CN102751762B - 巡线机器人充电方法和装置及参数配置方法、巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种巡线机器人充电方法和装置及其参数配置方法、以及一种巡线机器人，其巡线机器人充电方法包括步骤：通过太阳能电池组给储能蓄电池充电；通过储能蓄电池给巡线机器人充电。本发明利用太阳能作为资源实现巡线机器人的在线取电，构思巧妙，对实现对在高压输电线路上作业的巡线机器人的在线充电具有十分重要的意义。

Description

巡线机器人充电方法和装置及参数配置方法、巡线机器人

技术领域

本发明涉及太阳能充电领域，特别是涉及一种巡线机器人充电装置及其参数配置方法、监控方法以及与其相匹配的巡线机器人。

背景技术

巡线机器人集成了诸多高新技术，用智能机器人进行线路巡检是机器人技术和电力巡检技术发展的必然趋势，同时也是特种机器人的新研究领域，用机器人进行线路巡检，可以到达人工难以到达的线路，提高巡检效率，极大减低了巡检的劳动强度和人工巡线的潜在的风险。

巡线机器人在高压输电线路上作业时，一般采用内置蓄电池进行供电，但巡线机器人作业时能量消耗大，长时间运行时需要频繁更换蓄电池，高压输电线路往往需要跨越山川湖泊，丛林荒漠，现场更换蓄电池费时费力，给巡线造成了极大的不便，因此在线取电就显得非常必要。

目前巡线机器人比较成熟的在线取电方式是感应取电，然而感应取电的前提是巡线机器人在输电导线作业，即导线上有电流，但是机器人如果在地线上行驶，线路里没有电流，那么感应取电也就不可行了。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种巡线机器人充电方法和装置及参数配置方法，解决巡线机器人在巡检过程中的电能补给问题，并提供一种与巡线机器人充电装置相匹配的巡线机器人。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种巡线机器人充电装置，包括用于给巡线机器人充电的储能蓄电池、用于给所述储能蓄电池充电太阳能电池组、连接在所述太阳能电池组和所述储能蓄电池之间的充电监控与保护电路、与所述储能蓄电池连接的逆变器；

用于所述巡线机器人充电装置的参数配置方法包括太阳能电池组和储能蓄电池的参数配置步骤，所述太阳能电池组和储能蓄电池的参数包括如下步骤：

确定巡线机器人的蓄电池额定电压U₀、容量K₀、最大放电深度T₀%；

根据U₁·K₁·T₁%·η₀·η₁=U₀·K₀·T₀%确定储能蓄电池的额定电压U₁、容量K₁、最大放电深度T₁%，其中，η₀为与储能蓄电池连接的逆变器的效率，η₁为充电器的效率；

根据T·P·Y·X·η₂=U₁·K₁·T₁%确定每块太阳能电池正常光照下的输出功率P，太阳能电池组的总块数T，其中Y是使所述储能蓄电池充满电所需要的天数，X为当地平均每天可以提供的正常光照小时数，η₂为充电监控和保护电路的效率；

根据P=U₂·I₂，确定每块太阳能电池相应的输出电压U₂，输出电流I₂；

根据确定M和N，所述M为太阳能电池组采用串并联方式将T块太阳能电池平均分成的组数，所述N为每组串联的太阳能电池的个数，其中，M和N均为整数。

一种巡线机器人，巡线机器人包括充电头和蓄电池的巡线机器人充电，巡线机器人的充电头与上述巡线机器人充电装置的充电座对接时，所述储能蓄电池通过巡线机器人充电装置的逆变器、充电器给巡线机器人的蓄电池充电。

附图说明

图1为本发明实施例的巡线机器人充电方法的流程示意图；

图2为本发明的巡线机器人充电装置第一实施例的结构框图；

图3为本发明的巡线机器人充电装置第二实施例的结构框图；

图4为本发明的巡线机器人充电装置第三实施例的结构框图；

图5为本发明的巡线机器人充电装置第四实施例的结构框图；

图6为本发明实施例的巡线机器人充电装置进行参数配置的方法的流程示意图；

图7为本发明的巡线机器人的第一实施例结构框图；

图8为本发明的巡线机器人的第二实施例结构框图；

图9为本发明实施例的充电监控方法的流程示意图；

图10为本发明实施例的通信监控方法的流程示意。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明进行详细阐述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

