CN107707007B - 用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***及方法 - Google Patents

用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***及方法，风力发电***进行发电，将多余电量存储至风能储能***，所述无线充电***包括充电极板、受电极板、机器人电池、机器人***、机器人天线和机器人定位模块，充电极板通过航空插头连接到风能储能***，接收来自风能储能***的电能，受电极板连接无线充电后端处理电路，无线充电后端处理电路输出端连接机器人电池，机器人电池连接机器人***，为机器人***供电，机器人***通过机器人天线与风能储能***的天线进行通信。

Description

用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***及方法
技术领域
本发明涉及一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***及方法。
背景技术
随着电力行业的发展，大量的机器人被用于输变电***中，线路机器人的供电问题日益突出，电池的电量损失直接影响机器人的运行时间，当机器人在线路档距中央没电的时候需要人工上线将机器人拖回，这就失去了线路机器人节省人力，安全可靠的优势，所以为线路机器人提供电能补充***对保证机器人的安全可靠运行具有重要意义。
目前，线路机器人自带的电池组通常可以支持线路机器人连续运行几个小时，当电池剩余电能不足以支持其完成一个线路档距的运行是就要人工爬塔更换电池，这无疑大大增加了人力资源的浪费，如果不更换电池，机器人极有可能在停在线路上，这样就需要人工拖回，造成更大的麻烦。现有的这种更换电池的方式不利于操作人员对机器人控制，制约着输电线路机器人的发展，已经不能满足实际线路机器人的需求。
所以为线路机器人提供风能储能式充电***对保证机器人的安全可靠运行具有重要意义一方面可以给全天候沿线路巡线的机器人提供充电帮助，使其在正常运作状态下不需要人工为其更换电池；另外，通过研究线路机器人风能储能式充电***，也可为今后电力行业机器人的可再生能源充电做技术方面的积累，具有重大的意义。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***及方法，本发明提供架空输电线路机器人的电能补充，避免了电池电量耗尽需要人工更换电池的情况，实现了架空输电线路机器人全程自主电能补充。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，包括风力发电***、风能储能***和无线充电***，其中：
所述风力发电***进行发电，将多余电量存储至风能储能***，所述无线充电***包括充电极板、受电极板、机器人电池、机器人***、机器人天线和机器人定位模块，充电极板通过航空插头连接到风能储能***，接收来自风能储能***的电能，受电极板连接无线充电后端处理电路，无线充电后端处理电路输出端连接机器人电池，机器人电池连接机器人***，为机器人***供电，机器人***通过机器人天线与风能储能***的天线进行通信。
进一步的，所述机器人***通过机器人天线接收来自风能储能***的信息，通过风能储能***定位模块的位置信息和机器人定位模块的位置信息以及布置于机器人受电极板的光电开关信号分析风能储能***和无线充电***的相对位置，以实现充电极板和受电极板位置对应。
进一步的，所述机器人***通过机器人天线接收来自风能储能***的信息，通过储能电池的电量信息判断充电时间和充电状态。
进一步的，所述充电极板和受电极板对应布置，充电极板和受电极板之间间距为1-5cm，上下错位1cm以内，左右错位1cm以内，充电效率≥85％。
所述风能储能***包括风能控制器、储能电池、通信接口板、无线充电前端处理电路、天线和储能***定位模块，风能控制器连接到风力发电***的输出端，风能控制器包括两路输出，一路为逆变为交流电输出，该路输出作为预留接口，以备后续扩展使用，另一路为充电输出，充电输出连接到储能电池；储能电池为通信接口板供电，储能电池和通信接口板通过通信电缆连接，通信接口板通过串口模块连接到天线，天线与机器人天线通信，储能电池的输出端连接无线充电前端处理电路。
进一步的，所述通信接口板包括通信控制器、串口模块和485通信模块，储能电池通过通信电缆连接到通信接口板，向通信接口板传输电池充电电压、充电电流、放电电压、放电电流和电池电量信息。
进一步的，所述通信接口板与储能***定位模块通过485通信模块相连接，通信接口板将储能***定位模块的定位数据通过天线发送给机器人。
进一步的，所述风力发电***包括风轮、发电机、尾舵、转轴和铁塔，发电机设置于转轴上，所述发电机与风轮和尾舵连接，转轴安装于铁塔上，转轴相对于铁塔可360度自由旋转。
