CN212905321U - 一种管道机器人电量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种管道机器人电量检测装置，包括依顺次相连接的功能模块供电开关、模数转换器、控制单元和电量检测电路；功能模块供电开关还与管道机器人的功能模块相连接；模数转换器用于根据功能模块供电开关的接通/断开状态，向控制单元发送高/低电平信号；控制单元包括计时器，计时器用于对高/低电平信号的持续时间进行计时；控制单元用于根据计时结果控制电量检测电路的接通/断开；电量检测电路用于监测管道机器人的剩余电量本实用新型可以解决在对管道机器人电池电量进行监测时，监测电路需要持续性耗电，没有对管道机器人电池电量按工作时间长短分段进行检测的技术问题。

Description

一种管道机器人电量检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测电池电量的技术领域，具体涉及一种管道机器人电量检测装置。

背景技术

管道机器人是一种可沿管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统级设备。管道机器人目前被广泛应用于各个工程领域，比如市政管道维护及检修等。因为管道布置的情况错综复杂，采用有线供电的方式不便于布线和管道机器人行进，所以管道机器人一般采用自带电池的方式供电，目前最常用的是锂电池。鉴于当今锂电池单位体积能存储电量的局限性，管道机器人的续航工作时间是有限的，为了避免电池剩余电量不足以完成某项操作，甚至电池电量用完后管道机器人无法召回，所以需要对管道机器人的电池剩余电量进行实时监控。

现有技术常用的锂电池剩余电量检测一般有三种方法，分别是直接电池电压监控方法、电池建模方法和库仑计方法，其中库仑计方法的应用范围最为广泛。库仑计在电池的正极或负极串入一个电流检测电阻，但有电流流入或流出电池时，电阻上就会形成电压；通过检测电压可以计算出流过电池的电流，该电流与时间做积分就是变化的电量，该方法可以较为精确的跟踪电池电量的变化。但库仑计方法是对电池电量进行持续性监测，电量检测电路需要持续性耗电，这对续航时间本来就不够长的管道机器人是一个额外的负担；监测电路长时间持续工作，也会增加监测电路元器件失效的风险。

同时从实际工程应用的角度，对于管道机器人的电量检测，在管道机器人工作的全过程中，大部分时间段的监测精度并不需要太高，比如在管道机器人刚启动的十几分钟甚至几十分钟内，电池电量还较为充足，此时无需监控其电池的实际电量。而目前并没有一种对管道机器人电池电量按工作时间长短，分段进行检测的技术。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种管道机器人电量检测装置和方法，以解决现有技术中存在的在对管道机器人电池电量进行监测时，监测电路需要持续性耗电，没有对管道机器人电池电量按工作时间长短分段进行检测的技术问题。

本实用新型提供了一种管道机器人电量检测装置；

在第一种可实现方式中，包括依顺次相连接的功能模块供电开关、模数转换器、控制单元和电量检测电路；

功能模块供电开关还与管道机器人的功能模块相连接；

模数转换器用于根据功能模块供电开关的接通/断开状态，向控制单元发送高/低电平信号；

控制单元包括计时器，计时器用于对高/低电平信号的持续时间进行计时；控制单元用于根据计时结果控制电量检测电路的接通/断开；

电量检测电路用于监测管道机器人的剩余电量。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，电量检测电路为基于库仑计法的电量检测电路

结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，功能模块供电开关为多个，模数转换器为多个，管道机器人的功能模块包括驱动模块、探测模块和操作模块。

结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，探测模块包括图像采集模块、激光探测模块和超声波探测模块。

结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，还包括报警提示单元，报警提示单元与控制单元相连接，用于根据电池剩余电量进行报警提示。

由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：

1.根据对管道机器人各部件的工作时长进行记录，结合各部件在工作时的额定功率，可以预估出管道机器人电池的剩余电量，再使用电量检测电路对电池剩余电量实际值进行检测。这样可以实现对电池电量按工作时间长短分段检测，不需要长时间耗能进行持续性的电量检测。

