CN217435546U - 一种船用无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种船用无线充电系统，包括设置在岸基的总控制柜、通过缆线与总控制柜连接的移动设置的无线充电发射端及设置在船上的无线充电接收端；总控制柜包括总控制器及发射端无线通信模块；无线充电发射端包括发射端主控制器、视觉传感器、发射端定位装置、行走机构、机械臂及无线充电发射装置；无线充电接收端包括无线充电接收装置、接收端定位装置及接收端无线通信模块。本实用新型的船用无线充电系统用于对停靠在港口的船舶进行充电，兼容无线和有线两种充电模式，充电效率高，自动化程度高，可快速建立充电连接，省时省力，安全可靠，对船舶停泊位置要求低，可有效减少安全隐患；同时可大幅提升设备利用率，降低设备制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线充电技术领域，特别是一种船用无线充电系统。
背景技术
目前，对于中短距离的航线，大量使用电能替代化石燃料是一种有效的环保解决方法。随着世界各国对环境保护工作的推进，未来电能将成为中短距离船运的主要能量，逐步减少化石燃料的使用。由于船舶在港口停靠的时间一般较短，对于使用电能作为能源的船舶，需要在完成停泊后尽快建立充电连接，利用有限的时间尽快为船舶提供所需的电能。另外，船舶在停靠期间辅助设备的运行也要耗费一定电能，因此使用电能作为能源的船舶对能量的补充设备要求较高，这也给船舶岸基充电提出了一系列的严苛技术要求。由于船舶耗电量极大且停靠时间有限，船舶岸基充电需要快速建立可靠充电连接，对充电设备的效率及功率要求也较高，并且由于功率较大且充电环境恶劣，充电连接建立后必须确保充电过程的安全，同时由于码头工作环境复杂，充电过程需要尽量实现高度自动化，并且需要确保不影响其他设备的正常作业。
中短距离航线船舶对电能的依赖程度越来越高，而现有技术的船舶岸基充电技术，以有线充电设备为主，少有大功率无线充电设备，主要存在以下不足：
1)受限于有线充电方式，充电过程自动化程度低，依赖人工，建立充电连接过程耗时较长，且存在极大的安全隐患；充电设备检修维护成本高，插拔件易于损耗；船舶每天需要多次移动和充电的情况下，有线充电操作耗费大量工时，十分低效；
2)少有的无线充电设备，受发射端和接收端匹配方式限制，对船舶停泊位置要求较高，且充电效率往往达不到船舶的充电需求，实用性低。
基于上述问题，亟需设计一种充电效率高、安全可靠、自动化程度高的岸基无线充电设备。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种船用无线充电系统，用于对停靠在港口的船舶进行充电，充电效率高，自动化程度高，可快速建立充电连接，省时省力，安全可靠，对船舶停泊位置要求低，可有效减少安全隐患。
本实用新型采用如下技术方案：
一种船用无线充电系统，包括：
设置在岸基的总控制柜及通过缆线与总控制柜电连接的移动设置的无线充电发射端；总控制柜包括总控制器及发射端无线通信模块；无线充电发射端包括发射端主控制器、视觉传感器、发射端定位装置、行走机构、设置于行走机构上并随行走机构移动的机械臂及设置于机械臂上并随机械臂移动的无线充电发射装置；发射端主控制器与视觉传感器及发射端定位装置通信连接，且通信连接并控制行走机构及机械臂的运动；总控制器与发射端主控制器通信连接，且连接并控制无线充电发射装置的启停及输出功率；
及设置在船上的无线充电接收端，包括无线充电接收装置、接收端定位装置及接收端无线通信模块；
发射端无线通信模块及接收端无线通信模块用于实现总控制柜与无线充电接收端之间的通信；发射端定位装置及接收端定位装置用于导航定位，以对行走机构的运动进行指导；视觉传感器用于对无线充电接收装置进行立体测距，以对机械臂的运动进行指导，实现无线充电发射装置与无线充电接收装置的位置匹配。
进一步地，所述总控制柜连接多个无线充电发射端，总控制柜对多个无线充电发射端进行协同控制。
进一步地，所述无线充电发射端还包括设置于行走机构上的缆线张紧装置，缆线张紧装置包括缆线张紧轮、用于驱动缆线张紧轮转动的第一电机及用于连接并控制第一电机的第一电机控制器，缆线绕设于缆线张紧轮上，第一电机控制器与发射端主控制器通信连接。
