CN113794250A - 一种巡检机器人室内充电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巡检机器人室内充电系统及方法，属于巡检机器人充电技术领域，其技术方案为：包括机器人移动装置、充电舱室，机器人移动装置底面安装信号发射器，信号发射器周向间隔布置多个标签阅读器；所述机器人移动装置内安装有能够伸出或回缩的对接装置；充电舱室中心位置周向布置多个标签，且围绕充电舱室中心设定位置设有多个信号接收器；所述充电舱室安装充电桩，充电桩能够与对接装置对接以对机器人充电。本发明使巡检机器人在充电舱室内进行自身定位和路径规划移动后与充电桩对接，完成自动充电，提高了巡检机器人充电的可靠性和充电效率。

Description

一种巡检机器人室内充电系统及方法
技术领域
本发明涉及巡检机器人充电技术领域，尤其涉及一种巡检机器人室内充电系统及方法。
背景技术
变电站输电线路的可靠性是保障电网安全运行的重要前提，而对变电站输电线路巡检可提高输电线路的可靠性，有效消除可能的隐患或损失。随着巡检机器人应用在输电线路巡检用量逐年增加，巡检机器人可在输电线路上行走巡检。现有巡检机器人在输电线路巡检时，存在续航能力短、无法长时间在输电线路上巡检工作的问题，因此需要对巡检机器人及时充电。
现有技术公开了一种变电站巡检机器人充电装置及充电方法，其通过机器人进入充电室的充电箱为巡检机器人供电，但是巡检机器人的充电方法相对复杂，不仅需要利用图像采集装置繁琐的确定机器人位置，同时还需要提前在机器人系统中进行预设路径规划，最后还需要利用图像采集装置再次确定机器人位置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种巡检机器人室内充电系统及方法，使巡检机器人在充电舱室内进行自身定位和路径规划移动后与充电桩对接，完成自动充电，提高了巡检机器人充电的可靠性和充电效率。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种巡检机器人室内充电系统，包括：
机器人移动装置，其底面安装信号发射器，信号发射器周向间隔布置多个标签阅读器；所述机器人移动装置内安装有能够伸出或回缩的对接装置；
充电舱室，其中心位置周向布置多个标签，且围绕充电舱室中心设定位置设有多个信号接收器；所述充电舱室安装充电桩，充电桩能够与对接装置对接以对机器人充电。
作为进一步的实现方式，所述对接装置包括第一壳体，第一壳体内设有若干第一电极板，所述第一电极板连接电极。
作为进一步的实现方式，所述第一壳体为绝缘壳体。
作为进一步的实现方式，所述机器人移动装置安装位移传感器和电量检测装置，位移传感器和电量检测装置连接控制器。
作为进一步的实现方式，所述充电桩包括第二壳体，第二壳体内设有若干第二电极板。
作为进一步的实现方式，所述第二壳体内壁安装压力传感器。
作为进一步的实现方式，所述充电桩与充电舱室中心处于同一水平线上。
第二方面，本发明实施例还提供了一种巡检机器人室内充电方法，采用所述的充电系统，包括：
信号接收器接收信号发生器的信号，并将信号传输至信号处理装置；经信号处理装置得到巡检机器人位置；
巡检机器人移动至标签阅读器识别到对应标签，对接装置伸出，此时对接装置与充电桩位于同一水平线上；
巡检机器人向充电桩方向移动，至对接装置与充电桩完成对接。
作为进一步的实现方式，所述信号处理装置根据信号接收时间和信号传输速度确定信号传输距离，以各信号传输距离为半径的圆弧交点即为巡检机器人位置。采用改进TDOA算法：在计算机上建立电子地图，以每个测出的距离Ri为半径，以信号接收器为圆心，在电子地图上构建圆弧，四个圆弧的交点就是巡检机器人所在位置。确定其位置之后可移动巡检机器人从而确定巡检机器人与充电桩的相对位置。
Ri＝t×v
其中，v表示信号的传播速度，t表示信号的传播时间，Ri表示信号的传播距离。
作为进一步的实现方式，根据压力传感器的压力信号确定是否对接成功，所述第二安装板压力传感器设置为第一压力传感器，侧板压力传感器设置为第二压力传感器。
采用试错算法：在巡检机器人后退过程中会出现两种情况：一种是第一压力传感器受到压力，表明对接成功，此时充电桩电源接通，开始充电。
另一种是可能会因为计算机计算问题或者充电桩实际安装或者巡检机器人在后退过程中出现一定的偏差导致第二压力传感器受到压力，表明对接装置与侧板接触，未能实现准确对接；此时控制器控制巡检机器人向侧板反方向移动一段距离d1，然后继续向充电桩方向移动。如果继续接触侧板，则重复上述操作，直到第一压力传感器受到压力，充电桩电源接通，开始充电。
