于工程供电装置2和动力仓1之间的电缆线分别与工程供电装置2和动力仓1人之间呈夹角设置。其中，第一电缆收放装置21和第二电缆收放装置13可采用相同结构设置，这里以第一电缆收放装置21为例进行说明。如图2所示，第一电缆收放装置21可包括电机、第一转轴和套着于第一转轴的卷筒，电缆线卷绕在卷筒外壁，电机的输出轴通过联轴器连接第一转轴的一端，可在第一转轴的另一端设置一安装柱26，该安装柱26的底部固接于工程供电装置2的导航机构23。第一电缆收放装置21可由电机控制第一转轴带动卷筒进行顺时针或逆时针转动，在本发明中，可设定为第一转轴顺时针转动为回收电缆线，逆时针为放出电缆线。
以下针对拉力检测装置27进行具体说明：
请参阅图2～图4，在第一电缆收放装置21底部水平安装一固定板25，该固定板25固接于导航机构23，固定板25上固定该拉力检测装置27，,该拉力检测装置27水平布置，拉力检测装置27套设于电缆线并靠近第一电缆收放装置21的电缆线放出端设置，如图4所示，拉力检测装置27包括一安装座271，安装座271可利用螺栓、螺钉等紧固件将其垂直固定于固定板25。在该安装座271上开设有用于供电缆线穿过的贯穿孔277，相应地，在固定板25上开设有与贯穿孔277相适应的通孔(图2中未示出)，第二电缆收放装置13的电缆线经通孔、贯穿孔277与第一电缆收放装置相连。在本实施例中，以该贯穿孔277的轴线为中心线在其孔壁上阵列分布有两组容纳辊轮275的凹槽272。当电缆线从贯穿孔277内穿过后，孔壁上分布的辊轮275支撑电缆线，电缆线与辊轮275滚动接触使得电缆线与拉力检测装置27不产生摩擦。
进一步地，在每个凹槽272内分别设有一弹性件273和固定座274，其中在固定座274上开设有供辊轮275放置的腔室，利用第二转轴轴向贯穿辊轮275并其轴向两端分别与固定座274连接，固定座274利用弹性件273连接腔室侧壁，当电缆线穿过贯穿孔277后，电缆线在回收和/或放出的过程中，带动辊轮275在第二转轴上转动，此时在弹性件273的作用下，当更换不同直径电缆线时，其辊轮275始终紧贴电缆线外部，确保电缆线进入第一电缆收放装置21或从电缆收放装置放出时，始终处于相对稳定的角度，避免缠绕。
如图4所示，所述拉力检测装置27还包括压力感应装置，压力感应装置还包括在每个弹性件273上对应安装一压力传感器276和与各个压力传感器276电性连接的处理器(图4中未示出)，处理器与第一电缆收放装置21的电机电性连接，处理器还可利用无线装置通过移动信号网络与第二电缆收放装置13进行无线传输，利用压力传感器276检测弹性件273所受压力值。
置于工程供电装置2的拉力检测装置27，在电缆线穿过后，拉力检测装置的各辊轮围绕于电缆线侧面，在铺设过程中电缆线侧面压于辊轮275，在处理器内预设第一拉力值F1和第二拉力值F2，F1＜F2，处理器接收四个压力传感器276所采集的压力数据，其中选择压力值做大的数据作为监测值，设定监测值为f。
当电缆线在铺设过程中，若电缆线未受拉，则工程供电装置2和动力仓1之间的电缆线部分会置于地面，此时，电缆线在靠近工程供电装置2两至三米处离开地面与工程供电装置2的第一电缆收放装置21连接，即电缆线与第一电缆收放装置21之间夹角处于第一角度范围内，此时处理器获取的监测值f小于F1。当工程供电装置2向执行仓行走过程中若处理器获取的监测值f小于F1，则拉力检测装置27可向第一电缆收放装置21和/或第二电缆收放装置13传输电缆回收信号，第一电缆收放装置21和/或第二电缆收放装置13进行电缆回收。
若电缆线受拉，此时工程供电装置2和置于地面且距离最近的电缆线之间距离增加，此时位于拉力检测装置27的电缆线在拉力的作用下，电缆线沿背离电缆重力方向移动有一定距离，即电缆线与第一电缆收放装置21之间夹角超出第一角度范围的最大值，此时F1≦f＜F2，此时拉力检测装置控制所述第二电缆收放装置13放出电缆线，若此时电缆线所受拉力继续增大，当f≧F2时，在第二电缆收放装置13放出电缆线的基础上，拉力检测装置27控制所述第一电收放装置21也相应放出电缆线，从而减小电缆线受力。
在执行作业过程中通过控制第一电缆收放装置21或第二电缆收放装置13收放电缆线的长度，工程供电装置2向执行仓3移动，并对其进行供电，使得执行仓3具有源源不断的电量支持，保证执行仓3的正常作业，即使执行仓3在工作中出现没电的状态，可以在危险范围外进行充电处理。
