本發(fā)明涉及機(jī)器人充電技術(shù)，具體涉及用于架空輸電線路巡線機(jī)器人的自主充電系統(tǒng)及充電方法。

背景技術(shù)：

輸電線路是電力系統(tǒng)極為重要的組成部分，為了保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行，需要定期進(jìn)行巡視檢查。傳統(tǒng)的輸電線路巡檢方法主要以人工巡線為主，其巡線效率低，勞動強(qiáng)度大，工人經(jīng)常野外工作，工作環(huán)境惡劣，并且跨越高山、密林、大河的輸電線路檔段的巡檢難度更大。采用直升機(jī)巡檢效率高，但是其經(jīng)濟(jì)效益差，并且容易忽略輸電線路的細(xì)微損壞。采用架空輸電線路巡線機(jī)器人巡檢可以克服以上的缺點(diǎn)，其巡檢效率高，成像效果好，是機(jī)器人技術(shù)與輸電線路巡檢技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的必然趨勢。

架空輸電線路巡線機(jī)器人能夠攜帶檢測設(shè)備代替人工對輸電線路進(jìn)行自動巡檢，不僅可以減輕工人勞動強(qiáng)度，降低檢測成本，還可以提高巡檢作業(yè)質(zhì)量和效率，確保輸電線路的安全運(yùn)行，對提高電網(wǎng)自動化作業(yè)水平具有重要意義。

巡線機(jī)器人在高壓輸電線路上作業(yè)時(shí)，一般采用內(nèi)置蓄電池進(jìn)行供電，但巡檢機(jī)器人作業(yè)時(shí)能量消耗較大，長時(shí)間運(yùn)行時(shí)需要頻繁更換蓄電池，架空輸電線路巡線機(jī)器人往往需要跨越山川湖泊，叢林荒漠，現(xiàn)場更換蓄電池費(fèi)時(shí)費(fèi)力，給巡檢造成極大的不便。

實(shí)用新型專利“一種機(jī)器人無線自主充電系統(tǒng)”(201520117746.0)公開了一種用于地面移動機(jī)器人的無線自主充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然也采用太陽能取電、電能無線傳輸?shù)瘸潆娂夹g(shù)，但作為一個自主充電系統(tǒng)，與架空輸電線路巡線機(jī)器人自主充電系統(tǒng)有本質(zhì)上的區(qū)別，無法直接應(yīng)用到架空輸電線路巡線機(jī)器人上。架空輸電線路巡線機(jī)器人自主充電系統(tǒng)除了太能陽取電、無線感應(yīng)取電部分，還包含線路巡線機(jī)器人電池管理系統(tǒng)、電池檢測系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、充電定位系統(tǒng)、儲能檢測系統(tǒng)等，各部分組成一個有機(jī)整體，針對性的解決沿地線運(yùn)行的線路巡線機(jī)器人的充電難題，不是太陽能取電、電能無線傳輸、信號收發(fā)模塊的簡單拼湊，不是通用的無線充電系統(tǒng)的簡單移植和擴(kuò)展。

實(shí)現(xiàn)架空輸電線路全程、全自主、長時(shí)間運(yùn)行是巡線機(jī)器人的發(fā)展趨勢，而機(jī)器人自主充電系統(tǒng)是需要首先解決的關(guān)鍵問題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了用于架空輸電線路巡線機(jī)器人的自主充電系統(tǒng)及充電方法，本發(fā)明針對沿地線運(yùn)行的全程全自主巡線機(jī)器人提出的巡線機(jī)器人自主充電系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無需人工參與，自主運(yùn)行，自主充電。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

用于架空輸電線路巡線機(jī)器人的自主充電系統(tǒng)，包括安裝在機(jī)器人本體端的充電裝置及與之通過無線通信方式連接的安裝在線路桿塔端的充電裝置，上述兩部分充電裝置通過電能無線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能傳輸，所述安裝在機(jī)器人本體端的充電裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測電池的信息并傳輸至機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)在電池供電不足時(shí)發(fā)送控制命令，通過充電定位系統(tǒng)使機(jī)器人本體端的充電裝置及線路桿塔端的充電裝置對準(zhǔn)定位，完成線路桿塔端的充電裝置對機(jī)器人本體端的充電裝置的自主充電。

