CN107834534B - 一种智能巡检机器人用供电管理***及其管理方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能巡检机器人用供电管理***及其管理方法，属于机器人管理技术设备领域。主电路包括电池、正电压母线、负电压母线、直流母线接触器、核心负载和两组辅助负载，负电压母线分别与直流负载输出端和电池负极连接；正电压母线包括核心母线和两条辅助母线，核心母线分别与核心负载输入端和电池正极连接，两条辅助母线分别与两组辅助负载输入端连接；控制电路包括主控制器和驱动电路，主控制器通过两个输出端口分别与驱动电路两个输入端连接，驱动电路的两个输出端分别连接两个直流母线接触器的线圈；核心母线分别通过两个直流母线接触器常开触点与两个辅助母线连接。本发明实现了巡检机器人直流负载的分级管理，提高了续航时间和电路冗余性。
Description
技术领域
一种智能巡检机器人用供电管理***及其管理方法，属于机器人管理技术设备领域。
背景技术
智能巡检机器人工作时需装配若干直流负载，包括主控制器及其电路板集成原件、电机、电机驱动器、导航类传感器、智能检测模块、无线通讯模块、视频监控模块、人机交互模块、广播及报警模块及照明模块等。
在电池电量充足的情况下，巡检机器人全部的负载均应正常工作，但当巡检机器人检测到电池电量不足时，则需自主返回起点的充电处充电，但往往会由于巡检机器人距离充电处距离太远导致其在返回途中就亏电停机。此现象在大型车间和变电所中时有发生，发生类似情况后，工作人员通常需要花费大量时间人工寻找机器人并将其搬运回充电处，这样将会给巡检机器人应用单位带来不便，同时会因为巡检机器人在正常巡检中关机而影响巡检，造成一定的安全隐患。
现有技术中，为解决上述问题采用的应对措施主要包括：a.提高电池电量的预警门槛值，例如当电量还有30%~40%时便让机器人返航充电，防止机器人返回途中亏电。b.在机器人行走路线上设置多个充电桩。c.工作人员通过翻阅巡检机器人发送的监控录像来寻找机器人亏电位置，并携带便携式充电设备前往亏电地点对机器人电池进行充电。虽然上述方式可以较好的解决该问题，但很大程度上牺牲了人力、财力和机器人续航时间。针对现有技术的不足，目前急需一种节约成本并能够保证巡检机器人续航时间的技术方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过对巡检机器人直流负载进行分级管理的方式，来实现节约成本，提高巡检机器人续航时间的智能巡检机器人用供电管理***及其管理方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：该智能巡检机器人用供电管理***，包括主电路和控制电路，主电路与控制电路连接，其特征在于：所述的主电路包括电池、直流负载、正电压母线、负电压母线和直流母线接触器；直流负载包括核心负载和辅助负载，核心负载包括主控制器、电机、电机驱动器、导航类传感器和无线通讯模块，辅助负载包括第一组辅助负载和第二组辅助负载，直流母线接触器包括第一直流母线接触器和第二直流母线接触器；负电压母线分别与直流负载的输出端和电池负极连接；正电压母线包括核心母线A、辅助母线B1和辅助母线B2，核心母线A分别与核心负载输入端和电池正极连接，辅助母线B1、辅助母线B2分别与第一组辅助负载、第二组辅助负载的输入端连接，核心母线A分别通过第一直流母线接触器常开触点和第二直流母线接触器常开触点与辅助母线B1、辅助母线B2相连接；所述的控制电路包括主控制器和光耦隔离驱动电路，主控制器通过输出端口P1与光耦隔离驱动电路的第一输入端连接，输出端口P2与光耦隔离驱动电路的第二输入端连接，光耦隔离驱动电路的第一输出端连接第一直流母线接触器线圈，第二输出端连接第二直流母线接触器线圈。
优选的，所述的导航类传感器包括激光导航传感器、磁导航传感器和GPS传感器中的至少一种；所述电机包括直流有刷电机、永磁同步电机和直流无刷电机中的至少一种。
优选的，所述的无线通讯模块包括4g通讯模块、蓝牙通讯模块和WIFI通讯模块中的至少一种。
