CN111769656A - 一种带式输送机巡检机器人的充电系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带式输送机巡检机器人的充电系统及其使用方法。将无线充电系统应用于带式输送机巡检机器人,机器人采用蓄电池为搭载的设备供电,多个巡检机器人等间距安装在架空循环式的移动机构上;所述充电系统包括电能发射系统和电能接收系统;电能发射系统包括整流模块、高频逆变模块、谐振补偿模块;电能接收系统包括谐振补偿模块、整流滤波模块和电源管理模块;电能发射系统与矿用隔爆电源相连接,电能接收系统安装在巡检机器人箱体上,与箱体内部的蓄电池相连接。本发明采用非接触式无线充电的方式,充电方法简单可靠,可以对系统中多个带式输送机巡检机器人同时进行充电,自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种带式输送机巡检机器人的充电系统及其使用方法,属于特种机器人领域,尤其是无线电能传输技术。
背景技术
中国专利公开号为CN104052063 A的“一种充电器闭锁装置”发明专利,充电闭锁装置包括机器人本体和防爆充电箱,机器人本体与防爆充电箱使用电缆连接器相连。电缆连接器由插座部分与插头部分组成,插座部分安装在蓄电池腔体的一端面,插头部分安装在防爆充电箱接线腔的一端面上,插头部分插入插座部分后进行旋转操作,插头接线柱与插座接线柱实现对接,电源自动接通。此时插座与插头部分通过轴向滑块和轴向滑槽锁住连为一体,实现防爆充电箱对机器人本体的充电。这种充电器闭锁装置虽然对接精度高,但是结构复杂,不易维护,工作难度大,自动化程度低。
中国专利公开号为CN104300607 A的“一种带式输送机巡检系统的充电系统及方法”发明专利,主要包括实时充电单元和起始端充电单元,实时充电单元包括增速器发电机、充电电池、滚轮、转轴、轴承及轴承支座;起始端充电单元主要包括固定充电桩、支撑板和电磁铁。当巡检系统位于起始端时,巡检仓与起始端充电单元连接,依靠电磁铁的磁力使巡检仓箱体侧面与隔板接触,固定充电桩触头嵌入箱体预留充电孔内,与充电电池插合,充电开关闭合;当带式输送机巡检仓运动时,通过转轴带动增速器发电机旋转,增大发电机转子转速进行发电,将电能储存在充电电池中。起始端充电单元使用触头直接接触的方式充电,可能由于接触不良的原因导致巡检机器人充电失败,易磨损老化。另外,直接接触式的充电方法存在电火花等安全隐患。
在现有专利和论文中,带式输送机巡检机器人的充电多采用插电式方法,对机械结构要求高,可能由于接触不良、机械磨损等原因导致传递能量失败,并且存在安全隐患,不符合特殊工况安全规程的要求。有些电线、电缆等将交流电源与机器人直接连接进行供电的方式,供电量和供电时间都不受限制,但是这种充电方式限制了机器人的活动范围。
发明内容
本发明旨在改善现有带式输送机巡检机器人充电的问题,设计一种适用于带式输送机巡检机器人的充电系统和无电火花、非接触式的充电方法,所设计的无线充电系统能满足带式输送机巡检机器人所搭载电池的充电要求。
本发明设计一种适用于架空式带式输送机巡检机器人的无线充电装置,可以安全高效地完成对机器人搭载电池的充电任务,满足使用要求。充电装置以及巡检机器人分别内置了线圈,当两者靠近,发射线圈基于一定频率的交流电通过电磁感应在巡检机器人接收线圈中产生一定的电流,从而将电能量从发射端转移到接收端,便开始从充电装置向巡检机器人进行供电。
本发明提供了一种带式输送机巡检机器人的充电系统,将无线充电系统应用于带式输送机巡检机器人,机器人采用蓄电池为搭载的设备供电,多个巡检机器人等间距安装在架空循环式的移动机构上。
所述带式输送机巡检机器人无线充电系统包括电能发射系统和电能接收系统;电能发射系统包括整流模块、高频逆变模块、谐振补偿模块;电能接收系统包括谐振补偿模块、整流滤波模块和电源管理模块;电能发射系统与矿用隔爆电源相连接,电能接收系统安装在巡检机器人箱体上,与箱体内部的蓄电池相连接;
电能发射系统将380V/50Hz三相交流电经过整流模块转变为直流电;然后直流电通过高频逆变模块转变为高频交流电,并连接到谐振补偿模块,电流工作频率与发射线圈谐振频率相等便会谐振产生高频磁场;谐振补偿模块与该高频磁场耦合,电磁感应后产生相同频率的高频交流电,之后经过高频整流滤波和电源管理模块稳压输出24V直流电为巡检机器人充电。