进一步地，所述行走机构包括固定设置于岸基上的导轨、导向移动设置于导轨上且具有驱动轮的行走小车、用于连接并驱动所述驱动轮转动的第二电机及用于连接并控制第二电机的第二电机控制器，第二电机控制器与发射端主控制器通信连接。
进一步地，所述行走机构包括具有履带机构的行走小车、用于连接并驱动履带机构运转的第三电机及用于连接并控制第三电机的第三电机控制器，第三电机控制器与发射端主控制器通信连接。
进一步地，所述无线充电发射装置上设置有用于与无线充电接收装置相吸合的发射端吸盘。
进一步地，所述视觉传感器采用双目摄像机。
进一步地，所述无线充电接收端与无线充电发射端分别设置有可相互配合插接的有线充电插接头。
进一步地，所述总控制柜还包括无线充电控制电路，总控制器通过无线充电控制电路与无线充电发射装置电连接，无线充电控制电路用于对无线充电发射装置的启停及输出功率进行控制。
由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
第一，本实用新型的船用无线充电系统，用于对停靠在港口的船舶进行充电，通过总控制柜对多个无线充电发射端进行协同控制，可大幅提升设备利用率，降低设备制造成本；借助视觉及定位信息，对行走机构和机械臂的运动进行自动控制，可实现无线充电发射装置与无线充电接收装置的自动位置匹配，充电效率高，自动化程度高，可快速建立充电连接，省时省力，安全可靠，对船舶停泊位置要求低，且无线充电方式可有效减少安全隐患。
第二，总控制柜与无线充电发射端通过缆线电性连接，可保证高效通讯，提高设备可靠性。
第三，通过设置缆线张紧装置，可将无线充电发射端拖拽的缆线张紧，避免发生缠绕，保证设备正常运行。
第四，无线充电期间，无线充电接收端的充电参数实时反馈至总控制器，总控制器根据反馈参数对无线充电发射装置的输出功率进行反馈调节，可确保无线充电高效率进行。
第五，兼容无线充电和有线充电两种充电模式，有线充电可作为一种应急备用充电方式，通过手动插拔以应对特殊情况，可提高船用无线充电系统的可靠性及使用灵活性。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的船用无线充电系统在工作状态下的结构示意图；
图2是本实用新型实施例1的无线充电发射端的立体结构示意图；
图3是本实用新型实施例1的船用无线充电系统的电气控制原理框图；
图4是本实用新型实施例1的船用无线充电系统的充电方法流程图；
图5是本实用新型实施例2的无线充电发射端的立体结构示意图。
图中：1.总控制柜，2.缆线，3.无线充电发射端，31.视觉传感器，32.机械臂，33.无线充电发射装置，331.发射端吸盘，34.缆线张紧轮，35.导轨，36.行走小车，361.驱动轮，362.履带机构，4.无线充电接收端，41.无线充电接收装置。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。
实施例1
参照图1至图4，本实用新型的一种船用无线充电系统，包括设置在岸基的总控制柜1、通过缆线2与总控制柜1电连接的移动设置的多个无线充电发射端3、及设置在船上的无线充电接收端4。
总控制柜1，包括总控制器、发射端无线通信模块及无线充电控制电路。总控制器采用ARM控制器。发射端无线通信模块采用5G模块。
无线充电发射端3，包括发射端主控制器、视觉传感器31、发射端定位装置、行走机构、缆线张紧装置、设置于行走机构上并随行走机构移动的机械臂32及设置于机械臂32上并随机械臂32移动的无线充电发射装置33；发射端主控制器与视觉传感器31及发射端定位装置通信连接，且通信连接并控制行走机构及机械臂32的运动。缆线张紧装置设置于行走机构上，用于使缆线2保持张紧，缆线张紧装置包括缆线张紧轮34、用于驱动缆线张紧轮34转动的第一电机及用于连接并控制第一电机的第一电机控制器，缆线2绕设于缆线张紧轮34上，第一电机控制器与发射端主控制器通信连接。行走机构包括固定设置于岸基上的导轨35、导向移动设置于导轨35上且具有驱动轮361的行走小车36、用于连接并驱动所述驱动轮361转动的第二电机及用于连接并控制第二电机的第二电机控制器，第二电机控制器与发射端主控制器通信连接；考虑到使用环境，导轨35固定并嵌入地面，除了对无线充电发射端3的运行轨迹起到导向作用外，还能起到固定作用，防止无线充电发射端3在移动过程中侧翻及倾覆。发射端主控制器通过第四电机控制器对机械臂32的运动进行驱动控制。发射端主控制器采用英伟达Xavierw控制器。所述视觉传感器31采用双目摄像机。所述发射端定位装置采用GPS定位装置。所述机械臂32采用三自由度机械臂。第一、第二、第四电机控制器均采用现有技术。