优选的，所述的第一组辅助负载、第二组辅助负载分别包括智能检测模块、视频监控模块、人机交互模块、广播及报警模块和照明模块中的至少一种且互不相同。
进一步的，所述的智能检测模块包括红外传感器、温度传感器和烟雾传感器中的至少一种。
或者，所述的视频监控模块包括可见光摄像机、红外热成像摄像机和夜视仪中的至少一种。
或者，所述的人机交互模块包括语音识别模块、人脸识别模块、操作屏和按键中的至少一种。
优选的，所述的电池的输出端与核心母线A之间连接设置供电断路器。
一种实现所述的智能巡检机器人用供电管理***的管理方法，其特征在于：所述的巡检机器人的供电管理方法的步骤为：
步骤1：通过软件预先在主控制器中设置与电池电量相关的预警阈值与报警阈值，预警阈值大于报警阈值，进入步骤2；
步骤2：电池为核心母线A供电，核心负载正常工作，主控制器进行自检，并判断核心负载是否正常工作，若存在异常则主控制器通过所述的无线通讯模块向应用单位报警寻求检修，若主控制器检测无异常并接收到应用单位发送的运行指令后，按照设定轨迹行驶，进入步骤3；
步骤3：主控制器在行驶过程中持续检测电池电量，并将电池电量与步骤1所述的预警阈值进行比对，当主控制器检测到电池电量高于预警阈值时，进入步骤4；当电池电量等于或低于预警阈值时，进入步骤5；
步骤4：主控制器的输出端口P1输出低电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路进行隔离放大后控制第一直流母线接触器线圈通电，进而其对应的第一直流母线接触器常开触点闭合，辅助母线B1通电，第一组辅助负载正常工作，进入步骤6；
步骤5：主控制器通过驱动电机控制巡检机器人自动返航，同时主控制器的输出端P1输出高电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路进行隔离放大后控制第一直流母线接触器线圈断电，进而其对应的第一直流母线接触器常开触点断开，辅助母线B1断电，第一组辅助负载停止工作，进入步骤6；
步骤6：主控制器在返航过程中持续检测电池电量，并将电池电量与步骤1所述的报警阈值进行比对，当主控制器检测电池电量高于报警阈值时，进入步骤7；当电池电量等于或低于报警阈值时，进入步骤8；
步骤7：主控制器的输出端口P2输出低电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路进行隔离放大后控制第二直流母线接触器线圈通电，进而其对应的第二直流母线接触器常开触点闭合，辅助母线B2通电，第二组辅助负载正常工作，进入步骤9；
步骤8：主控制器的输出端口P2输出低高电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路进行隔离放大后控制第二直流母线接触器线圈断电，进而其对应的第二直流母线接触器常开触点断开，辅助母线B2断电，第二组辅助负载停止工作，同时主控制器通过所述的无线通讯模块持续向应用单位发送巡检机器人的位置信息，进入步骤9；
步骤9：巡检机器人继续自动返航直至充电处。
优选的，所述的电池电量包括电池电压值和电池SOC值中的至少一种。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、一种智能巡检机器人用供电管理***及其管理方法，具有节约人力、财力，能够保证巡检机器人续航时间的有益效果。
2、本发明根据智能巡检机器人直流负载的重要程度和功耗大小将其分为核心负载和辅助负载，并将供电管理***正电压母线分为多条，当电池出现低电量的情况下，巡检机器人可自动断开不必要的直流负载的供电，确保核心负载的正常工作，从而保证了巡检机器人能够顺利返回至充电处充电。本发明通过对直流负载的分级管理，实现了巡检机器人的能耗与电池电量的动态关联，很好地解决了巡检机器人易亏电的问题，具有节约电能、延长机器人续航时间的有益效果。
3、使用本发明，智能巡检机器人应用单位可根据机器人运行场地的大小，通过变更软件的形式在机器人主控制器设置电量预警阈值和报警阈值。机器人主控制器会根据电池电量所处的阶段，断开不同的直流负载，减少电池电量的不必要消耗，防止电池出现低电量、高放电电流的情况，具有提高电池寿命、减少电池鼓包或***的安全隐患的有益效果。
