CN207588478U - 一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：包括无人机和巡检机器人；所述巡检机器人包括充电接收装置和蓄电装置，所述充电接收装置，用于接收充电；所述无人机包括充电发射装置和电源；所述充电发射装置，用于发射充电。本实用新型基于无人机，对巡检机器人进行动态充电，快速高效的进行充电，克服野外地理环境和高压输电线环境的限制，及时为巡检机器人补充电量，充电效率高。

Description

一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统

技术领域

本实用新型涉及输电线设备，尤其是一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统。

背景技术

传统的输电线路巡检方法主要以人工巡线为主，其巡线效率低，劳动强度大，工人经常野外工作，工作环境恶劣，并且跨越高山，密林，大河的输电线路档段 的巡检难度更大。采用直升机巡检效率较高，但是其经济效益差，并且容易忽略 输电线路的细微损坏。巡线机器人是一种用于巡检高压输电线路的特种机器人，可用于代替人工巡检，其巡检效率高，成像效果好，是机器人技术与输电线路巡 检技术发展相结合的必然趋势。

巡线机器人的行走，越障(通过直流电机和相关电路)以及检测(通过可见 光摄像头，红外成像仪等)都需要机器人自带的蓄电池进行供电。巡线机器人续航能力是机器人的关键技术指标，其直接决定巡线机器人的巡线里程及工作时间。 如果巡线机器人续航能力较低，则需要人工频繁上塔更换电池，给自动巡线带来极大不便。

巡线机器人重量以及体积的控制使其电池容量不能无限制扩大。因此，在现有电池容量最大化的前提下寻找出在线充能及节能的有效途径是提升巡线机器 人续航能力的主要手段。

现有的巡检机器人的充电方式存在一些缺陷：

1、采用太阳能电池板，但太阳能电池板在长期工作一段时间后，就需要维护或更换，这在重要的输电线路上就需要停电，所以此种方法不可靠；

2、通过光纤进行激光供电，存在供电量小的缺点，且由于激光发射器、光纤、 光电转换器易老化，极易影响供电质量；

3、利用高压输电线的电流进行感应取电，即利用电流互感器从高压输电线进行感应取电。由于电流互感器一次侧电流变化很大，从数安培到数千安培变化，因此，在应用电流互感器实现电源时，需要考虑到线路的过电流、短路电流等非正常因素，还必须保证电流互感器二次侧电流稳定可靠。由于地线磁场信号相对导线较弱，故此种方法不适用于地线巡线机器人。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，利用无人机对巡检机器人进行充电，并且通过有线或无线的方式进行充电，可以在巡检机器人行进中边充电边作业，能够解决巡检机器人由于体积限制造成携带电池电量不足的问题，同时充电过程不影响巡检机器人，方便快捷。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，包括无人机和巡检机器人；所述巡检机器人包括充电接收装置和蓄电装置，所述充电接收装置，用于接收充电；所述无人机包括充电发射装置和电源；所述充电发射装置，用于发射充电。

以上结构，无人机上的发射端与巡检机器人接收端之间进行充电，无人机携带充电装置到达输电线附近，对巡检机器人进行充电，解决巡检机器人电量不足的问题，同时利用了无人机的升降方便的特点，应用于输电线巡检的野外特殊环境中，与现有的充电方式相比，灵活性更强，使用更方便。

进一步，所述充电接收装置和充电发射装置通过有线连接充电。

以上结构，无人机直接通过有线对巡检机器人进行充电，由于损耗小，充电效率高。

进一步，所述充电接收装置为无线充电接收装置，用于进行无线接收充电；所述充电发射装置为无线充电发射装置，用于进行无线发射充电。

以上结构，无人机直接通过无线对巡检机器人进行充电，能够不受巡检机器人与无人机的距离限制，灵活性高，同时能够实现巡检机器人作业中的充电，巡检机器人充电中不需要停止作业，当巡检机器人电量不足的时候，对其充电，充完后离开，特别是在巡检机器人越障中，也能充电。

