專(zhuān)利名稱(chēng)：隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蓄電池充電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)隨著我國(guó)電力電纜隧道鋪設(shè)長(zhǎng)度的增加，對(duì)隧道內(nèi)電纜工作狀況的巡視工作越加繁重，不僅耗費(fèi)大量人力和財(cái)力，隧道內(nèi)惡劣的環(huán)境對(duì)巡檢人員的健康安全也構(gòu)成很大的威脅。隧道巡檢機(jī)器人可以代替人工來(lái)完成對(duì)隧道的巡視工作。它的主要功能為，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向隧道外的技術(shù)人員實(shí)時(shí)地傳輸隧道內(nèi)電纜的工作狀態(tài)畫(huà)面，隧道內(nèi)的溫度、濕度，電力電纜的表面溫度等參數(shù)，當(dāng)這些狀態(tài)參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，隧道外技術(shù)人員可以確定 機(jī)器人所處位置的電力電纜存在安全隱患，這樣就可以組織人員對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行維修。巡檢機(jī)器人由于功能的復(fù)雜性，其系統(tǒng)包括各種傳感器部件、無(wú)線信號(hào)傳輸模塊、處理器芯片以及支持其運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)，他們所消耗的總功率比較大。因此機(jī)器人內(nèi)部的電池電能消耗很快，蓄電池的供電電壓隨著電能的消耗而下降，如果電池長(zhǎng)期處于低電壓供電狀態(tài)，電池的使用壽命和儲(chǔ)電能力會(huì)遭受不可恢復(fù)的影響。所以，當(dāng)電池電量處于低水平狀態(tài)時(shí)就要立即對(duì)電池進(jìn)行充電。在無(wú)人監(jiān)管的情況下機(jī)器人要自行完成充電過(guò)程，該過(guò)程主要包括機(jī)器人電池能量剩余監(jiān)測(cè)和余電不足的報(bào)警，機(jī)器人自身的位置和充電站方位的確定，在最短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行至最近的充電站以及充電動(dòng)作的完成，這些都是隧道機(jī)器人研制工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述缺陷公開(kāi)了隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)及方法。隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下微處理器分別連接電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)和充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)，蓄電池連接剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)；蓄電池、微處理器、電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)和充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)均安裝在機(jī)器人上；在機(jī)器人運(yùn)行的軌道上，每隔特定距離設(shè)置一個(gè)充電站，在每個(gè)充電站上設(shè)置充電站電子標(biāo)簽；在每個(gè)充電站的一側(cè)每隔特定長(zhǎng)度設(shè)置第I電子標(biāo)簽至第η電子標(biāo)簽，在每個(gè)充電站的另一側(cè)每隔特定長(zhǎng)度設(shè)置第η+1電子標(biāo)簽至第2η電子標(biāo)簽，第I電子標(biāo)簽至第2η電子標(biāo)簽均設(shè)置在機(jī)器人運(yùn)行的軌道上；每個(gè)充電站均設(shè)置交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和充電插座；充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)與充電插頭裝配在一起。所述電子標(biāo)簽讀卡器和充電插頭均安裝在機(jī)器人的頂部。所述特定距離的范圍為300-800m。所述特定長(zhǎng)度的范圍為O. 5-2m, η的取值范圍為75-800。隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理方法包括以下步驟I)在機(jī)器人巡視過(guò)程中，經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)讀取標(biāo)簽內(nèi)信息，當(dāng)機(jī)器人內(nèi)部的剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電量不足時(shí)，向機(jī)器人微處理器報(bào)警，微處理器將機(jī)器人自動(dòng)設(shè)置為最低功耗模式，只保留電子標(biāo)簽讀卡器功能、軌道運(yùn)動(dòng)功能和充電插頭的運(yùn)動(dòng)功能；2)微處理器根據(jù)最近一次讀取的電子標(biāo)簽的信息，指引機(jī)器人向距離最近的充電站行駛；充電站附近的第I電子標(biāo)簽至第2η電子標(biāo)簽均存儲(chǔ)了“機(jī)器人進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)”的信息，電子標(biāo)簽讀卡器掃描到這些信息后，將其上傳至微處理器，微處理器接收到這些信息后，控制機(jī)器人進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)；充電站的電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了“機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)”的信息，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到充電站時(shí)，電子標(biāo)簽讀卡器掃描到該信息后，將其上傳至微處理器，微處理器根據(jù)該信息控制機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)；3)微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插頭運(yùn)動(dòng)，使充電插頭與充電插座對(duì)合；此時(shí)交流電通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，傳輸至蓄電池，機(jī)器人進(jìn)行充電過(guò)程；4)剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)判斷蓄電池充滿后，將“蓄電池已充滿”的信號(hào)發(fā)送至微處理器，微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插頭運(yùn)動(dòng)，使充電插頭與充電插座分離，機(jī)器人充電過(guò)程結(jié)束。