当第二压力传感器受到压力时，位移传感器开始记录其横向位移距离d，直到第一压力传感器受到压力时，停止记录。在下次充电时如若第二压力传感器再受到压力时，优先控制巡检机器人反向位移d之后再继续后退。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
(1)本发明的一个或多个实施方式通过信号发生器和信号接收器的信号传输，并基于改进TDOA算法能够快速的确定巡检机器人在充电舱室的位置。
(2)本发明的一个或多个实施方式的充电桩安装有压力传感器，基于试错算法对充电对接时的路径规划进行了优化，使巡检机器人能够迅速的与充电桩完成对接。
(3)本发明的一个或多个实施方式的巡检机器人安装标签阅读器，充电舱室设置标签，通过标签阅读器识别标签能够快速的实现巡检机器人与充电桩位置对中。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的机器人移动装置仰视图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的对接装置结构示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的充电舱室布局图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的充电桩结构示意图；
其中，1、底盘，2、信号发射器，3、标签阅读器，4、对接装置，41、第一壳体，42、第一安装板，43、第一电极板，44、电极，5、万向轮，6、充电桩，61、第二电极板，62、第二安装板，63、第一压力传感器，64、侧板，65、第二压力传感器，7、充电舱室，71、标签，72、信号接收器。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种巡检机器人室内充电系统，包括机器人移动装置、充电舱室，所述机器人移动装置为巡检机器人的底盘部分，如图1所示，底盘1安装多个万向轮5，万向轮5通过电机驱动。底盘1内安装对接装置4，对接装置4能够从底盘1伸出或缩回；以巡检机器人运行方向为前，对接装置4固定于底盘1后方。
所述底盘1中心设有信号发射器2，信号发射器2的周向间隔分布多个标签阅读器3。在本实施例中，标签阅读器3设置三个，并位于以信号发射器2为中心，边长为r的等边三角形的三个顶点上。通过标签阅读器3识别充电舱室7对应位置的标签71以使对接装置4与充电桩6位置对应，优化巡检机器人充电路径。
所述底盘1还安装位移传感器和电量检测装置，位移传感器和电量检测装置连接控制器；电量检测装置用于检测巡检机器人的当前电量，通过A/D转换将数字信号传输给控制器。
进一步的，对接装置4设于底盘1内部，底盘1设有容纳腔，对接装置4滑动连接于容纳腔中，对接装置4与动力源(例如气缸、直线电机等)连接，在动力源的作用下实现对接装置4伸出或回缩。
如图2所示，所述对接装置4包括第一壳体41，第一壳体41内安装第一电极板43和电极44。在本实施例中，所述第一壳体41为绝缘壳体，并设置为矩形，第一壳体41一端为开口，用于电极44伸出；其内部电极44可以为两个，也可以为三个，以形成相应个数的插头。
与第一壳体41开口相对应的板为第一安装板42，第一电极板43固定在第一安装板42上；第一电极板43的个数与电极44个数相同，每个第一电极板43连接一个电极44，且电极44垂直于第一安装板42；电极44端部从第一壳体41伸出，以能够与充电桩6对接。
进一步的，充电舱室7形状、大小可根据实际要求设置，本实施例的充电舱室7设置为矩形。如图3所示，充电舱室7中心点位置周向设置与标签阅读器3个数相同的标签71，标签阅读器3通过RFID技术来识别标签71。充电舱室7四个角位置各设置一个信号接收器72。
所述充电桩6安装于充电舱室7内，并与充电舱室7中心点位于同一水平线上。如图4所示，充电桩6包括第二壳体、第二电极板61，第二壳体所形成的充电区域形状与对接装置4相适配。
本实施例的第二壳体包括第二安装板62、连接于第二安装板62两端的侧板64，所述侧板64与第二安装板62之间的夹角为钝角，形成喇叭形结构。
进一步的，第二安装板62上安装有与第一电极板43相对应的第二电极板61，且第二安装板62固定有第一压力传感器63；所述侧板64安装有第二压力传感器65，第一压力传感器63、第二压力传感器65均连接控制器。通过第一压力传感器63、第二压力传感器65的压力信号判断对接装置4与充电桩6是否对接到位。
实施例二：
本实施例提供了一种巡检机器人室内充电方法，采用实施例一所述的充电系统，包括：