进一步，所述无线充电接收装置包括接收线圈和功率变换器A；所述功率变换器A包括AC-DC整流电路和DC-DC调压电路；所述AC-DC整流电路包括D1和D2并联，D1串接D3，D2串接D4，D3和D4之间连接电容C1，电容C1两端为输出；所述DC-DC调压电路采用BUCK降压型调压电路，包括MOS管S3分别与二极管D5和电感L连接，D5、电感L和电容C2组成回路，电容C2两端为输出。

以上结构，由于接收线圈拾取的是交流电压，而巡检机器人工作需要一定的直流电压，接收电流需要进行整流和调压，AC-DC整流电路为不可控全桥整流电路，其中二极管采用的是肖特二极管，能够保证整流电路在高频下的正常工作；BUCK降压型调压电路的开关管采用MOS管，工作时通过电压比较电路对输出电压进行采样，控制芯片FPGA根据采样通过PWM控制对MOS管的占空比进行调节，从而保持输出电压的稳定。

进一步，所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B包括推挽式逆变拓扑电路和过零检测电路，用于将电源转换为高频交流电；所述推挽式逆变拓扑电路包括串接的开关管S1和S2，同时串接电感L1和L2组成回路。

以上结构，推挽式逆变拓扑电路能够实现动态充电，由于无人机在空中不断的调整姿态，同时巡检机器人可能在行进，整个充电中，无人机与巡检机器人之间有运动，不能保持静止；当互感变化会导致谐振频率发生变化，导致发射线圈失谐，功率降低；推挽式逆变拓扑电路为动态调谐电路，动态调谐电路中的，开关管分别控制电感在正负本周期里的导通角，改变谐振补偿电路的容抗，保证谐振频率与工作频率一致；从而补偿谐振频率的变化，使系统在恒定工作频率下传输，提高耦合机构的无线传输能力。

进一步，所述过零检测电路包括分压采样电路、超前校正电路和运算放大器；所述分压采样电路包括串接的电阻R1和R2，以及串接的R3和R4，两个串联电路并接；所述超前校正电路包括电阻R5和R6串接，电阻R5和电容C1并接。

以上结构，为了实现动态调谐，需要对谐振电压进行过零检测，分压采样电路对交流谐振电压进行采样，由于控制电力存在多个节点，会导致采样信号和控制信号的延迟，因此采样信号需要相位超前校正。

进一步，所述无线充电接收装置和无线充电发射装置的接收线圈和发射线圈之间设有两个共振线圈。

以上结构，无线充电方式采用磁共振的方式，由于无人机和巡检机器人之间的距离越大，耦合机构的互感系数就会越小，线圈的耦合程度弱；在发射线圈和接收线圈之间的耦合机构中加入共振线圈，能够得到更大的高频感应电压和电流，产生更强的磁场，从而提高充电的效率，同时充电距离更长。

进一步，所述无人机还包括悬浮装置，用于为无人机提供提升力，将无人机悬浮在空中。

以上结构，由于在无人机上设置有悬浮装置，可实现无人机悬浮在空中，与巡检机器人保持一定的距离进行充电，同时在充电中，悬浮装置的提升力替代无人机自身的提升力，节省无人机的能量消耗，同时能够延长充电时间。

进一步，所述悬浮装置包括氢气球、热气球或降落伞。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、实现巡检机器人的充电，为巡检机器人续航，不需要更换电池，连续作用时间长。

2、充电方式快和方便，不需要在输电线上设置其他的设备，利用无人机接近输电线上的巡检机器人，非常方便的上下输电线。

3、实现巡检机器人的动态充电，无人机能够随着巡检机器人飞行，保持与巡检机器人之间的距离，能够使巡检机器人边作业边充电，不影响巡检机器人的工作，同时能够动态调整无线磁共振传输的谐振频率，提供传输效率。

4、能够实现在一些恶劣环境下的充电，在地面与巡检机器人距离远的时候，一般的充电装置无法到达，但无人机没有地形的限制，实现远距离的充电，同时能够随时进行充电，充电方式非常灵活。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统的结构示意图。