第i電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了以下信息距離第i電子標(biāo)簽最近的充電站的位置、第i電子標(biāo)簽在隧道的具體位置、第i電子標(biāo)簽與附近的電子標(biāo)簽之間的路況信息；i取I至2n。本發(fā)明的有益效果是當(dāng)電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池余量不足時(shí)，電子標(biāo)簽定位系統(tǒng)能夠精確的指引機(jī)器人找到充電站完成充電，由于標(biāo)簽內(nèi)信息含有其附近充電站位置信息，因此可以保證機(jī)器人在較短時(shí)間內(nèi)到達(dá)充電站，防止蓄電池過(guò)度放電，降低電池使用壽命O


圖I是機(jī)器人的電路連接示意圖；圖2是充電站附近的電子標(biāo)簽示意圖；圖3是充電插頭與充電插座的對(duì)合不意圖；圖4是充電時(shí)的電路連接示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下微處理器分別連接電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)和充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)，蓄電池連接剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)；蓄電池、微處理器、電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)和充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)均安裝在機(jī)器人上；在機(jī)器人運(yùn)行的金屬軌道上，每隔特定距離設(shè)置一個(gè)充電站，在每個(gè)充電站上設(shè)置充電站電子標(biāo)簽；如圖2所示，在每個(gè)充電站的一側(cè)每隔特定長(zhǎng)度設(shè)置第I電子標(biāo)簽至第η電子標(biāo)簽，在每個(gè)充電站的另一側(cè)每隔特定長(zhǎng)度設(shè)置第η+1電子標(biāo)簽至第2η電子標(biāo)簽，第I電子標(biāo)簽至第2η電子標(biāo)簽均設(shè)置在機(jī)器人運(yùn)行的軌道上；每個(gè)充電站均設(shè)置交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和充電插座I ;如圖3所示，充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)與充電插頭2裝配在一起。電子標(biāo)簽讀卡器和充電插頭2均安裝在機(jī)器人的頂部。特定距離的范圍為300-800m。
特定長(zhǎng)度的范圍為O. 5-2m, η的取值范圍為75-800。隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理方法包括以下步驟I)在機(jī)器人巡視過(guò)程中，經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)讀取標(biāo)簽內(nèi)信息，當(dāng)機(jī)器人內(nèi)部的剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電量不足時(shí)，向機(jī)器人微處理器報(bào)警，微處理器將機(jī)器人自動(dòng)設(shè)置為最低功耗模式，只保留電子標(biāo)簽讀卡器功能、軌道運(yùn)動(dòng)功能和充電插頭2的運(yùn)動(dòng)功能；最大限度節(jié)省電能以保證機(jī)器人到達(dá)充電站完成充電動(dòng)作。剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)被預(yù)先嵌入了機(jī)器人內(nèi)部蓄電池的特性參數(shù)，并通過(guò)對(duì)該電池進(jìn)行輸出采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)剩余電量的測(cè)定。它可以向機(jī)器人微處理器發(fā)送低電量報(bào)警信號(hào)，并且可以保證此時(shí)機(jī)器人內(nèi)部蓄電池所剩電能能保證其運(yùn)行至充電站完成充電過(guò)程。2)微處理器根據(jù)最近一次讀取的電子標(biāo)簽的信息，指引機(jī)器人向距離最近的充電站行駛；充電站附近的第I電子標(biāo)簽至第2η電子標(biāo)簽均存儲(chǔ)了 “機(jī)器人進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)” 的信息，電子標(biāo)簽讀卡器掃描到這些信息后，將其上傳至微處理器，微處理器接收到這些信息后，控制機(jī)器人進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人行駛的速度要根據(jù)具體情況而定，參考的標(biāo)準(zhǔn)以機(jī)器人在此短距離內(nèi)能夠平穩(wěn)的停在充電站位置為宜；充電站的電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了“機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)”的信息，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到充電站時(shí)，電子標(biāo)簽讀卡器掃描到該信息后，將其上傳至微處理器，微處理器根據(jù)該信息控制機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)立即停止不會(huì)造成機(jī)器人整體向前的滑動(dòng)，因此這就能夠保證充電插頭2與充電插座I精確對(duì)準(zhǔn)。3)微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插頭2運(yùn)動(dòng)，使充電插頭2與充電插座I對(duì)合；如圖3所示，此時(shí)交流電通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為直流電，直流電對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；交流電用于隧道照明。4)剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)判斷蓄電池充滿后，將“蓄電池已充滿”的信號(hào)發(fā)送至微處理器，微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插頭2運(yùn)動(dòng)，使充電插頭2與充電插座I分離，機(jī)器人充電過(guò)程結(jié)束。第i電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了以下信息距離第i電子標(biāo)簽最近的充電站的位置、第i電子標(biāo)簽在隧道的具體位置、第i電子標(biāo)簽與附近的電子標(biāo)簽(第i-Ι電子標(biāo)簽與第i+Ι電子標(biāo)簽)之間的路況信息(如轉(zhuǎn)彎、軌道坡度)；i取I至2n。