参见图1所示，为本发明实施例的巡线机器人充电方法的流程示意图，其巡线机器人充电方法，包括如下步骤：

步骤S101：通过太阳能电池组给储能蓄电池充电，进入步骤S102，太阳能是一种安全绿色的能源，通过太阳能电池组给储能蓄电池充电既环保又易于操作与控制；

步骤S102：通过储能蓄电池给巡线机器人充电，其中，巡线机器人一般设置有用于给巡线机器人供电的蓄电池，通过储能蓄电池给巡线机器人充电的过程一般就是给巡线机器人的蓄电池供电的过程。

依据上述本发明的巡线机器人充电方法的方案，本发明利用太阳能作为资源实现巡线机器人的在线取电，首先通过太阳能电池组给储能蓄电池充电，当巡线机器人电量不足（或者需要充电）时就可以通过储能蓄电池给巡线机器人充电。

为了监控太阳能电池组给储能蓄电池充电的过程以保证充电安全，步骤S101可以具体包括如下步骤：

步骤S101a：实时检测太阳能电池组给储能蓄电池充电的充电电流及储能蓄电池端电压，进入步骤S101b；

步骤S101b：实时判断所述充电电流和/或所述储能蓄电池端电压是否达到对应的预设值，若否，进入步骤S101c，执行步骤S101b是为了判断储能蓄电池是否充满，也是为了防止过充等原因造成的危险，一般给储能蓄电池充电可以是采用现有技术中已有的方式，如恒压充电、恒流充电、阶段充电、快速充电等，在此不予赘述，判断蓄电池是否充满一般可以根据给储能蓄电池充电的方式定，可以是判断所述充电电流是否降到预定的电流值（一般选用一个接近零的比较小的值），也可以是判断储能蓄电池端电压是否升到的预设的电压值，也可以所述充电电流和所述储能蓄电池端电压是否均达到对应的预设值，如当储能蓄电池已经达到最大电压，并且此时的充电电流小于最小充电电流，比如额定电压48V的储能蓄电池的最大电压为56V，并且此时的充电电流小于0.1A，就说明蓄电池已经充满，立即停止充电等，再比如储能蓄电池端电压已经升到了预设的电压值时改用恒压充电或者停止充电，可以防止出现过充，让充电电流和预设的电流值进行比较，可以当充电电流小到某一值，如0.1A，则可以认为储能蓄电池已经充满；

步骤S101c：则控制太阳能电池组继续给储能蓄电池充电，也就是在储能蓄电池未达到充满的条件时，控制太阳能电池组继续给储能蓄电池充电。

根据上述本发明的巡线机器人充电方法，本发明还提供一种巡线机器人充电装置，以下就本发明的巡线机器人充电装置的具体实施例进行详细说明。

参见图2所示，为本发明实施例的巡线机器人充电装置的结构框图，其巡线机器人充电装置包括太阳能电池组201和储能蓄电池202，其中：

太阳能电池组201，用于给储能蓄电池充电，太阳能是一种安全绿色的能源，通过太阳能电池组给储能蓄电池充电既环保又易于操作与控制；

储能蓄电池202，用于给巡线机器人充电，通过储能蓄电池给巡线机器人充电，其中，巡线机器人一般设置有用于给巡线机器人供电的蓄电池，通过储能蓄电池给巡线机器人充电的过程一般就是给巡线机器人的蓄电池供电的过程。

依据上述本发明的巡线机器人充电方法的方案，本发明利用太阳能作为资源实现巡线机器人的在线取电，首先通过太阳能电池组201给储能蓄电池202充电，当巡线机器人电量不足（或者需要充电）时就可以通过储能蓄电池202给巡线机器人充电。

为了监控太阳能电池组给储能蓄电池充电的过程以保证充电安全，在其中一个实施例中，如图3所示，在上述实施例的巡线机器人充电装置的基础上还可以包括连接在太阳能电池组201和储能蓄电池202之间的充电监控与保护电路203、以及与充电监控与保护电路203连接的微控制器204，其中：