進(jìn)一步的，所述安裝在機(jī)器人本體端的充電裝置包括蓄電池、電池檢測系統(tǒng)、電池充電管理系統(tǒng)，所述電池監(jiān)測系統(tǒng)分別與蓄電池、電池充電管理系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)蓄電池的監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述線路桿塔端的充電裝置包括安裝在架空線路桿塔上的太陽能取電儲能系統(tǒng)及儲能監(jiān)測系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述機(jī)器人本體端的充電裝置及線路桿塔端的充電裝置還包括電能無線傳輸系統(tǒng)、充電定位系統(tǒng)及無線通信系統(tǒng)，上述系統(tǒng)成對安裝在機(jī)器人本體和鐵塔上。

進(jìn)一步的，所述電池充電管理系統(tǒng)分別與電池監(jiān)測系統(tǒng)、電能無線傳輸系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)電池恒流充電、恒壓充電、涓流充電的分段式充電管理。

進(jìn)一步的，所述電能無線傳輸系統(tǒng)由電能發(fā)送控制器、電能傳輸線圈、電能接收控制器組成，電能無線傳輸系統(tǒng)分別與儲能監(jiān)測系統(tǒng)、電池充電管理系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸。

進(jìn)一步的，所述充電定位系統(tǒng)由安裝在機(jī)器人本體上的檢測傳感器與安裝在桿塔上的定位裝置組成，檢測傳感器將檢測的數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)器人控制系統(tǒng)，通過與機(jī)器人控制系統(tǒng)及桿塔上的定位裝置配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人充電定位，確保電能無線傳輸系統(tǒng)的電能發(fā)送線圈與電能接收線圈定位對準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，所述無線通信系統(tǒng)采用一對多傳輸方式，分別與機(jī)器人控制系統(tǒng)、儲能監(jiān)測系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人端與桿塔端太能能取電儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

進(jìn)一步的，所述太陽能取電儲能系統(tǒng)包括太陽能電池板、太陽能控制器及儲能蓄電池，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存到儲能蓄電池中，供機(jī)器人充電使用。

進(jìn)一步的，所述儲能監(jiān)測系統(tǒng)與儲能蓄電池、無線通信系統(tǒng)、電能無線傳輸系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)儲能蓄電池電壓監(jiān)測、電量監(jiān)測、電能無線傳輸系統(tǒng)使能控制，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)。

用于架空輸電線路巡線機(jī)器人的自主充電方法，包括：

充電定位系統(tǒng)與機(jī)器人控制系統(tǒng)配合使電能無線傳輸系統(tǒng)的電能發(fā)送線圈與電能接收線圈準(zhǔn)確對準(zhǔn)定位；

完成電能無線傳輸系統(tǒng)對準(zhǔn)定位，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送控制指令，儲能監(jiān)測系統(tǒng)接收控制指令并使能電能無線傳輸系統(tǒng)，使其上電工作，機(jī)器人蓄電池開始充電；

在機(jī)器人充電過程中，電池監(jiān)測系統(tǒng)與儲能監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測電池充放電電流及電池電量信息，在機(jī)器人蓄電池充滿時(shí)或太陽能儲能電池電量耗盡時(shí)，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送控制指令，儲能監(jiān)測系統(tǒng)接收指令并關(guān)閉電能無線傳輸系統(tǒng)，同時(shí)儲能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式；

機(jī)器人完成充電過程，太陽能取電儲能系統(tǒng)繼續(xù)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能給儲能電池充電，為機(jī)器人下次充電做準(zhǔn)備，機(jī)器人根據(jù)蓄電池電量信息及巡檢作業(yè)任務(wù)要求，繼續(xù)執(zhí)行巡檢作業(yè)任務(wù)或進(jìn)入節(jié)電模式繼續(xù)等待充電。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明通過電能無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)太陽能給巡檢機(jī)器人的充電，解決了沿地線運(yùn)行的線路機(jī)器人在線能源獲取的難題，同時(shí)提高了充電過程的可靠性。