權(quán)利要求
1.隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)，其特征在于，它的結(jié)構(gòu)如下微處理器分別連接電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)和充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)，蓄電池連接剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)；蓄電池、微處理器、電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)和充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)均安裝在機(jī)器人上；在機(jī)器人運(yùn)行的軌道上，每隔特定距離設(shè)置一個(gè)充電站，在每個(gè)充電站上設(shè)置充電站電子標(biāo)簽；在每個(gè)充電站的一側(cè)每隔特定長(zhǎng)度設(shè)置第I電子標(biāo)簽至第n電子標(biāo)簽，在每個(gè)充電站的另一側(cè)每隔特定長(zhǎng)度設(shè)置第n+1電子標(biāo)簽至第2n電子標(biāo)簽，第I電子標(biāo)簽至第2n電子標(biāo)簽均設(shè)置在機(jī)器人運(yùn)行的軌道上；每個(gè)充電站均設(shè)置交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和充電插座(I); 充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)與充電插頭(2)裝配在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電子標(biāo)簽讀卡器和充電插頭(2)均安裝在機(jī)器人的頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述特定距離的范圍為300-800m。
4.據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述特定長(zhǎng)度的范圍為0. 5-2m, n的取值范圍為75-800。
5.隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在機(jī)器人巡視過(guò)程中，經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)讀取標(biāo)簽內(nèi)信息，當(dāng)機(jī)器人內(nèi)部的剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電量不足時(shí)，向機(jī)器人微處理器報(bào)警，微處理器將機(jī)器人自動(dòng)設(shè)置為最低功耗模式，只保留電子標(biāo)簽讀卡器功能、軌道運(yùn)動(dòng)功能和充電插頭(2)的運(yùn)動(dòng)功能； 2)微處理器根據(jù)最近一次讀取的電子標(biāo)簽的信息，指引機(jī)器人向距離最近的充電站行駛；充電站附近的第I電子標(biāo)簽至第2n電子標(biāo)簽均存儲(chǔ)了 “機(jī)器人進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)”的信息，電子標(biāo)簽讀卡器掃描到這些信息后，將其上傳至微處理器，微處理器接收到這些信息后，控制機(jī)器人進(jìn)行勻減速運(yùn)動(dòng)；充電站的電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了“機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)”的信息，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到充電站時(shí)，電子標(biāo)簽讀卡器掃描到該信息后，將其上傳至微處理器，微處理器根據(jù)該信息控制機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)； 3)微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插頭(2)運(yùn)動(dòng)，使充電插頭(2)與充電插座(I)對(duì)合；此時(shí)交流電通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，傳輸至蓄電池，機(jī)器人進(jìn)行充電過(guò)程; 4)剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)判斷蓄電池充滿后，將“蓄電池已充滿”的信號(hào)發(fā)送至微處理器，微處理器控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)充電插頭(2 )運(yùn)動(dòng)，使充電插頭(2 )與充電插座(I)分離，機(jī)器人充電過(guò)程結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理方法，其特征在于，第i電子標(biāo)簽存儲(chǔ)了以下信息距離第i電子標(biāo)簽最近的充電站的位置、第i電子標(biāo)簽在隧道的具體位置、第i電子標(biāo)簽與附近的電子標(biāo)簽之間的路況信息取I至2n。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了蓄電池充電技術(shù)領(lǐng)域的隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)及方法。隧道電纜巡檢機(jī)器人充電管理系統(tǒng)由微處理器、電子標(biāo)簽讀卡器、伺服電機(jī)控制器、剩余電量檢測(cè)系統(tǒng)、充電插頭伸縮機(jī)構(gòu)、蓄電池和充電站構(gòu)成，在隧道中布置電子標(biāo)簽，巡檢過(guò)程中機(jī)器人可以讀取標(biāo)簽信息，電子標(biāo)簽信息中包含充電站位置信息。當(dāng)剩余電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)判斷其需要充電時(shí)，就會(huì)根據(jù)標(biāo)簽信息提示自動(dòng)運(yùn)行到距離其最近的充電站，在標(biāo)簽內(nèi)容的指引下完成與充電站的對(duì)接工作，電池余量檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到機(jī)器人充滿電能后提示機(jī)器人脫離充電站，繼續(xù)巡檢。本發(fā)明的有益效果是保證機(jī)器人在較短時(shí)間內(nèi)到達(dá)充電站，防止蓄電池過(guò)度放電，降低電池使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102761158SQ201210240420
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者劉春陽(yáng), 吳華, 楊國(guó)田, 柳長(zhǎng)安, 步顯廷 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)