充电监控与保护电路203实时检测太阳能电池组201给储能蓄电池202充电的充电电流及储能蓄电池端电压，并将检测到的充电电流及储能蓄电池端电压传输给所述微控制器204，同时充电监控与保护电路203还可以用来防止瞬间过大的充电电流以及储能蓄电池202给太阳能电池组201充电；

微控制器204实时判断所述充电电流和/或所述储能蓄电池端电压是否达到对应的预设值，若否，微控制器204通过充电监控与保护电路203控制太阳能电池组201继续给储能蓄电池202充电，如可以是微控制器204提供PWM波使得太阳能电池组201以恒流恒压方式给储能蓄电池203充电，但也不限于这种方式，微控制器204的判断过程主要是为了判断储能蓄电池是否充满，也可以防止过充等原因造成的危险，一般给储能蓄电池充电可以是采用现有技术中已有的方式，如恒压充电、恒流充电、阶段充电、快速充电等，在此不予赘述，判断蓄电池是否充满一般可以根据给储能蓄电池充电的方式定，可以是判断所述充电电流是否降到预定的电流值（一般选用一个接近零的比较小的值），也可以是判断储能蓄电池端电压是否升到的预设的电压值，也可以所述充电电流和所述储能蓄电池端电压是否均达到对应的预设值，如当储能蓄电池已经达到最大电压，并且此时的充电电流小于最小充电电流，比如额定电压48V的储能蓄电池的最大电压为56V，并且此时的充电电流小于0.1A，就说明蓄电池已经充满，立即停止充电等，再比如储能蓄电池端电压已经升到了预设的电压值时改用恒压充电或者停止充电，可以防止出现过充，让充电电流和预设的电流值进行比较，可以当充电电流小到某一值，如0.1A，则可以认为储能蓄电池已经充满，微控制器204可以发出信号控制充电的启停。

在使用巡线机器充电装置给巡线装置充电时，地面基站往往需要监控充电过程等，如图4所示，因此，本发明巡线机器充电装置的还可以包括与微控制器204连接的数传模块205，用于所述微控制器204与基站之间的通信，如微控制器204可以将储能蓄电池的一些参数传给地面基站，一般微控制器204与基站之间的通信可以采用无线方式。

在其中一个实施例中，参见图5所示，本发明的巡线机器充电装置还包括依次连接的逆变器206、充电器207、充电座208，逆变器206还与储能蓄电池202连接，储能蓄电池202通过逆变器206、充电器207、充电座208给巡线机器人充电，其中，太阳能电池组201、充电监控与保护电路203、储能蓄电池204、微控制器204、数传模块205、逆变器206、充电器207一般是位于装置箱内，充电座208位于装置箱外，在实际使用中，太阳能电池组201一般建立在高空杆塔的塔头上，逆变器206，与储能蓄电池202连接，将储能蓄电池202输出的直流电转换为交流电（如220V的交流电），提供给充电器207，其中，逆变器206可以根据储能蓄电池202的参数进行选型，充电器207，接收逆变器206输出的220V交流电，并将交流电转化为直流电给机器人蓄电池充电，充电器可以根据机器人蓄电池的参数进行选型，在给巡线机器人充电过程中，巡线机器人通过移动机械臂使充电头201与充电座对接，对接完成后，储能蓄电池202开始给机器人蓄电池202充电。

在其中一个实施例中，上述充电座208通过导电管与充电器207连接，在使用时，充电座208可以固定在悬垂线夹上，位于地线的正上方，距离地线的高度与巡线机器人机械臂上的充电头距离地线的高度相同。

对于在高压输电线路上作业的巡线机器人，要想实现在线充电，采用上述的充电装置，还要考虑对太阳能电池的选型、储能蓄电池的选型等因素，因此在设计上，本发明还提供一种用巡线机器人充电装置的参数配置方法，包括太阳能电池组和储能蓄电池的参数配置步骤，如图6所示，太阳能电池组和储能蓄电池的参数包括如下步骤：