进一步的，所述铁塔高度大于风轮直径。
基于上述***的方法，风能储能***定位模块将自身位置通过通信接口板传输给天线，天线将位置信息发送给机器人天线，最终该位置信息传递给机器人***，机器人定位模块将机器人位置信息实时传输给机器人***，机器人***通过对比两个位置信息，计算出机器人和风能储能***的粗略相对位置，当布置于机器人受电极板两侧的光电开关同时检测到充电极板时，此时充电极板和受电极板准确对应，机器人***通过机器人天线发出开始充电的信号，天线接收到该信号，并传输给通信接口板，通信接口板控制储能电池输出电能给无线充电前端处理电路，无线充电前端处理电路通过导线将电能传输给，充电极板将电能无线传输给受电极板，受电极板通过导线将电能传输给无线充电后端处理电路，无线充电后端处理电路将电能处理后给机器人电池充电；
当机器人电池充满电后，机器人***通过机器人天线发出停止充电的信号。天线接收到该信号，并传输给通信接口板，通信接口板控制储能电池切断电能输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出了一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，可有效解决线路机器人电池更换所面临的现场爬塔，成本高工作量大的困难，增加线路机器人的续航能力和适应性，从而提高整个线路机器人***的性能。
本发明避免了恶劣环境下人工攀登杆塔更换电池的操作，使得全天候沿线路巡线机器人的供电问题得到很好的解决，为今后电力行业机器人的可再生能源充电做了大量的技术方面的积累，具有广泛的应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明***安装示意图；
图2(a)-图2(c)为本发明机器人受电极板和充电极板精确定位过程示意图；图3为本发明***框图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在更换电池的方式不利于操作人员对机器人控制，制约着输电线路机器人的发展，已经不能满足实际线路机器人的需求的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，由风力发电***、风能储能***、无线充电***组成。
作为本发明的一种典型实施例，如图1所示，风力发电***11包括风轮12，发电机13，尾舵14，转轴15，铁塔16。风轮12、发电机13、尾舵14安装在转轴15上，转轴15安装于铁塔16上，铁塔16高度大于风轮12直径。转轴15可以360度自由旋转。
风能储能***21包括风能控制器22，储能电池23，通信接口板24，无线充电前端处理电路25，天线26，储能***定位模块27。风能控制器22连接到风力发电***11的输出端，风能控制器22包括两路输出，一路为逆变220v交流输出，该路输出作为预留接口，以备后续扩展使用，另一路为充电输出，充电输出连接到储能电池23。储能电池23为通信接口板24供电，储能电池23和通信接口板24通过通信电缆连接，通信接口板24通过串口模块连接到天线26，天线26与机器人天线45通信。储能电池23输出端连接无线充电前端处理电路25。
通信接口板24包括通信控制器、串口模块、485通信模块。储能电池23通过通信电缆连接到通信接口板24，向通信接口24板传输电池充电电压、充电电流、放电电压、放电电流、电池电量等信息。通信接口板24与储能***定位模块27通过485通信模块相连接。通信接口板24将储能***定位模块27的定位数据通过天线26发送给机器人。
无线充电***41包括充电极板31，受电极板32，航空插头，无线充电后端处理电路42，机器人电池43，机器人***44，机器人天线45，机器人定位模块46。充电极板31通过航空插头连接到风能储能***21，接收来自风能储能***21的电能。受电极板32连接无线充电后端处理电路42，无线充电后端处理电路42输出端连接机器人电池43。机器人电池43连接机器人***44，为机器人***44供电。机器人***44通过机器人天线45与风能储能***21的天线26进行通信。
机器人***44通过机器人天线45接收来自风能储能***21的信息，通过风能储能***定位模块27的位置信息和机器人定位模块46的位置信息以及布置于机器人受电极板两端的光电开关信息分析风能储能***21和无线充电***41的相对位置，以便于充电极板31和受电极板32位置对应。
机器人***44通过机器人天线45接收来自风能储能***21的信息，通过储能电池23的电量信息等判断充电时间、充电状态。
充电极板31和受电极板32对应布置，充电极板31和受电极板32之间间距为1-5cm，上下错位1cm以内，左右错位1cm以内，充电效率≥85％。
本发明的工作过程如下：