2、本發(fā)明通過電池監(jiān)測系統(tǒng)、儲能監(jiān)測系統(tǒng)等實(shí)時(shí)監(jiān)測電池狀態(tài)，電池電量不足時(shí)機(jī)器人自動啟動充電任務(wù)，充電定位系統(tǒng)自動完成充電定位，充電完成自動停止，整個過程無需人工參與，自主運(yùn)行，自主充電。

3、本發(fā)明在對機(jī)器人蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，電池充電管理系統(tǒng)按照電池充電曲線實(shí)現(xiàn)分段式充電，能夠有效保護(hù)電池，實(shí)現(xiàn)精確而高效的充電。

4、本發(fā)明通過無線通信系統(tǒng)建立機(jī)器人端與線路桿塔間的數(shù)據(jù)連接，機(jī)器人本體可及時(shí)獲取儲能蓄電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且可以發(fā)送控制指令使充電系統(tǒng)在不充電時(shí)進(jìn)入節(jié)電休眠狀態(tài)，避免電能損耗。

附圖說明

圖1本發(fā)明的自主充電系統(tǒng)-線路桿塔端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明的自主充電系統(tǒng)-機(jī)器人本體端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明的自主充電系統(tǒng)整體架構(gòu)圖；

圖4本發(fā)明的自主充電系統(tǒng)充電流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

如圖1-2所示，本發(fā)明架空輸電線線路巡線機(jī)器人自主充電系統(tǒng)主要由機(jī)器人蓄電池、電池監(jiān)測系統(tǒng)、電池充電管理系統(tǒng)、電能無線傳輸系統(tǒng)、充電定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、太陽能取電儲能系統(tǒng)、儲能監(jiān)測系統(tǒng)等組成。

各部分的安裝及之間的連接架構(gòu)如圖3所示，蓄電池、電池檢測系統(tǒng)、電池充電管理系統(tǒng)安裝在巡線機(jī)器人本體上；太陽能取電儲能系統(tǒng)、儲能監(jiān)測系統(tǒng)安裝在架空線路桿塔上；電能無線傳輸系統(tǒng)、充電定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)成對安裝在機(jī)器人本體和鐵塔上。

電池監(jiān)測系統(tǒng)與蓄電池、電池充電管理系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)蓄電池電壓監(jiān)測、電量監(jiān)測等功能，并可將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)。

電池充電管理系統(tǒng)與電池監(jiān)測系統(tǒng)、電能無線傳輸系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)電池恒流充電、恒壓充電、涓流充電的分段式充電管理。

電能無線傳輸系統(tǒng)由電能發(fā)送控制器、電能傳輸線圈、電能接收控制器組成，分別與儲能控制系統(tǒng)、電池充電管理系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸。

電能傳輸線圈包含電能發(fā)送線圈和電能接收線圈，其中電能發(fā)送控制器和電能發(fā)送線圈安裝在線路桿塔上，電能接收控制器和電能接收線圈安裝在機(jī)器人本體上。電能發(fā)送線圈和電能接收線圈統(tǒng)稱電能傳輸線圈。

充電定位系統(tǒng)由安裝在機(jī)器人本體上的檢測傳感器和安裝在桿塔上的定位裝置組成。定位裝置僅是一個用于定位的結(jié)構(gòu)件，不是電子裝置。通過機(jī)器人控制系統(tǒng)及安裝在桿塔上的定位裝置配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人充電定位，確保電能無線傳輸系統(tǒng)的電能發(fā)送線圈與電能接收線圈定位對準(zhǔn)。

無線通信系統(tǒng)采用一對多傳輸方式，分別與機(jī)器人控制系統(tǒng)、儲能監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人端與鐵塔端儲能裝置的數(shù)據(jù)通信。

太陽能取電儲能系統(tǒng)包括太陽能電池板、太陽能控制器、儲能蓄電池等，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存到蓄電池中，供機(jī)器人充電使用。