4、本发明设置了多条正电压母线，当单一设备或单一正电压母线出现短路或接地故障时，巡检机器人可通过主控制器自动切断故障设备所在正电压母线的供电，能够达到屏蔽故障和防止故障扩大的目的；该设计大大提高了巡检机器人供电模块的冗余性和可靠性，且方便后期技术人员检修。
5、本发明在巡检机器人电量降到报警阈值后会持续向机器人应用单位调度室发送机器人的位置信息，防止出现亏电后应用单位不知情或找不到机器人位置的情况发生。
6、本发明涉及供电管理模块通过软件与硬件相结合的方式搭建，与其它巡检机器人电源管理模块相比，具有智能化程度高，结构简单，逻辑合理，电路可靠性高的优点。
附图说明
图1为本发明中智能巡检机器人用供电管理***的主电路结构框图。
图2为本发明中智能巡检机器人用供电管理***的控制电路结构框图。
其中：1、电池 2、核心负载 3、第一组辅助负载 4、第二组辅助负载 5、第一直流母线接触器常开触点 6、第二直流母线接触器常开触点 7、主控制器 8、光耦隔离驱动电路9、电池电量 10、运行指令 11、电路状态 12、通讯及报警 13、第一直流母线接触器线圈14、第二直流母线接触器线圈。
具体实施方式
图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。
本实施例中包括主电路和控制电路，如图1所示，主电路包括电池1、直流负载、正电压母线、负电压母线和直流母线接触器；直流负载包括核心负载2和辅助负载，核心负载2包括主控制器7、电机、电机驱动器、导航类传感器和无线通讯模块，辅助负载包括第一组辅助负载3和第二组辅助负载4，直流母线接触器包括第一直流母线接触器和第二直流母线接触器；负电压母线分别与直流负载的输出端和电池1负极连接；正电压母线包括核心母线A、辅助母线B1和辅助母线B2，核心母线A分别与核心负载2输入端和电池1正极连接，辅助母线B1、辅助母线B2分别与第一组辅助负载3、第二组辅助负载4的输入端连接；本实施例中第一直流母线接触器为BATCK1，第二直流母线接触器为BATCK2；核心母线A通过第一直流母线接触器常开触点5与辅助母线B1连接，通过第二直流母线接触器常开触点6与辅助母线B2连接。
本实施例中导航类传感器包括激光导航传感器、磁导航传感器和GPS传感器中的至少一种；电机包括直流有刷电机、永磁同步电机和直流无刷电机中的至少一种；无线通讯模块包括4g通讯模块、蓝牙通讯模块和WIFI通讯模块中的至少一种；本实施例中第一组辅助负载3包括智能检测模块和广播及报警模块，第二组辅助负载4包括视频监控模块、人机交互模块和照明模块。
其中智能检测模块包括红外传感器、温度传感器和烟雾传感器中的至少一种，视频监控模块包括可见光摄像机、红外热成像摄像机和夜视仪中的至少一种，人机交互模块包括语音识别模块、人脸识别模块、操作屏和按键中的至少一种，电池1的输出端与核心母线A之间连接设置供电断路器BATN。
如图2所示，控制电路包括主控制器7和光耦隔离驱动电路8，其中光耦隔离驱动电路8包括光耦电路、三极管和中间继电器，三者依次连接，本实施例中光耦隔离驱动电路8设置两个输入端和两个输出端；主控制器7通过输出端口P1与光耦隔离驱动电路8的第一输入端连接，输出端口P2与光耦隔离驱动电路8的第二输入端连接，光耦隔离驱动电路8的第一输出端连接第一直流母线接触器线圈13，第二输出端连接第二直流母线接触器线圈14。
本实施例中主控制器7检测电池电量9，控制无线通讯模块接收运行指令10，检测巡检机器人内部的电路状态11，并根据相应的检测结果进行通讯及报警12。
所述的巡检机器人的供电管理方法的步骤为：
步骤1：通过软件预先在主控制器7中设置与电池电量9相关的预警阈值与报警阈值，其中预警阈值设定为25%，报警阈值设定为20%，预警阈值大于报警阈值，进入步骤2；
步骤2：闭合供电断路器BATN，电池1为核心母线A供电，核心负载2正常工作，主控制器7进行自检，并判断核心负载2是否正常工作，若存在异常则主控制器7通过所述的无线通讯模块向应用单位报警寻求检修，若主控制器7检测无异常并接收到应用单位发送的运行指令10后，按照设定轨迹行驶，进入步骤3；