无线充电接收端4，包括无线充电接收装置41、接收端定位装置及接收端无线通信模块。接收端定位装置采用GPS定位装置。接收端无线通信模块采用5G模块。
总控制柜1对多个无线充电发射端3进行协同控制。总控制器与发射端主控制器通信连接，并通过无线充电控制电路与无线充电发射装置33电连接，无线充电控制电路用于根据总控制器指令对无线充电发射装置33的启停及输出功率进行控制。无线充电发射装置33、无线充电接收装置41采用聚焦型谐振阵列式无线充电系统；所述无线充电控制电路相对应的采用聚焦型谐振阵列控制技术，并采用集群控制，同时对多个无线充电发射端3进行协同控制，能根据反馈的无线充电接收端4的充电电压、电流信息反馈调节无线充电发射装置33的输出功率，该无线充电系统及控制技术均为现有技术，在此不再赘述。另外，无线充电控制电路也可采用现有技术中可实现反馈调节功能的其它无线充电控制电路。发射端无线通信模块及接收端无线通信模块用于实现总控制柜1与无线充电接收端4之间的无线通信。发射端定位装置及接收端定位装置用于导航定位，以为总控制器选择无线充电发射端3提供依据，并据此对行走机构的运动进行指导。视觉传感器31用于对无线充电接收装置41进行立体测距，以对机械臂32的运动进行指导，实现无线充电发射装置33与无线充电接收装置41的位置匹配。所述无线充电发射装置33上设置有用于与无线充电接收装置41相吸合的发射端吸盘331。无线充电发射装置33及无线充电接收装置41采用现有技术。所述无线充电接收端4与无线充电发射端3分别设置有可相互配合插接的有线充电插接头。
另外，总控制柜1及无线充电发射端3均设置有控制柜体，总控制柜1的控制柜体固定设置，无线充电发射端3的行走小车36车身设置为控制柜体；控制柜体具有良好的散热、隔潮、防水性能，可以很好的应对潮湿、多风浪的使用环境。
参照图1至图4，本实用新型的船用无线充电系统的无线充电方法，包括以下步骤：
步骤1，当船靠近港口停靠时，船上的无线充电接收端4通过无线通信方式向岸基的总控制器发送充电请求，同时向总控制器发送接收端定位信息；
步骤2，总控制器接收无线充电接收端4的充电请求及接收端定位信息，根据接收端定位信息判断出船的停靠位置；各无线充电发射端3分别向总控制器发送自身的发射端定位信息，总控制器根据待充电船的停靠位置、结合各无线充电发射端3的发射端定位信息，按照设定规则选择无线充电发射端3、并向其发送指令控制该无线充电发射端3为待充电船充电，该无线充电发射端3与无线充电接收端4通过总控制器建立通信连接；本实施例中设定规则为选择距离船的停靠位置最近的空闲状态的无线充电发射端3；
步骤3，无线充电发射端3的发射端主控制器接收总控制器指令，并根据指令控制行走机构移动至待充电船附近；
步骤4，视觉传感器31通过目标识别算法识别无线充电接收端4，并通过双目立体视觉算法进行立体测距，发射端主控制器根据立体测距信息指导机械臂32运动，使无线充电发射装置33运动至与无线充电接收装置41相匹配位置，并在发射端吸盘331的作用下使无线充电发射装置33与无线充电接收装置41自动吸合；本实施例中，目标识别算法、双目立体视觉算法及机械臂控制方法均采用现有技术，具体的，目标识别算法采用改进的卷积神经网络算法，双目立体视觉算法采用半全局匹配算法SGM(semi-global matching)，机械臂控制方法采用逆运动学控制方法，直接根据逆运动学算出各关节期望位置，然后使用PD(比例微分)控制，控制机械臂32各关节运动到期望位置；
步骤5，无线充电发射装置33与无线充电接收装置41完成匹配后，总控制器控制无线充电发射装置33启动，开始无线充电，无线充电发射端3按照指定规律向无线充电接收端4发射能量；同时，总控制器采集无线充电接收装置41的充电参数，并根据该充电参数对无线充电发射装置33的输出功率进行反馈调节；直至充电结束，总控制器控制无线充电发射装置33关闭。
实施例2