儲能監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)與儲能電池、無線通信系統(tǒng)、電能無線傳輸系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)儲能電池電壓監(jiān)測、電量監(jiān)測、電能無線傳輸系統(tǒng)使能控制，并可將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)。

在架空輸電線路桿塔處每隔一定距離安裝太陽能取電儲能系統(tǒng)，用于為機(jī)器人蓄電池充電。在機(jī)器人本體與線路桿塔上安裝電能無線傳輸系統(tǒng)，通過無線充電方式為機(jī)器人蓄電池充電。在機(jī)器人本體與線路桿塔上安裝監(jiān)測系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，與機(jī)器人控制系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動充電功能，使機(jī)器人能夠在蓄電池電量耗盡前，自動導(dǎo)航到附近的充電站即桿塔上的充電裝置，并完成充電。

一臺機(jī)器人可與多個充電站連接，但由于充電站距離很遠(yuǎn)，所以每次只能與其中一個建立無線通信連接，通信連接的方式擬采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，一個節(jié)點(diǎn)可與多個節(jié)點(diǎn)自動連接。

電能無線傳輸系統(tǒng)中的電能發(fā)送控制器和電能發(fā)送線圈安裝在桿塔上，電能接收控制器和電能接收線圈安裝在機(jī)器人上，整個共同構(gòu)成電能無線傳輸系統(tǒng)。

機(jī)器人本體安裝有GPS傳感器，而桿塔上的充電裝置的位置信息已經(jīng)預(yù)存到機(jī)器人本體控制系統(tǒng)中，機(jī)器人本體控制系統(tǒng)具有自主導(dǎo)航功能，可以計(jì)算機(jī)器人與充電裝置的距離，并導(dǎo)航到附近的充電站。

在機(jī)器人本體上安裝電池監(jiān)測系統(tǒng)，與機(jī)器人控制系統(tǒng)配合，自動判斷機(jī)器人是否需要充電。

在機(jī)器人本體上安裝充電定位系統(tǒng)，與安裝在線路桿塔上的定位裝置配合，使無線電能傳輸系統(tǒng)的電能發(fā)送線圈與電能接收線圈自動對準(zhǔn)。

在機(jī)器人本體與線路桿塔間安裝無線通信系統(tǒng)，控制電能無線傳輸系統(tǒng)的使能與關(guān)閉，并可傳輸電池電量等數(shù)據(jù)信息。

更為具體的充電流程如圖4所示，在架空輸電線路巡線機(jī)器人開展線路巡檢作業(yè)時(shí)，電池監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器人蓄電池電池電壓、電量等信息，當(dāng)電量不足時(shí)，將具體的信息發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)。機(jī)器人根據(jù)電池電量、機(jī)器人當(dāng)前位置、附近充電站位置等信息，根據(jù)需要將機(jī)器人導(dǎo)航到附近充電站。

充電定位系統(tǒng)與機(jī)器人控制系統(tǒng)配合使電能無線傳輸系統(tǒng)的電能發(fā)送線圈與電能接收線圈準(zhǔn)確對準(zhǔn)定位。

完成電能無線傳輸系統(tǒng)對準(zhǔn)定位后，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送控制指令，儲能監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)接收控制指令并使能電能無線傳輸系統(tǒng)，使其上電工作，機(jī)器人蓄電池開始充電。

在機(jī)器人充電過程中，電池監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)與儲能監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測電池充放電電流及電池電量信息。在機(jī)器人蓄電池充滿時(shí)或太陽能儲能電池電量耗盡時(shí)，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送控制指令，儲能監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)接收指令并關(guān)閉電能無線傳輸系統(tǒng)，同時(shí)儲能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式。

機(jī)器人完成充電過程后，電池監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)閉電能無線傳輸系統(tǒng)，太陽能取電儲能系統(tǒng)繼續(xù)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能給儲能電池充電，為機(jī)器人下次充電做準(zhǔn)備。機(jī)器人根據(jù)蓄電池電量信息及巡檢作業(yè)任務(wù)要求，繼續(xù)執(zhí)行巡檢作業(yè)任務(wù)或進(jìn)入節(jié)電模式繼續(xù)等待充電。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。