步骤3：主控制器7在行驶过程中持续检测电池电量9，并将电池电量9与步骤1所述的预警阈值进行比对，当主控制器7检测到电池电量9高于预警阈值时，进入步骤4；当电池电量9等于或低于预警阈值时，进入步骤5；
步骤4：主控制器7的输出端口P1输出低电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路8进行隔离放大后控制第一直流母线接触器线圈13通电，进而其对应的第一直流母线接触器常开触点5闭合，辅助母线B1通电，第一组辅助负载3正常工作，进入步骤6；
步骤5：主控制器7通过驱动电机控制巡检机器人自动返航，同时主控制器7的输出端P1输出高电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路8进行隔离放大后控制第一直流母线接触器线圈13断电，进而其对应的第一直流母线接触器常开触点5断开，辅助母线B1断电，第一组辅助负载3停止工作，进入步骤6；
步骤6：主控制器7在返航过程中持续检测电池电量9，并将电池电量9与步骤1所述的报警阈值进行比对，当主控制器7检测电池电量9高于报警阈值时，进入步骤7；当电池电量9等于或低于报警阈值时，进入步骤8；
步骤7：主控制器7的输出端口P2输出低电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路8进行隔离放大后控制第二直流母线接触器线圈14通电，进而其对应的第二直流母线接触器常开触点闭合，辅助母线B2通电，第二组辅助负载4正常工作，进入步骤9；
步骤8：主控制器7的输出端口P2输出高电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路8进行隔离放大后控制第二直流母线接触器线圈14断电，进而其对应的第二直流母线接触器常开触点断开，辅助母线B2断电，第二组辅助负载4停止工作，同时主控制器7通过所述的无线通讯模块持续向应用单位发送巡检机器人的位置信息，进入步骤9；
步骤9：巡检机器人继续自动返航直至充电处。
本实施例中电池电量9包括电池电压值和电池SOC值中的至少一种。在实际应用中，可根据巡检机器人工作环境的面积和范围大小来确定。
本实施例中直流接触器BATCK1、BATCK2除了在电池1电量低于第一报警阈值或第二报警阈值的情况下动作外，当巡检机器人主控制器检测到母线发生短路或接地故障时，同样会断开直流接触器BATCK1、BATCK2的触电，防止故障影响到其它母线供电。同时主控制器会将故障信息保存并通过网络通讯模块传输到基站，方便后期工作人员检修。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能巡检机器人用供电管理***，包括主电路和控制电路，主电路与控制电路连接，其特征在于：所述的主电路包括电池（1）、直流负载、正电压母线、负电压母线和直流母线接触器；直流负载包括核心负载（2）和辅助负载，核心负载（2）包括主控制器（7）、电机、电机驱动器、导航类传感器和无线通讯模块，辅助负载包括第一组辅助负载（3）和第二组辅助负载（4），直流母线接触器包括第一直流母线接触器和第二直流母线接触器；负电压母线分别与直流负载的输出端和电池（1）负极连接；正电压母线包括核心母线A、辅助母线B1和辅助母线B2，核心母线A分别与核心负载（2）输入端和电池（1）正极连接，辅助母线B1、辅助母线B2分别与第一组辅助负载（3）、第二组辅助负载（4）的输入端连接，核心母线A分别通过第一直流母线接触器常开触点（5）和第二直流母线接触器常开触点（6）与辅助母线B1、辅助母线B2相连接；所述的控制电路包括主控制器（7）和光耦隔离驱动电路（8），主控制器（7）通过输出端口P1与光耦隔离驱动电路（8）的第一输入端连接，输出端口P2与光耦隔离驱动电路（8）的第二输入端连接，光耦隔离驱动电路（8）的第一输出端连接第一直流母线接触器线圈（13），第二输出端连接第二直流母线接触器线圈（14）；
所述的导航类传感器包括激光导航传感器、磁导航传感器和GPS传感器中的至少一种；所述电机包括直流有刷电机、永磁同步电机和直流无刷电机中的至少一种；