步骤S301：确定巡线机器人的蓄电池额定电压U₀、容量K₀、最大放电深度T0%，这三个参数一般是根据巡线机器人的实际用电要求确定的；

步骤S302：根据U₁·K₁·T₁%·η₀·η₁=U₀·K₀·T₀%确定储能蓄电池的额定电压U₁、容量K₁、最大放电深度T₁%，其中，η₀为逆变器206的效率，η₁为充电器207的效率，市面上常见蓄电池的额定电压一般为12V、24V、36V、48V等；容量为10AH，20AH，30AH，40AH等，最大放电深度有30%、40%等，通过

U₁·K₁·T₁%·η₀·η₁=U₀·K₀·T₀%可以合理选择蓄电池的型号(U₁，K₁，T₁)，即通过这三个参数的合理匹配，使得U₁、K₁、T₁满足要求；

步骤S303：根据T·P·Y·X·η₂=U₁·K₁·T₁%确定每块太阳能电池正常光照下的输出功率P，太阳能电池组201的总块数T，其中Y是使储能蓄电池202充满电所需要的天数，X为当地平均每天可以提供的正常光照小时数为，η₂为充电监控与保护电路203的效率，市面上每块太阳能电池板有不同的功率，如：3W，5W，10W，20W，30W等，先选好每块太阳能电池板的功率P后，再选择块数T；

步骤S304：根据P=U₂·I₂，确定每块太阳能电池相应的输出电压U₂，输出电流I2，对应某一功率P的太阳能电池板，会有对应的输出电流和输出电压，这个需要结合具体厂家的产品进行确定，例如长沙一家公司其5W的太阳能电池对应的输出电压为17.5V，输出电流为0.29A；

步骤S305：根据确定M和N，M为太阳能电池组101采用串并联方式将T块太阳能电池平均分成的组数，N为每组串联的太阳能电池的个数，其中，M和N均为整数。

通过上述的本发明的巡线机器人充电装置，本发明还提供一种与上述巡线机器人充电装置相匹配的巡线机器人，利用上述巡线机器人充电装置进行充电，如图7所示，该巡线机器人包括充电头401和蓄电池402，巡线机器人的充电头401与充电座208对接时，储能蓄电池202通过逆变器206、充电器207给巡线机器人的蓄电池401充电，其中，充电头401与的巡线机器人充电装置中的充电座208一般需要相互匹配，包括型号匹配、安装的高度匹配等，在给巡线机器人充电过程中，巡线机器人通过移动机械臂使充电头401与充电座对接，对接完成后，储能蓄电池202开始给机器人的蓄电池402充电。

在其中一个实施例中，如图8所示，上述巡线机器人还可以包括分别与蓄电池连接的监控模块403和通信模块404：

监控模块403实时检测所述蓄电池的电量，当接收到通信模块传送的停止充电指令，或者当检测到的蓄电池的电量达到预设值时，则控制巡线机器人移动机械臂，使安装在机械臂上的充电头与安装在悬垂线夹上的充电座分离，其中，停止充电指令一般是基站发送的；

通信模块404用于巡线机器人与基站之间的通信，包括将基站发送的停止充电指令转发给监控模块403，一般在储能蓄电池202的电量不足时，基站接收到相应信心后会向巡线机器人发送停止充电指令，通信模块404接收到该指令后转发给监控模块403。

为了便于理解本发明，下面再分别叙述一下监控巡线机器人充电装置中的太阳能电池组201给储能蓄电池202充电的过程，以及监控巡线机器人充电装置给权巡线机器人充电的通信过程，但不限于下述方式。

其中监控巡线机器人充电装置中的太阳能电池组201给储能蓄电池202充电的过程，参见图9所示，包括如下步骤：

步骤S501：微控制器204通过充电监控与保护电路203使太阳能电池组201以恒流恒压的方式对储能蓄电池202充电，进入步骤S502；

步骤S502：充电监控与保护电路203实时检测太阳能电池组201对储能蓄电池202充电的充电电流值和蓄电池202端电压值，进入步骤S503；

步骤S503：充电监控与保护电路203实时将检测到的充电电流和蓄电池202端电压传给微控制器204，进入步骤S504；

步骤S504：微控制器204实时判断所述充电电流和/或所述储能蓄电池端电压是否达到对应的预设值，若否，进入步骤S501，若是则进度步骤S505；

步骤S505：通过充电监控与保护电路203停止对储能蓄电池202的充电。

其中监控巡线机器人充电装置给权巡线机器人充电的通信过程，如图10所示，包括如下步骤：

储能蓄电池202通过逆变器206、充电器207给机器人的蓄电池402进行充电，充电监控与保护电路203实时检测储能蓄电池202的端电压值，并通过数传模块205传给地面基站；