在本实施例中，如图1、图5和图6，导航机构23可选用履带式行走机构、步行机器人或是飞行机构，导航机构23与动力仓1进行远程信号传输，由动力仓1内的驾驶人员远程操控朝所需执行仓3移动。当供电车靠近执行仓3后，电力输出装置22与充电装置31对准后进行电力传输。需要说明的是，导航机构23采用履带式行走机构时，可在导航机构23上安装一伸缩臂24，伸缩臂24顶端安装第一电缆收放装置21和电力输出装置22，伸缩臂24可以采用例如多关节机械臂，可以调整电力输出装置22所在位置，确保与执行仓3的充电装置31对接。而当利用步行机器人作为导航机构23时，可调节步行机器人的关节角度来调节电力输出装置22所在位置。在路况不适合行驶的工作区域，导航机构23可采用飞行机构例如无人机，可以通过遥控飞行机构携带第一电缆收放装置21和电力输出装置22，通过控制飞行机构的高度来保证与执行仓3的充电装置31对接。
如图1、图5～图8，在动力仓1内可设置有坐有驾驶人员的驾驶室11和为执行仓3供电的电源供电装置。在驾驶室11内设置有用于控制工程供电装置2动作的操作工作台、显示器和控制器，操作工作台上设置有多个用于控制工程供电装置2前进、后退、转动等作用的对应操作杆。控制器分别与显示器、操作工作台电性连接，在动力仓1内还设有与控制器连接的第一无线传输装置，例如射频收发器nRF2401，相应地，可在工程供电装置2上同样安装第二无线传输装置。在工程供电装置2上安装有采集装置，采集装置包括图像采集器、音频采集器、定位追踪器，还可安装用于诊断工程供电装置2各机械部件工作状态的各类传感器，采集装置和传感器分别与第二无线传输装置连接，第二无线传输装置可与导航机构23电性连接，第二无线传输装置将采集到的各类信息传输至第一无线传输装置，第一无线传输装置将接收到的信息呈现于显示器上，供驾驶人员查看，驾驶人员可在这个显示器界面上，对图像和声音信息、机械的损坏信息以及位置信息等都能及时的掌握，并且能够通过对于数据的分析以及问题的诊断远程控制执行仓3完成操作任务。同时，动力仓1内的控制器将操作工作台上的各操作杆的操作动作转成电信号通过第一无线传输装置传输至第二无线传输装置，导航机构23根据第二无线传输装置所接收的数据信号控制对应机械部件动作。远程控制工程供电装置2动作，能够让驾驶人员在危险范围之外工作，保证操作人员的安全。
在本实施例中，在实际使用过程中，如图9所示，一个动力仓1可同时控制多个工程供电装置2，相对应地为多个执行仓3进行供电。可在一工程供电装置2和一动力仓1之间的电缆上串联若干个连接装置4，连接装置4作为分支点，可与其他工程供电装置2相连，其中，工程供电装置2的第一电缆收放装置21的电缆线的输入端通过一连接装置4与第二电缆收放装置13的输出端相连，该连接装置4可包括一壳体和导电排，导电排置于壳体内，该导电排设置多个导电支点，同时，在壳体上对应各导电支点开设有插孔，导电排与动力仓1的第二电缆收放装置13利用电缆线连接，对应地，在第一电缆收放装置21的电缆线的输入端安装一电缆插拔头，通过电缆插拔头插入插孔内，此时动力仓1可利用连接装置4向多个执行仓3进行供电。确保各个位置处的执行仓3工作的可靠性，整个施工系统变得非常简单，可靠，而且效率高，成本低。
同时，在各个工程供电装置2上安装一第二无线传输装置，可以针对各个第二无线装置设置对应编号，当第二无线装置在向第一无线传输装置传输数据时携带自身编号，第一无线装置可根据接收数据的编号在显示器对应展示区域内显示。
在本实施例中，工程供电装置2的电力输出装置22和执行仓3的充电装置31采用感应式能量传输方式，如图8所示，所述充电装置31和所述电力输出装置22构成感应式电力连接装置。其中，电力输出装置22包括一外壳，以及置于外壳内的供电端磁芯222和缠绕于供电端磁芯222的供电端感应线圈221，供电端感应线圈221配置第一电容器，供电端电缆与第一电缆收放装置21电性连接；充电装置31包括充电端磁芯312和缠绕于充电端磁芯312的充电端感应线圈311，充电端感应线圈311配置第二电容器，充电端感应线圈311与执行仓3自身的电源电性连接，利用电容器和线圈构成谐振回路实现感应式电能传输。并且为了提高电磁感应的效率，在感应线圈之间可设有导磁材料。在供电端和充电端的电磁感应装置外都包裹防水防尘材料。另外，还可在连接仓上安装有压紧装置，把供电端的电磁感应装置压在受电端的感应装置上，而使二者保持紧密连接。因为执行仓3不需要大量的电池，所以重量轻，消耗功率小，故可以用感应式电力传输。用感应式电力传输方式可以避免电力插头在空气中的暴露，而做到完全防水，防尘等功能。