所述的无线通讯模块包括4g通讯模块、蓝牙通讯模块和WIFI通讯模块中的至少一种。
2.根据权利要求1所述一种智能巡检机器人用供电管理***，其特征在于：所述的第一组辅助负载（3）、第二组辅助负载（4）分别包括智能检测模块、视频监控模块、人机交互模块、广播及报警模块和照明模块中的至少一种且互不相同。
3.根据权利要求2所述一种智能巡检机器人用供电管理***，其特征在于：所述的智能检测模块包括红外传感器、温度传感器和烟雾传感器中的至少一种。
4.根据权利要求2所述一种智能巡检机器人用供电管理***，其特征在于：所述的视频监控模块包括可见光摄像机、红外热成像摄像机和夜视仪中的至少一种。
5.根据权利要求2所述一种智能巡检机器人用供电管理***，其特征在于：所述的人机交互模块包括语音识别模块、人脸识别模块、操作屏和按键中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种智能巡检机器人用供电管理***，其特征在于：所述的电池（1）的输出端与核心母线A之间连接设置供电断路器。
7.一种实现权利要求1所述智能巡检机器人用供电管理***的管理方法，其特征在于：所述的巡检机器人的供电管理方法的步骤为：
步骤1：通过软件预先在主控制器（7）中设置与电池电量（9）相关的预警阈值与报警阈值，预警阈值大于报警阈值，进入步骤2；
步骤2：电池（1）为核心母线A供电，核心负载（2）正常工作，主控制器（7）进行自检，并判断核心负载（2）是否正常工作，若存在异常则主控制器（7）通过所述的无线通讯模块向应用单位报警寻求检修，若主控制器（7）检测无异常并接收到应用单位发送的运行指令（10）后，按照设定轨迹行驶，进入步骤3；
步骤3：主控制器（7）在行驶过程中持续检测电池电量（9），并将电池电量（9）与步骤1所述的预警阈值进行比对，当主控制器（7）检测到电池电量（9）高于预警阈值时，进入步骤4，当电池电量（9）等于或低于预警阈值时，进入步骤5；
步骤4：主控制器（7）的输出端口P1输出低电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路（8）进行隔离放大后控制第一直流母线接触器线圈（13）通电，进而其对应的第一直流母线接触器常开触点（5）闭合，辅助母线B1通电，第一组辅助负载（3）正常工作，进入步骤6；
步骤5：主控制器（7）通过驱动电机控制巡检机器人自动返航，同时主控制器（7）的输出端P1输出高电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路（8）进行隔离放大后控制第一直流母线接触器线圈（13）断电，进而其对应的第一直流母线接触器常开触点（5）断开，辅助母线B1断电，第一组辅助负载（3）停止工作，进入步骤6；
步骤6：主控制器（7）在返航过程中持续检测电池电量（9），并将电池电量（9）与步骤1所述的报警阈值进行比对，当主控制器（7）检测电池电量（9）高于报警阈值时，进入步骤7，当电池电量（9）等于或低于报警阈值时，进入步骤8；
步骤7：主控制器（7）的输出端口P2输出低电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路（8）进行隔离放大后控制第二直流母线接触器线圈（14）通电，进而其对应的第二直流母线接触器常开触点（6）闭合，辅助母线B2通电，第二组辅助负载（4）正常工作，进入步骤9；
步骤8：主控制器（7）的输出端口P2输出高电平信号，该信号经过光耦隔离驱动电路（8）进行隔离放大后控制第二直流母线接触器线圈（14）断电，进而其对应的第二直流母线接触器常开触点（6）断开，辅助母线B2断电，第二组辅助负载（4）停止工作，同时主控制器（7）通过所述的无线通讯模块持续向应用单位发送巡检机器人的位置信息，进入步骤9；
步骤9：巡检机器人继续自动返航直至充电处。
8.根据权利要求7所述一种智能巡检机器人用供电管理***的管理方法，其特征在于：所述的电池电量（9）包括电池电压值和电池SOC值中的至少一种。
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