地面基站判断储能蓄电池202是否低于安全放电电压，同时巡线机器人对自身的蓄电池402的电量进行检测；

若储能蓄电池202低于安全放电电压或者巡线机器人的蓄电池402充满，则监控模块403控制巡线机器人移动机械臂，使安装在机械臂上的充电头201与安装在悬垂线夹上的充电座106分离。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种巡线机器人充电装置，包括用于给巡线机器人充电的储能蓄电池、用于给所述储能蓄电池充电太阳能电池组、连接在所述太阳能电池组和所述储能蓄电池之间的充电监控与保护电路、与所述储能蓄电池连接的逆变器；

其特征在于，用于所述巡线机器人充电装置的参数配置方法包括太阳能电池组和储能蓄电池的参数配置步骤，所述太阳能电池组和储能蓄电池的参数包括如下步骤：

确定巡线机器人的蓄电池额定电压U₀、容量K₀、最大放电深度T₀%；

根据U₁·K₁·T₁%·η₀·η₁=U₀·K₀·T₀%确定储能蓄电池的额定电压U₁、容量K₁、最大放电深度T₁%，其中，η₀为与储能蓄电池连接的逆变器的效率，η₁为充电器的效率；

根据T·P·Y·X·η₂=U₁·K₁·T₁%确定每块太阳能电池正常光照下的输出功率P，太阳能电池组的总块数T，其中Y是使所述储能蓄电池充满电所需要的天数，X为当地平均每天可以提供的正常光照小时数，η₂为充电监控和保护电路的效率；

根据P=U₂·I₂，确定每块太阳能电池相应的输出电压U₂，输出电流I₂；

根据确定M和N，所述M为太阳能电池组采用串并联方式将T块太阳能电池平均分成的组数，所述N为每组串联的太阳能电池的个数，其中，M和N均为整数。

2.根据权利要求1所述的巡线机器人充电装置，其特征在于，还包括与所述充电监控与保护电路连接的微控制器：

所述充电监控与保护电路实时检测所述太阳能电池组给所述储能蓄电池充电的充电电流及储能蓄电池端电压，并将检测到的充电电流及储能蓄电池端电压传输给所述微控制器；

所述微控制器实时判断所述充电电流和/或所述储能蓄电池端电压是否达到对应的预设值，若否，所述微控制器通过充电监控与保护电路控制太阳能电池组继续给储能蓄电池充电。

3.根据权利要求2所述的巡线机器人充电装置，其特征在于，还包括与所述微控制器连接的数传模块，用于所述微控制器与基站之间的通信。

4.根据权利要求2或3所述的巡线机器人充电装置，其特征在于还包括充电器、充电座，所述充电器与所述逆变器连接，所述充电座与所述充电器连接，所述储能蓄电池通过所述逆变器、充电器、充电座给巡线机器人充电。

5.根据权利要求4所述的巡线机器人充电装置，其特征在于，所述充电座与所述充电器之间通过导电管连接。

6.一种巡线机器人，其特征在于，利用权利要求4或5所述的巡线机器人充电装置进行充电，巡线机器人包括充电头和蓄电池，巡线机器人的充电头与所述充电座对接时，所述储能蓄电池通过所述逆变器、所述充电器给巡线机器人的蓄电池充电。

7.根据权利要求6所述的巡线机器人，其特征在于，还包括分别与蓄电池连接的监控模块和通信模块：

监控模块实时检测所述蓄电池的电量，当接收到通信模块传送的停止充电指令，或者当检测到的蓄电池的电量达到预设值时，则控制巡线机器人移动机械臂，使安装在机械臂上的充电头与安装在悬垂线夹上的充电座分离；

通信模块用于巡线机器人与基站之间的通信，包括将基站发送的停止充电指令转发给监控模块。