参照图5，本实施例与实施例1的区别在于：所述行走机构包括具有履带机构362的行走小车36、用于连接并驱动履带机构362运转的第三电机及用于连接并控制第三电机的第三电机控制器，第三电机控制器与发射端主控制器通信连接。履带机构362包括对称设置于行走小车36两侧的四个履带轮及分别传动连接于同侧前、后履带轮之间的两传动履带。第三电机控制器采用现有技术。本实施例适用于不容易受风浪影响、不便铺设导轨或机械臂外伸距离较短等使用环境较为简单的场景。
上述仅为本实用新型的两个具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (9)
1.一种船用无线充电系统，其特征在于，包括：
设置在岸基的总控制柜及通过缆线与总控制柜电连接的移动设置的无线充电发射端；总控制柜包括总控制器及发射端无线通信模块；无线充电发射端包括发射端主控制器、视觉传感器、发射端定位装置、行走机构、设置于行走机构上并随行走机构移动的机械臂及设置于机械臂上并随机械臂移动的无线充电发射装置；发射端主控制器与视觉传感器及发射端定位装置通信连接，且通信连接并控制行走机构及机械臂的运动；总控制器与发射端主控制器通信连接，且连接并控制无线充电发射装置的启停及输出功率；
及设置在船上的无线充电接收端，包括无线充电接收装置、接收端定位装置及接收端无线通信模块；
发射端无线通信模块及接收端无线通信模块用于实现总控制柜与无线充电接收端之间的通信；发射端定位装置及接收端定位装置用于导航定位，以对行走机构的运动进行指导；视觉传感器用于对无线充电接收装置进行立体测距，以对机械臂的运动进行指导，实现无线充电发射装置与无线充电接收装置的位置匹配。
2.如权利要求1所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述总控制柜连接多个无线充电发射端，总控制柜对多个无线充电发射端进行协同控制。
3.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射端还包括设置于行走机构上的缆线张紧装置，缆线张紧装置包括缆线张紧轮、用于驱动缆线张紧轮转动的第一电机及用于连接并控制第一电机的第一电机控制器，缆线绕设于缆线张紧轮上，第一电机控制器与发射端主控制器通信连接。
4.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述行走机构包括固定设置于岸基上的导轨、导向移动设置于导轨上且具有驱动轮的行走小车、用于连接并驱动所述驱动轮转动的第二电机及用于连接并控制第二电机的第二电机控制器，第二电机控制器与发射端主控制器通信连接。
5.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述行走机构包括具有履带机构的行走小车、用于连接并驱动履带机构运转的第三电机及用于连接并控制第三电机的第三电机控制器，第三电机控制器与发射端主控制器通信连接。
6.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射装置上设置有用于与无线充电接收装置相吸合的发射端吸盘。
7.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述视觉传感器采用双目摄像机。
8.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述无线充电接收端与无线充电发射端分别设置有可相互配合插接的有线充电插接头。
9.如权利要求1或2所述的一种船用无线充电系统，其特征在于，所述总控制柜还包括无线充电控制电路，总控制器通过无线充电控制电路与无线充电发射装置电连接，无线充电控制电路用于对无线充电发射装置的启停及输出功率进行控制。
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| CN115892360A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-04-04 | 广州远和船海研究院有限公司 | 一种风电运输船舶及海上风电输送方法 |
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