CN113141044A - 一种轨道机器人自动充电系统 - Google Patents

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任建国
姜利辉
杨春
陈志晓
丁杰
胡方永
彭峰
沈思贤
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Abstract

本申请公开了一种轨道机器人自动充电系统，用于对可在轨道上移动的机器人充电，包括设置于所述轨道上的导向座和电极压板，所述电极压板内具有连接有外部电源的无线充电电极，还包括设置于所述机器人上的与所述导向座相配合以避免电极错位的导向轮、取电电极、电池和用于检测是否到达充电位置的到位检测传感器，所述无线充电电极用于与所述取电电极对位后对所述电池进行充电。本申请提供的上述轨道机器人自动充电系统及控制方法，结构可靠、性能安全、体积小，实现对轨道机器人的安全快速高效的充电。

Description

一种轨道机器人自动充电系统
技术领域
本发明属于自动巡检技术领域，特别是涉及一种轨道机器人自动充电系统。
背景技术
轨道机器人的应用为输煤廊道或隧道管廊等复杂恶劣场所的巡检及智能监控提供了方便，机器人一般是在吊装轨道上行走，动力源一般为蓄电池，因此，蓄电池的续航能力以及巡检机器人的自主充电功能，是巡检机器人能够正常运行、实现无人值守、自主巡检的关键因素。为保证轨道机器人的足够续航能力，满足长距离不间断的巡检检测的需求，亟需沿轨道布置一定数量的自动充电装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种轨道机器人自动充电系统及控制方法，结构可靠、性能安全、体积小，实现对轨道机器人的安全、快速、高效的充电。
本发明提供的一种轨道机器人自动充电系统，用于对可在轨道上移动的机器人充电，包括设置于所述轨道上的导向座和电极压板，所述电极压板内具有连接有外部电源的无线充电电极，还包括设置于所述机器人上的与所述导向座相配合以避免电极错位的导向轮、取电电极、电池和用于检测是否到达充电位置的到位检测传感器，所述无线充电电极用于与所述取电电极对位后对所述电池进行充电。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述无线充电电极还连接有用于将所述机器人的水平推力转换为所述无线充电电极的垂直方向上的压力的弹簧触头。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述导向座位于所述轨道的中间。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述导向轮的数量为两个，且分列于所述导向座的两侧。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述机器人的外壳为防爆外壳。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述机器人的电源为防爆电源。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述轨道通过电源转换器连接有所述外部电源。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述无线充电电极位于所述轨道的至少一端。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，所述轨道的中间部位也具有所述无线充电电极。
优选的，在上述轨道机器人自动充电系统中，相邻的所述无线充电电极之间的距离为1.5千米至2千米。
通过上述描述可知，本发明提供的上述轨道机器人自动充电系统，由于包括设置于所述轨道上的导向座和电极压板，所述电极压板内具有无线充电电极，还包括设置于所述机器人上的与所述导向座相配合以避免电极错位的导向轮、取电电极、电池和用于检测是否到达充电位置的到位检测传感器，所述无线充电电极用于与所述取电电极对位后对所述电池进行充电，因此结构可靠、性能安全、体积小，实现对轨道机器人的安全、快速、高效的充电。本发明提供的上述轨道机器人自动充电方法，具有与上述系统相同的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种轨道机器人自动充电系统的实施例的示意图；
图2为三段式充电控制流程的示意图；
图3为自动充电控制流程示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种轨道机器人自动充电系统及控制方法，结构可靠、性能安全、体积小，实现对轨道机器人的安全、快速、高效的充电。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种轨道机器人自动充电系统的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种轨道机器人自动充电系统的实施例的示意图，该系统用于对可在轨道1上移动的机器人2充电，包括设置于轨道1上的导向座101和电极压板102，电极压板102内具有连接有外部电源的无线充电电极103，还包括设置于机器人2上的与导向座101相配合以避免电极错位的导向轮201、取电电极202、电池203和用于检测是否到达充电位置的到位检测传感器204，在充电过程中，导向轮201与导向座101侧面接触并校正无线充电电极在左右方向上的偏摆波动，导向座101设置有导向机构，用于在取电电极202靠近无线充电电极103时，与无线充电电极103接触，为取电电极202与无线充电电极103的贴合提供缓冲作用，该到位检测传感器204可以但不限于采用行程开关，当碰到行程开关时，触头会被触发进行动作，从而完成控制，无线充电电极103用于与取电电极202对位后对电池203进行充电，除此之外，该机器人内部还可以包括电极座与电源转换器206以及控制单元等等，此处不再赘述。