巡检机器人处于充电舱室7时，通过机器人移动装置的信号发射器2发射信号，位于充电舱室7的信号接收器72接收信号，并利用计算机通过接收时间t计算信号发射器2与信号接收器72的距离。在计算机上建立电子地图，如图3所示，以每个测出的距离Ri为半径，以信号接收器为圆心，在电子地图上构建圆弧，四个圆弧的交点就是巡检机器人的位置。确定机器人位置之后是为了使机器人移动到充电舱室指定位置以及确定机器人和充电桩的相对位置。
Ri＝t×v
其中，v表示信号的传播速度，t表示信号的传播时间，Ri表示信号的传播距离。
随后巡检机器人移动到充电舱室7的中心位置，巡检机器人旋转，直到三个标签阅读器3都识别到对应标签71时停止旋转。此时巡检机器人的对接装置4与充电桩6处于同一水平线上。
对接装置4从底盘1中伸出，巡检机器人后退(向靠近充电桩6的方向移动)。在巡检机器人后退过程中，保证R1与R2相等，R3与R4相等即可保证机器人沿直线后退。在直线后退过程中，可能会因为计算机计算问题或者充电桩实际安装位置或者巡检机器人在后退过程中出现一定的偏差导致巡检机器人与充电桩不能完美对接。
在巡检机器人后退过程中会出现两种情况：一种是第一压力传感器63受到压力，表明对接成功，此时充电桩6电源接通，开始充电。
另一种是第二压力传感器65受到压力，表明对接装置4与侧板64接触，未能实现准确对接；此时控制器控制巡检机器人向侧板64反方向移动一段距离d1，然后继续向充电桩6方向移动。如果继续接触侧板64，则重复上述操作，直到第一压力传感器63受到压力，充电桩6电源接通，开始充电。
当第二压力传感器65受到压力时，位移传感器开始记录其横向位移距离d，直到第一压力传感器63受到压力时，停止记录。在下次充电时如若第二压力传感器65再受到压力时，优先控制巡检机器人反向位移d之后再继续后退。
当巡检机器人充满电后，充电停止，巡检机器人前进到充电舱室7中心位置，对接装置4回缩至巡检机器人内部。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，包括：
机器人移动装置，其底面安装信号发射器，信号发射器周向间隔布置多个标签阅读器；所述机器人移动装置内安装有能够伸出或回缩的对接装置；
充电舱室，其中心位置周向布置多个标签，且围绕充电舱室中心设定位置设有多个信号接收器；所述充电舱室安装充电桩，充电桩能够与对接装置对接以对机器人充电。
2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，所述对接装置包括第一壳体，第一壳体内设有若干第一电极板，所述第一电极板连接电极。
3.根据权利要求2所述的一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，所述第一壳体为绝缘壳体。
4.根据权利要求1所述的一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，所述机器人移动装置安装位移传感器和电量检测装置，位移传感器和电量检测装置连接控制器。
5.根据权利要求1所述的一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，所述充电桩包括第二壳体，第二壳体内设有若干第二电极板。
6.根据权利要求5所述的一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，所述第二壳体内壁安装压力传感器。
7.根据权利要求1或5所述的一种巡检机器人室内充电系统，其特征在于，所述充电桩与充电舱室中心处于同一水平线上。
8.一种巡检机器人室内充电方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的充电系统，包括：
信号接收器接收信号发生器的信号，并将信号传输至信号处理装置；经信号处理装置得到巡检机器人位置；
巡检机器人移动至标签阅读器识别到对应标签，对接装置伸出，此时对接装置与充电桩位于同一水平线上；
巡检机器人向充电桩方向移动，至对接装置与充电桩完成对接。
9.根据权利要求8所述的一种巡检机器人室内充电方法，其特征在于，所述信号处理装置根据信号接收时间和信号传输速度确定信号传输距离，以各信号传输距离为半径的圆弧交点即为巡检机器人位置。
10.根据权利要求8所述的一种巡检机器人室内充电方法，其特征在于，根据压力传感器的压力信号确定是否对接成功。
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