风力发电***11的尾舵14在风力驱动下调整安装在转轴15上的风轮12朝向迎风面，以获得最大的风量。风轮转动带动发电机13发电，发出的电能传输到风能控制器22，风能控制器22对电能经过整流滤波，一路输出给储能电池23，给储能电池23充电。另一路输出220v交流电，该路作为预留接口，以备后续使用。
风能储能***定位模块27将自身位置通过通信接口板24传输给天线26，天线26将位置信息发送给机器人天线45，最终该位置信息传递给机器人***44。机器人定位模块46将机器人位置信息实时传输给机器人***44。机器人***通过对比两个位置信息，计算出机器人和风能储能***21的相对粗略位置，需要说明的是风能储能***定位模块27和机器人定位模块46依靠GPS定位，其定位精度有限，为了使充电极板和受电极板精确对接，设置在相对距离为10米时开启精确定位模式，机器人降低一半的速度缓慢前进，如图2(a)-图2(c)所示，当机器人受电极板其中一个光电开关检测到充电极板时机器人充电极板与受电极板开始对接，当另一个光电开关也检测到充电极板时，充电极板31和受电极板32准确对应。需要说明的是，由于机器人沿输电线路运行，所以充电机板和受电极板不会出现高度错位和角度错位。机器人***44通过机器人天线45发出开始充电的信号。天线26接收到该信号，并传输给通信接口板24，通信接口板24控制储能电池23输出电能给无线充电前端处理电路25。无线充电前端处理电路25通过导线将电能传输给。充电极板31将电能无线传输给受电极板32，受电极板32通过导线将电能传输给无线充电后端处理电路42。无线充电后端处理电路42将电能处理后给机器人电池43充电。
当机器人电池43充满电后，机器人***44通过机器人天线45发出停止充电的信号。天线26接收到该信号，并传输给通信接口板24，通信接口板24控制储能电池23切断电能输出。
储能电池23通过通信电缆连接到通信接口板24，向通信接口24板传输电池充电电压、充电电流、放电电压、放电电流、电池电量等信息。通信接口板24通过天线26将该储能电池23信息传输给机器人天线45，最终该信息汇总到机器人***44。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：包括风力发电***、风能储能***和无线充电***，其中：所述风力发电***进行发电，将多余电量存储至风能储能***，所述无线充电***包括充电极板、受电极板、机器人电池、机器人***、机器人天线和机器人定位模块，充电极板通过航空插头连接到风能储能***，接收来自风能储能***的电能，受电极板连接无线充电后端处理电路，无线充电后端处理电路输出端连接机器人电池，机器人电池连接机器人***，为机器人***供电，机器人***通过机器人天线与风能储能***的天线进行通信；
所述机器人***通过机器人天线接收来自风能储能***的信息，通过风能储能***定位模块的位置信息和机器人定位模块的位置信息分析风能储能***和无线充电***的相对位置，以实现充电极板和受电极板位置对应；当机器人受电极板其中一个光电开关检测到充电极板时机器人充电极板与受电极板开始对接，当另一个光电开关也检测到充电极板时，充电极板和受电极板准确对应；
所述风能储能***包括风能控制器、储能电池、通信接口板、无线充电前端处理电路、天线和储能***定位模块，风能控制器连接到风力发电***的输出端，风能控制器包括两路输出，一路为逆变为交流电输出，该路输出作为预留接口，以备后续扩展使用，另一路为充电输出，充电输出连接到储能电池；储能电池为通信接口板供电，储能电池和通信接口板通过通信电缆连接，通信接口板通过串口模块连接到天线，天线与机器人天线通信，储能电池的输出端连接无线充电前端处理电路；机器人***通过机器人天线发出开始充电的信号，天线接收到该信号，并传输给通信接口板，通信接口板控制储能电池输出电能给无线充电前端处理电路，无线充电前端处理电路通过导线将电能传输给充电极板，充电极板将电能无线传输给受电极板，受电极板通过导线将电能传输给无线充电后端处理电路，无线充电后端处理电路将电能处理后给机器人电池充电。
2.如权利要求1所述的一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：所述机器人***通过机器人天线接收来自风能储能***的信息，通过储能电池的电量信息判断充电时间和充电状态。
3.如权利要求1所述的一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：所述充电极板和受电极板对应布置，充电极板和受电极板之间间距为1-5cm，上下错位1cm以内，左右错位1cm以内。
4.如权利要求1所述的一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：所述通信接口板包括通信控制器、串口模块和485通信模块，储能电池通过通信电缆连接到通信接口板，向通信接口板传输电池充电电压、充电电流、放电电压、放电电流和电池电量信息。