通过上述描述可知，本发明提供的上述轨道机器人自动充电系统的实施例中，由于包括设置于轨道上的导向座和电极压板，电极压板内具有无线充电电极，还包括设置于机器人上的与导向座相配合以避免电极错位的导向轮、取电电极、电池和用于检测是否到达充电位置的到位检测传感器，无线充电电极用于与取电电极对位后对电池进行充电，因此结构可靠、性能安全、体积小，实现对轨道机器人的安全、快速、高效的充电。
在上述轨道机器人自动充电系统的一个具体实施例中，继续参考图1，无线充电电极还连接有用于将机器人的水平推力转换为无线充电电极的垂直方向上的压力的弹簧触头205，该压力使无线充电电极与机器人的取电电极逐渐接触并最终全面贴合。
在上述轨道机器人自动充电系统的另一个具体实施例中，导向座位于轨道的中间，进一步的方案中，导向轮的数量为可以两个，且分列于导向座的两侧。在这种情况下，导向轮在导向座上移动时就不会产生偏离，从而保证取电电极和无线充电电极更加正确的对位，不会出现充电不稳定的问题。
本领域技术人员可以理解的是，为了让该系统能够应用在煤炭开采领域内，机器人的外壳可优选为防爆外壳，相应的，机器人的电源也可优选为防爆电源，进一步保证其安全性。
另外，上述轨道可以通过电源转换器连接有外部电源，该电源转换器可以但不限于为导电板，连接在轨道的供电接口上，为轨道供电。
本申请还提供了又一个具体实施例，其中，无线充电电极位于轨道的至少一端。也就是说，该无线充电电极可以位于轨道的一端，每次需要充电时都要到达这一端才可以，也可以位于轨道的两端，每次充电时到达任意一端都可以，这都是可以根据实际电池容量和轨道长度来选择的。在此基础上还可以作进一步的优化，轨道的中间部位也可以具有无线充电电极，这就能够适用于距离更长的轨道中，更加方便充电，无需机器人跨越很远的距离去充电。具体而言，相邻的无线充电电极之间的距离可以为1.5千米至2千米，当然这都是可以根据实际需要来选择的，距离越短，则设置无线充电电极的成本越高，但充电更方便，距离越远，则设置无线充电电极的成本越低，但充电就不够方便了，在实际选择时要综合考虑这两方面的因素。
下面对充电过程进行详细说明：参考图2和图3，图2为三段式充电控制流程的示意图，图3为自动充电控制流程示意图，当轨道机器人检测到电池电量SOC低于SL时，机器人停止当前巡检任务，自动返航寻找无线充电电极；控制单元判断机器人是否到达无线充电电极附近，如果机器人接近无线充电电极，则控制机器人减速，当机器人身上的接近传感器检测到机器人到达无线充电电极位置时，停车并闭合继电器触点进行充电，此时充电指示灯为红色。
充电过程中，电源管理器可以采用三段式充电，其过程如下：
①恒流充电阶段，充电器的充电电流保持恒定，充入电量快速增加，电池电压上升；
②恒压充电阶段，充电器充电电压保持恒定，充入电量继续增加，电池电压缓慢上升，充电电流下降；电池充满，充电电流下降到低于浮充转换电流，充电器充电电压降低到浮充电压；
③浮充充电阶段，充电器充电电压保持为浮充电压，该充电方法能够有效提高充电效率，并有效保障充电安全，延长电池使用寿命。
当电量SOC高于SH时，即认为充电完成，此时断开继电器，并控制机器人离开无线充电电极，继续执行巡检任务。
综上所述，本申请提供的实施例，结构简单合理，采用无线充电电极与取电电极的压合动作，利用旋转机构将水平推力转变为垂直方向的弹簧压力，避免了额外的动力源，既保证了压合结构可靠，有具备电极紧密贴合的效果，而且，由于导向轮与导向座侧面的导向作用，保证了无线充电电极与取电电极在左右方向的精确定位，消除了机器人的微小偏摆波动对输电过程的影响，另外，采用三段式充电方法能够有效提高充电效率，并有效保障充电安全，延长电池使用寿命，此外，该无线充电电极还具有防爆功能，能适应输煤等复杂环境下的充电。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种轨道机器人自动充电系统，用于对可在轨道上移动的机器人充电，其特征在于，包括设置于所述轨道上的导向座和电极压板，所述电极压板内具有连接有外部电源的无线充电电极，还包括设置于所述机器人上的与所述导向座相配合以避免电极错位的导向轮、取电电极、电池和用于检测是否到达充电位置的到位检测传感器，所述无线充电电极用于与所述取电电极对位后对所述电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述无线充电电极还连接有用于将所述机器人的水平推力转换为所述无线充电电极的垂直方向上的压力的弹簧触头。
3.根据权利要求1所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述导向座位于所述轨道的中间。
4.根据权利要求1所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述导向轮的数量为两个，且分列于所述导向座的两侧。
5.根据权利要求1所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述机器人的外壳为防爆外壳。
6.根据权利要求1所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述机器人的电源为防爆电源。
7.根据权利要求1所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述轨道通过电源转换器连接有所述外部电源。
8.根据权利要求1-7任一项所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述无线充电电极位于所述轨道的至少一端。
9.根据权利要求8所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，所述轨道的中间部位也具有所述无线充电电极。
10.根据权利要求9所述的轨道机器人自动充电系统，其特征在于，相邻的所述无线充电电极之间的距离为1.5千米至2千米。
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