另外，在电缆铺设过程中，当动力仓1和工程供电装置2所拥有的电缆线长度小于动力仓1与执行仓3之间的距离时，可将多个工程供电装置2相串联，如图7所示，具体为：一工程供电装置2的电力输出装置22利用一连接件与相邻工程供电装置2的电缆输入端相连，其中连接件包括有保护壳，以及置于保护壳内的感应装置和蓄电池，蓄电池的输入端与感应装置连接，蓄电池的输出端与相邻工程供电装置2中电缆线的输入端相连。并可在保护壳上开设一螺纹孔，相应地，在电力输出装置22的外壳上开设螺纹，将保护壳和外壳螺纹连接，当然还通过例如螺栓等紧固件将两者固联，从而实现工程供电装置2之间的串联。实现电缆线的延伸，使执行仓3可以到更远的地方工作，扩大了机器人的工作范围和工作性能。
在本实施例中，工程供电装置2还可设置一套路程记忆装置，所述路程记忆装置设有存储器，存储器的输入端与定位追踪器相连，存储器的输出端与导航机构23相连，工程供电装置2在向执行仓3前进过程中，存储器利用定位追踪器可通过全球定位系统用于记录工程供电装置2的行驶路径，路程记忆装置分别与第一电缆收放装置21、导航机构23电性连接。当工程供电装置2向执行仓3完成供电后，路程记忆装置控制导航机构23依据在存储器所录入的形式路径进行原路返回。在返回过程中，拉力检测装置27仍实时采集各压力传感器276数据，此时在充电结束后所述工程供电装置2向接近动力仓1方向移动时，当f≦F1时，则拉力检测装置27控制所述第一电缆收放装置21和/或所述第二电缆收放装置13回收电缆线。
本发明的工程供电装置2与传动供电车相比，采用分体式设计，由于电缆线主要由动力仓1放出，工程供电装置2携带少量电缆线，使得工程供电装置2更为轻巧。另外，工程供电装置2可由动力仓1进行远程控制，针对危险区域无需人员驾驶进入，保护了人员安全。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种工程供电装置，包括：
第一电缆收放装置，卷绕有电缆线，所述电缆线的输入端与携带有电源件的动力仓的第二电缆收放装置连接；
电力输出装置，与所述电缆线的输出端连接，所述电力输出装置与执行仓的充电装置进行电能传输；
导航机构，携带所述第一电缆收放装置和所述电力输出装置移动。
2.根据权利要求1所属的工程供电装置，其特征在于：在工程供电装上还安装有一套路程记忆装置，用于记录所述工程供电装置的行驶路径，所述路程记忆装置分别与所述第一电缆收放装置、所述导航机构电性连接，用于所述工程供电装置在返回时按所述形式路径原路返回，并控制所述第一电缆收放装置回收所述电缆线。
3.根据权利要求1所述的工程供电装置，其特征在于：在工程供电装置上还安装有一套设电缆线的拉力检测装置，该拉力检测装置靠近所述第一电缆收放装置的电缆放出端设置
4.根据权利要求3所述的工程供电装置，其特征在于：所述拉力检测装置分别与所述第一电缆收放装置电性连接，该拉力检测装置还与第二电缆收放装置无线连接，在所述拉力检测装置内预设第一拉力值F1和第二拉力值F2，设定所述拉力检测装置的监测值为f；
当所述工程供电装置向远离所述动力仓方向移动时，当F1≦f＜F2时，则控制所述第二电缆收放装置放出电缆线，当f≧F2时，则控制所述第一电收放装置也相应放出电缆线；当充电结束后所述工程供电装置向接近动力仓方向移动时，当f≦F1时，则控制所述第一电缆收放装置和/或所述第二电缆收放装置回收电缆线。
5.根据权利要求1～4任一所述的工程供电装置，其特征在于：所述第一电缆收放装置包括电机、第一转轴和套着于第一转轴的卷筒，所述电缆线卷绕在所述卷筒外壁，所述电机的输出轴通过联轴器连接所述第一转轴的一端。
6.根据权利要求1所述的工程供电装置，其特征在于：所述导航机构为履带式行走机构、步行机器人或是飞行机构。
7.根据权利要求6所述的工程供电装置，其特征在于：在履带式行走机构上安装一伸缩臂，所述伸缩臂顶端安装所述第一电缆收放装置和所述电力输出装置。
8.根据权利要求1所述的工程供电装置，其特征在于：在一所述工程供电装置和一所述动力仓之间的电缆上串联若干个连接装置，所述连接装置作为分支点，可与其他工程供电装置相连。
9.根据权利要求1所述的工程供电装置，其特征在于：所述充电装置和所述电力输出装置构成感应式电力连接装置。
10.根据权利要求1所述的工程供电装置，其特征在于：一所述工程供电装置的电力输出装置利用一连接件与另一工程供电装置串联。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113148777A (zh) * 2021-04-28 2021-07-23 四川航电微能源有限公司 一种移动式两端收放线装置及其控制方法

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