所述的电能发射系统与电能接收系统通过谐振耦合单元进行无线电能传输,谐振耦合单元电能传输装置为两线圈传输结构,包括发射线圈回路和接收线圈回路;所述的发射线圈回路和接收线圈回路所连接的电感与电容为串联谐振补偿,谐振补偿电路拓扑结构为串串(SS)结构;所述耦合线圈空间结构设计为圆形平面盘式线圈结构,绕制线圈时使用0.1mm×600股利兹线作为高频载流体,线圈耦合空间外侧配置电磁屏蔽层。
所述带式输送机巡检机器人无线充电电能发射系统安装在靠近带式输送机机头位置,沿着运输方向按照机器人的间距布置若干个无线充电发射线圈装置,每个机器人上安装有无线充电接收线圈,当巡检机器人电量过低时,巡检机器人暂停移动,通过定位系统使巡检移动机构停靠在对应的充电位置,此时无线充电接收线圈对准无线充电发射线圈装置,可以直接对多个机器人进行充电。
本发明提供了上述适用于架空式带式输送机巡检机器人的无线充电装置的使用方法,包括以下步骤:
(1)当巡检机器人本体检测到蓄电池电量低于一定值时,机器人本体向电能发射系统靠近;
(2)当电能接收系统和电能发射系统在竖直方向对齐时,机器人停止运动,充电装置电源开关闭合,开始充电;
(3)当蓄电池充满电时,充电装置电源开关断开,充电完成。
本发明的有益效果:
(1)本发明采用非接触式无线充电的方式,与传统插电式、直接接触的充电方式相比,对机械结构要求低,组成简单,维护方便,避免了充电接头机械磨损等损坏导致的故障和接触不良、对接困难等造成的传输电能失败,减少出现电火花等漏电、触电风险,满足特殊工况的安全要求。
(2)本发明巡检机器人充电方法简单可靠,电能发射线圈在带式输送机机头端沿输送方向等间距布置,可以对系统中多个带式输送机巡检机器人同时进行充电,自动化程度高;减少了人工更换电池、辅助充电的工作量。
(3)本发明充电装置仅需在带式输送机运输巷道工作环境中布置电能发射线圈,安装简便,对环境和空间结构要求低,适合工况恶劣环境的安装布置,电能接收线圈安装在巡检机器人箱体上随机器人移动,可以随时完成充电动作。
(4)本发明无线充电装置采用两线圈结构和串联谐振补偿电路可以输出更高的功率,并且结构简单,效率高;圆形平面盘式线圈结构为对称结构,且不存在旋转偏移角度问题,在相同导线长度下圆形的辐射面积更大。
附图说明
图1是本发明的机器人无线充电系统部件组成图。
图2是本发明的机器人无线充电系统连接关系图。
图3是本发明的耦合线圈圆形平面盘式空间结构。
图4是本发明的谐振补偿电路拓扑电路图。
图5是本发明的机器人无线充电系统的使用示意图。
图中:1为电源,2为电能发射系统,3为电能接收系统,4为巡检机器人,5为机头,A为机器人上行侧,B为机器人下行侧。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。
实施例1:
如图1~5所示,一种带式输送机巡检机器人的充电系统,将无线充电系统应用于带式输送机巡检机器人4,机器人采用蓄电池为搭载的设备供电,多个巡检机器人等间距安装在架空循环式的移动机构上。
所述带式输送机巡检机器人无线充电系统包括电能发射系统和电能接收系统;电能发射系统2包括整流模块、高频逆变模块、谐振补偿模块;电能接收系统3包括谐振补偿模块、整流滤波模块和电源管理模块;电能发射系统2与矿用隔爆电源1相连接,电能接收系统3安装在巡检机器人4箱体上,与箱体内部的蓄电池相连接;
电能发射系统将380V/50Hz三相交流电经过整流模块转变为直流电;然后直流电通过高频逆变模块转变为高频交流电,并连接到谐振补偿模块,电流工作频率与发射线圈谐振频率相等便会谐振产生高频磁场;谐振补偿模块与该高频磁场耦合,电磁感应后产生相同频率的高频交流电,之后经过高频整流滤波和电源管理模块稳压输出24V直流电为巡检机器人充电。
所述的电能发射系统2与电能接收系统3通过谐振耦合单元进行无线电能传输,谐振耦合单元电能传输装置为两线圈传输结构,包括发射线圈回路和接收线圈回路;所述的发射线圈回路和接收线圈回路所连接的电感与电容为串联谐振补偿,谐振补偿电路拓扑结构为串串(SS)结构;所述耦合线圈空间结构设计为圆形平面盘式线圈结构,绕制线圈时使用0.1mm×600股利兹线作为高频载流体,线圈耦合空间外侧配置电磁屏蔽层。