2.通过设置报警提示单元，可以提醒远程操作平台的工作人员控制管道机器人及时返航。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型实施例1的系统框图。

图2为本实用新型实施例2的系统框图。

图3为本实用新型系统的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供一种管道机器人电量检测装置，包括依顺次相连接的功能模块供电开关、模数转换器、控制单元和电量检测电路；

功能模块供电开关还与管道机器人的功能模块相连接；

模数转换器用于根据功能模块供电开关的接通/断开状态，向控制单元发送高/低电平信号；

控制单元包括计时器，计时器用于对高/低电平信号的持续时间进行计时；控制单元用于根据计时结果控制电量检测电路的接通/断开。

电量检测电路用于监测管道机器人的剩余电量。

以下对实施例1工作原理进行详细说明：

在本实施例中，以蛇形管道机器人举例说明。蛇形管道机器人由外壳、各功能模块和控制单元构成，功能模块包括驱动模块、探测模块、操作模块、通信模块和电源模块。电源模块装有聚合物锂电池给蛇形管道机器人供电；因蛇形管道机器人自身的形状、结构特点，能装载的电池体积有限，电池一般只有 3000-4000mAh电量。驱动模块中有电机，给蛇形管道机器人提供移动的动力。探测模块包括蛇形管道机器人配置的各种探测器，探测器的种类不作限定，在本实施例中举例说明，有最常用的图像采集模块、激光探测模块和超声波探测模块；图像采集模块用于拍摄管道图像，激光探测模块和超声波探测模块用于探测管道内壁构造情况。操作模块是蛇形管道机器人的操作部，用于完成维护、修补的工作任务。通信模块用于接收和发送数据，使远程操作平台可以向蛇形管道机器人传输工作指令，并接收蛇形管道机器人反馈的数据。

在实际工程作业中，蛇形管道机器人的各个部件并不是同时都在工作的。比如，蛇形管道机器人在前进或后退的过程中，探测模块、操作模块一般是处于待机或关机状态的；而在蛇形管道机器人进行维护、修补的工作任务时，驱动模块一般是处于待机或关机状态的。在本实施例中，通过功能模块供电开关在实现对功能模块的供电状态切换。功能模块供电开关的输入端与电源模块相连接，输出端与功能模块相连接。功能模块供电开关有多个，每个开关对应一个功能模块，比如：探测模块中的图像采集模块、激光探测模块和超声波探测模块就有3个开关分别进行供电状态切换。具体的，当蛇形管道机器人接收到远程操作平台的指令时，比如停止移动并拍摄所在位置的管道内壁图像，蛇形管道机器人会断开对驱动模块的供电，打开对图像采集模块的供电。

如图1所示，功能模块供电开关和图像采集模块的连接线路中间引出了一条耦合支路，该耦合支路上有一模数转换器。当开关断开时，耦合支路上没有电流经过，模数转换器的输出电平为低；当开关接通时，耦合支路上有一微弱电流经过，模数转换器的输出电平为高。与模数转换器相连接的控制单元中设有计时器，计时器用于对高/低电平信号的持续时间进行计时。比如，远程操作控制平台让蛇形管道机器人进行5秒钟的图像拍摄，在起始点时刻，模数转换器的输出电平由低转为高，计时器从此时刻开始计时。当5秒钟的图像拍摄完成后，开关断开，耦合支路上没有电流经过，此时模数转换器的输出电平由高转为低，计时器停止计时，这段时间即图像采集模块的持续工作时间。对其它功能模块的持续工作时间以此类推。蛇形管道机器人中各部件在工作时的额定功率是已知的，在设计时就已经做好限定，并且一版不存在超功率使用的问题。所以只要知道了每个部件的持续工作时间，控制单元的寄存器中又预存了每个部件的额定功率，这样就可以得出在一段时间内蛇形管道机器人所消耗的总功率，该总功率就是蛇形管道机器人在该时间段内的能耗，电池的总电量减去该能耗就是对电池剩余电量的预估值。但是，这个电池剩余电量的预估值并不十分准确，随着电池使用次数增多，电池的总电量有所下降，电池剩余电量的预估值会比实际值高。所以还需要使用电量检测电路对电池剩余电量的实际值进行检测。在本实施例中优选的，电量检测电路为基于库仑计法的电量检测电路。电量检测电路检测得到的电池剩余电量实际值返回到控制单元中。