图2是无线电充电装置结构示意图。

图3是推挽式逆变拓扑电路图。

图4是过零检测电路图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一：如图1 ，本实用新型一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，包括无人机和巡检机器人；所述巡检机器人包括充电接收装置和蓄电装置，所述充电接收装置，用于接收充电；所述无人机包括充电发射装置和电源；所述充电发射装置，用于发射充电；所述充电接收装置和充电发射装置通过有线连接充电。

实施例二：与实施例一相比，本实施例中，如图2 ，所述充电接收装置为无线充电接收装置，用于进行无线接收充电；所述充电发射装置为无线充电发射装置，用于进行无线发射充电；所述无线充电接收装置包括接收线圈和功率变换器A；所述功率变换器A包括AC-DC整流电路和DC-DC调压电路；所述AC-DC整流电路包括D1和D2并联，D1串接D3，D2串接D4，D3和D4之间连接电容C1，电容C1两端为输出；所述DC-DC调压电路采用BUCK降压型调压电路，包括MOS管S3分别与二极管D5和电感L连接，D5、电感L和电容C2组成回路，电容C2两端为输出。

所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B包括推挽式逆变拓扑电路和过零检测电路，用于将电源转换为高频交流电；如图3，所述推挽式逆变拓扑电路包括串接的开关管S1和S2，同时串接电感L1和L2组成回路。

如图4 ，所述过零检测电路包括分压采样电路、超前校正电路和运算放大器LM311；所述分压采样电路包括串接的电阻R1和R2，以及串接的R3和R4，两个串联电路并接；所述超前校正电路包括电阻R5和R6串接，电阻R5和电容C1并接。

实施例三：与其他实施例相比，本实施例中，所述无线充电接收装置和无线充电发射装置的接收线圈和发射线圈之间设有两个共振线圈。

实施例四：与其他实施例相比，本实施例中，所述无人机还包括悬浮装置，用于为无人机提供提升力，将无人机悬浮在空中；所述悬浮装置包括氢气球、热气球或降落伞。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：包括无人机和巡检机器人；所述巡检机器人包括充电接收装置和蓄电装置，所述充电接收装置，用于接收充电；所述无人机包括充电发射装置和电源；所述充电发射装置，用于发射充电。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述充电接收装置和充电发射装置通过有线连接充电。

3.根据权利要求1或2所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述充电接收装置为无线充电接收装置，用于进行无线接收充电；所述充电发射装置为无线充电发射装置，用于进行无线发射充电。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述无线充电接收装置包括接收线圈和功率变换器A；所述功率变换器A包括AC-DC整流电路和DC-DC调压电路；所述AC-DC整流电路包括D1和D2并联，D1串接D3，D2串接D4，D3和D4之间连接电容C1，电容C1两端为输出；所述DC-DC调压电路采用BUCK降压型调压电路，包括MOS管S3分别与二极管D5和电感L连接，D5、电感L和电容C2组成回路，电容C2两端为输出。

5.根据权利要求3所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B包括推挽式逆变拓扑电路和过零检测电路，用于将电源转换为高频交流电；所述推挽式逆变拓扑电路包括串接的开关管S1和S2，同时串接电感L1和L2组成回路。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述过零检测电路包括分压采样电路、超前校正电路和运算放大器；所述分压采样电路包括串接的电阻R1和R2，以及串接的R3和R4，两个串联电路并接；所述超前校正电路包括电阻R5和R6串接，电阻R5和电容C1并接。

7.根据权利要求3所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述无线充电接收装置和无线充电发射装置的接收线圈和发射线圈之间设有两个共振线圈。

8.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述无人机还包括悬浮装置，用于为无人机提供提升力，将无人机悬浮在空中。

9.根据权利要求8所述的基于无人机的输电线巡检机器人充电系统，其特征在于：所述悬浮装置包括氢气球、热气球或降落伞。