5.如权利要求1所述的一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：所述通信接口板与储能***定位模块通过485通信模块相连接，通信接口板将储能***定位模块的定位数据通过天线发送给机器人。
6.如权利要求1所述的一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：所述风力发电***包括风轮、发电机、尾舵、转轴和铁塔，发电机设置于转轴上，所述发电机与风轮和尾舵连接，转轴安装于铁塔上，转轴相对于铁塔可360度自由旋转。
7.如权利要求6所述的一种用于架空输电线路机器人的风能储能式无线充电***，其特征是：所述铁塔高度大于风轮直径。
8.基于如权利要求1-7中任一项所述的***的方法，其特征是：风能储能***定位模块将自身位置通过通信接口板传输给天线，天线将位置信息发送给机器人天线，最终该位置信息传递给机器人***，机器人定位模块将机器人位置信息实时传输给机器人***，机器人***通过对比两个位置信息，计算出机器人和风能储能***的相对粗略位置，当布置于机器人受电极板两侧的光电开关同时检测到充电极板时，充电极板和受电极板准确对应，机器人***通过机器人天线发出开始充电的信号，天线接收到该信号，并传输给通信接口板，通信接口板控制储能电池输出电能给无线充电前端处理电路，无线充电前端处理电路通过导线将电能传输给充电极板，充电极板将电能无线传输给受电极板，受电极板通过导线将电能传输给无线充电后端处理电路，无线充电后端处理电路将电能处理后给机器人电池充电；
当机器人电池充满电后，机器人***通过机器人天线发出停止充电的信号,天线接收到该信号，并传输给通信接口板，通信接口板控制储能电池切断电能输出。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB02 Change of applicant information

Address after: Ji'nan City, Shandong Province Wang Yue Road 250003 No. 2000

Applicant after: Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Company

Applicant after: National Network Intelligent Technology Co., Ltd.

Applicant after: State Grid Co., Ltd.

Address before: Ji'nan City, Shandong Province Wang Yue Road 250003 No. 2000

Applicant before: Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Company

Applicant before: Shandong Luneng Intelligent Technology Co., Ltd.

Applicant before: State Grid Corporation

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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Effective date of registration: 20201028

Address after: 250101 Electric Power Intelligent Robot Production Project 101 in Jinan City, Shandong Province, South of Feiyue Avenue and East of No. 26 Road (ICT Industrial Park)

Patentee after: National Network Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: Ji'nan City, Shandong Province Wang Yue Road 250003 No. 2000

Patentee before: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co.

Patentee before: National Network Intelligent Technology Co.,Ltd.

Patentee before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA

TR01 Transfer of patent right