从实际工程应用的角度，不需要对蛇形管道机器人的剩余电量作过多次数的检测，比如电量从95％下降到85％并不会影响远程操作平台的操作，也基本不可能在剩余电量在85％时就召回蛇形管道机器人。在本实施例中，控制单元控制电量检测电路对电池剩余电量的实际值进行检测，分别控制单元计算出电池剩余电量的预估值在70％、50％、30％、10％时进行一次检测。第一次检测设在剩余电量预估值为70％时，设此限额是考虑到蛇形管道机器人到达位置后，即使做了某些操作，也可以原路返航。第一次检测设在剩余电量预估值为50％时，设此限额是考虑到蛇形管道机器人如果在此时可以考虑是否返航，当然还要结合沿途是否进行过探测、维护等耗电的工作。第三次检测设在剩余电量预估值为30％时，设此限额是考虑到蛇形管道机器人应尽快返航。第一次检测设在剩余电量预估值为10％时，设此限额是考虑到蛇形管道机器人应立即返航，不作其它多余动作。

通过上述技术方案，根据对管道机器人各部件的工作时长进行记录，结合各部件在工作时的额定功率，可以预估出管道机器人电池的剩余电量，再使用电量检测电路对电池剩余电量实际值进行检测。这样可以实现对电池电量按工作时间长短分段检测，不需要长时间耗能进行持续性的电量检测。

实施例2

在实施例1中，控制单元按预设的程序，分别在电池剩余电量的预估值在 70％、50％、30％、10％时，使用电量检测电路对电池剩余电量实际值进行检测后，得到的数据会通过通信模块传输到远程操作平台。但是远程操作平台的工作人员可能会因为其它事务而忽略这条信息。

为了解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，在电量检测装置中设置报警提示单元，报警提示单元与控制单元相连接，用于根据电池剩余电量进行报警提示。在本实施例中，设置报警阈值电池剩余电量的预估值为50％、 30％、10％这三次，报警提示单元在控制单元的控制下，向远程操作平台进行报警提示。通过设置报警提示单元，可以提醒远程操作平台的工作人员控制蛇形管道机器人及时返航。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种管道机器人电量检测装置，其特征在于：包括依顺次相连接的功能模块供电开关、模数转换器、控制单元和电量检测电路；

所述功能模块供电开关还与管道机器人的功能模块相连接；

所述模数转换器用于根据所述功能模块供电开关的接通/断开状态，向所述控制单元发送高/低电平信号；

所述控制单元包括计时器，所述计时器用于对所述高/低电平信号的持续时间进行计时；所述控制单元用于根据计时结果控制电量检测电路的接通/断开；

所述电量检测电路用于监测管道机器人的剩余电量。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人电量检测装置，其特征在于：所述电量检测电路为基于库仑计法的电量检测电路。

3.根据权利要求1所述的一种管道机器人电量检测装置，其特征在于：所述功能模块供电开关为多个，所述模数转换器为多个，所述管道机器人的功能模块包括驱动模块、探测模块和操作模块。

4.根据权利要求3所述的一种管道机器人电量检测装置，其特征在于：所述探测模块包括图像采集模块、激光探测模块和超声波探测模块。

5.根据权利要求1-4所述的任意一种管道机器人电量检测装置，其特征在于：还包括报警提示单元，所述报警提示单元与所述控制单元相连接，用于根据电池剩余电量进行报警提示。

Images