所述带式输送机巡检机器人无线充电电能发射系统安装在靠近带式输送机机头5的位置,沿着运输方向按照机器人的间距布置若干个无线充电发射线圈装置(图5为示意图,仅示出了一个装置),每个机器人上安装有无线充电接收线圈。
本发明提供了上述适用于架空式带式输送机巡检机器人的无线充电装置的使用方法,包括以下步骤:
(1)当巡检机器人本体检测到蓄电池电量低于一定值时,机器人本体向电能发射系统靠近;
(2)当电能接收系统和电能发射系统在竖直方向对齐时,机器人停止运动,充电装置电源开关闭合,开始充电;
(3)当蓄电池充满电时,充电装置电源开关断开,充电完成。
电能发射系统与矿用隔爆电源相连接,电能接收系统安装在巡检机器人箱体上,与所搭载的蓄电池相连接。无线充电电能发射系统安装在靠近带式输送机机头位置,沿着运输方向按照机器人的间距布置若干个无线充电发射线圈装置,无线充电接收线圈安装在巡检机器人箱体上,如图5所示。当巡检机器人电量过低时,巡检机器人暂停移动,通过定位系统使巡检移动机构停靠在对应的充电位置,此时无线充电接收线圈对准无线充电发射线圈装置,直接对多个机器人进行充电。
谐振耦合单元电能传输装置为两线圈传输结构,包括发射线圈回路和接收线圈回路。耦合线圈空间结构设计为圆形平面盘式线圈结构,如图3所示。其工作过程是:发射线圈周围产生时变磁场,利用谐振补偿电容使线圈达到谐振,此时时变磁场频率与线圈谐振频率相同,实现能量在发射线圈和接收线圈之间传输。
Claims (5)
1.一种带式输送机巡检机器人的充电系统,其特征在于:将无线充电系统应用于带式输送机巡检机器人,机器人采用蓄电池为搭载的设备供电,多个巡检机器人等间距安装在架空循环式的移动机构上;
所述带式输送机巡检机器人的充电系统包括电能发射系统和电能接收系统;电能发射系统包括整流模块、高频逆变模块、谐振补偿模块;电能接收系统包括谐振补偿模块、整流滤波模块和电源管理模块;电能发射系统与矿用隔爆电源相连接,电能接收系统安装在巡检机器人箱体上,与箱体内部的蓄电池相连接;
所述的电能发射系统与电能接收系统通过谐振耦合单元进行无线电能传输,谐振耦合单元电能传输装置为两线圈传输结构,包括发射线圈回路和接收线圈回路;所述的发射线圈回路和接收线圈回路所连接的电感与电容为串联谐振补偿。
2.根据权利要求1所述的带式输送机巡检机器人的充电系统,其特征在于:所述电能发射系统将380V/50Hz三相交流电经过整流模块转变为直流电;然后直流电通过高频逆变模块转变为高频交流电,并连接到谐振补偿模块,电流工作频率与发射线圈谐振频率相等便会谐振产生高频磁场;谐振补偿模块与该高频磁场耦合,电磁感应后产生相同频率的高频交流电,之后经过高频整流滤波和电源管理模块稳压输出24V直流电为巡检机器人充电。
3.根据权利要求1所述的带式输送机巡检机器人的充电系统,其特征在于:所述谐振补偿电路拓扑结构为串串结构;所述谐振耦合单元电能传输装置的空间结构设计为圆形平面盘式线圈结构,绕制线圈时使用0.1mm×600股利兹线作为高频载流体,线圈耦合空间外侧配置电磁屏蔽层。
4.根据权利要求1所述的带式输送机巡检机器人的充电系统,其特征在于:所述带式输送机巡检机器人无线充电电能发射系统安装在靠近带式输送机机头位置,沿着运输方向按照机器人的间距布置若干个无线充电发射线圈装置,每个机器人上安装有无线充电接收线圈,当巡检机器人电量过低时,巡检机器人暂停移动,通过定位系统使巡检移动机构停靠在对应的充电位置,此时无线充电接收线圈对准无线充电发射线圈装置,能直接对多个机器人进行充电。
5.一种权利要求1~4任一项所述的带式输送机巡检机器人的充电系统的使用方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)当巡检机器人本体检测到蓄电池电量低于一定值时,机器人本体向电能发射系统靠近;
(2)当电能接收系统和电能发射系统在竖直方向对齐时,机器人停止运动,充电装置电源开关闭合,开始充电;
(3)当蓄电池充满电时,充电装置电源开关断开,充电完成。
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