一種非接觸式無線充電裝置以及一種變電站巡檢機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種非接觸式無線充電裝置以及一種變電站巡檢機器人，非接觸式無線充電裝置(1)包括設置于變電站巡檢機器人上的第一子裝置和設置于變電站設備上的第二子裝置。第一子裝置包括諧振接收器(11)、整流穩(wěn)壓器(12)、電池管理器(13)、主控器(14)、無線通信器一(15)、工控機(16)。第二子裝置包括無線通信器二(21)、控制器(22)、驅(qū)動電路(23)、逆變電路(24)、諧振發(fā)射器(25)、中繼電路(26)、LCD顯示器(27)。本實用新型提高了變電站巡檢機器人的智能程度，降低了對機器人?？烤纫?，還使充電裝置可實時顯示充電指令信息，方便工作人員的查看。
【專利說明】一種非接觸式無線充電裝置以及一種變電站巡檢機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及無線電能傳輸以及移動機器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種非接觸式無線充電裝置以及一種變電站巡檢機器人。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的變電站巡檢任務要求巡檢人員每天或定期采集大量運行數(shù)據(jù)，完成大量的日常巡檢工作。無人值守的變電站也需要相關(guān)人員定期到現(xiàn)場檢查設備運行狀態(tài)。工作量繁重的日常維護和巡檢工作容易導致巡檢人員產(chǎn)生厭煩心理，從而出現(xiàn)巡檢工作不到位的情況，進而影響變電站的及時維護。
[0003]為了解決上述問題并且兼顧變電站巡行方式，引用了機器人技術(shù)，開發(fā)了變電站智能巡檢機器人產(chǎn)品。變電站巡檢機器人是集多傳感器融合技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、導航及規(guī)劃技術(shù)、機器人視覺、安防技術(shù)、海量信息的無線傳輸技術(shù)于一體的復雜運動系統(tǒng)。巡檢機器人可以通過紅外熱像儀對電氣設備、設備連接點和電力線路進行溫度檢測，通過攝像機對運行設備的外觀異常和線路中懸掛異物進行識別檢測，通過聲音采集器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線網(wǎng)絡傳輸至后臺計算機對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析確定設備的運行情況。變電站巡檢機器人所適用的巡檢環(huán)境較為復雜，需要綜合計算機技術(shù)、圖形識別技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)通信及導航技術(shù)等多項技術(shù)。應用過程中，工作人員希望變電站巡檢機器人能實現(xiàn)長期自主工作，盡量延長其現(xiàn)場作業(yè)時間，從而補充機器人動力能源便成為一個亟待解決的問題。
[0004]目前變電站巡檢機器人均使用可充電電池來為自身供電，但是此類充電電池一般只能維持幾個小時，一旦電量耗盡，機器人便會處于非自主的狀態(tài)，無法準確的完成工作任務，并且嚴重阻礙機器人的智能化。如何使機器人在無人工干預環(huán)境下安全、可靠、快速、高效地實現(xiàn)自動充電是實現(xiàn)機器人智能化的一項關(guān)鍵技術(shù)。
[0005]現(xiàn)有的變電站巡檢機器人自動充電技術(shù)是采用接觸式的充電方式，通常借助測量傳感器與充電設備進行對接，這種充電方式存在以下問題:首先，機器人從當前位置移動到充電座需要導航行為，受到定位誤差的限制，導航精度較低。其次，機器人與充電座觸點的對接需要較高的精確性，這增加了設計的復雜性和控制的難度，同時對接操作過程非常復雜，消耗時間較長。再者，由于結(jié)構(gòu)設計等方面原因，機器人和充電座觸點之間一旦連接便無法自動脫離，頻繁對接也容易對系統(tǒng)的可靠性帶來影響，比如多次插拔對接操作會引起機械磨損，導致接觸松動，不能有效傳輸電能；如果連接部件出現(xiàn)污物，將會導致接觸不良或者電連接失??；若在潮濕或存在導電介質(zhì)的環(huán)境，也極容易引起電路短路。可見，要使機器人同時滿足高導航精度，高速定位，高可靠性對接的充電要求是十分困難的。
[0006]因此，急需提出一種通過非接觸方式就能夠?qū)σ苿訖C器人進行無線充電的方案。
實用新型內(nèi)容
[0007]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種非接觸自主無線充電裝置以及一種變電站巡檢機器人，解決現(xiàn)有技術(shù)中變電站巡檢機器人無法進行非接觸式無線充電的問題。
[0008]基于本實用新型的一個方面，本實用新型提供一種非接觸式無線充電裝置，包括設置于變電站巡檢機器人上的第一子裝置和設置于變電站設備上的第二子裝置；
[0009]所述第一子裝置包括諧振接收器、整流穩(wěn)壓器、電池管理器、主控器、無線通信器一、工控機；其中，所述諧振接收器的諧振電流信號輸出端與所述整流穩(wěn)壓器的信號輸入端相連接，所述整流穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓信號輸出端與所述電池管理器的電能信號輸入端相連接，所述電池管理器的信號輸出端與所述主控器的電池信號輸入端相連接，所述主控器的無線控制信號輸出端與所述無線通信器一的輸入端相連接，所述主控器的控制信號輸入端與所述工控機的控制信號輸出端相連接；
[0010]所述第二子裝置包括無線通信器二、控制器、驅(qū)動電路、逆變電路、諧振發(fā)射器、中繼電路、LCD顯示器；其中，無線通信器二的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端相連接，所述控制器的諧振控制信號輸出端與所述驅(qū)動電路的控制信號輸入端相連接，所述驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出端與所述逆變電路的信號輸入端相連接，所述逆變電路的信號輸出端與所述諧振發(fā)射器的信號輸入端相連接；所述中繼電路位于所述諧振發(fā)射器的交變磁場的覆蓋范圍內(nèi)；所述LCD顯示器的信號輸入端與所述控制器的控制信號輸出端相連接。
[0011]其中，所述第一子裝置還包括與所述主控器相連接的電池電量顯示器。
[0012]其中，所述諧振發(fā)射器由諧振發(fā)射線圈和諧振發(fā)射電容矩陣組成，所述中繼電路由中繼線圈和中繼電容矩陣組成，所述諧振接收器由諧振接收線圈和諧振接收電容矩陣組成。
[0013]其中，所述諧振發(fā)射線圈的匝數(shù)和所述諧振接收線圈的匝數(shù)均大于所述中繼線圈的匝數(shù)。
[0014]其中，所述諧振發(fā)射器和所述諧振接收器的諧振頻率的范圍為I萬赫茲至I兆赫茲。
[0015]基于本實用新型的另一個方面，本實用新型還提供一種變電站巡檢機器人，包括諧振接收器、整流穩(wěn)壓器、電池管理器、主控器、無線通信器一、工控機；其中，所述諧振接收器的諧振電流信號輸出端與所述整流穩(wěn)壓器的信號輸入端相連接，所述整流穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓信號輸出端與所述電池管理器的電能信號輸入端相連接，所述電池管理器的信號輸出端與所述主控器的電池信號輸入端相連接，所述主控器的無線控制信號輸出端與所述無線通信器一的輸入端相連接，所述主控器的控制信號輸入端與所述工控機的控制信號輸出端相連接。
[0016]其中，所述主控器為微控制器。
[0017]其中，所述變電站巡檢機器人還包括所述主控器相連接的電池電量顯示器。
[0018]其中，所述諧振接收器由諧振接收線圈和諧振接收電容矩陣組成，諧振頻率的范圍為I萬赫茲至I兆赫茲。
[0019]本實用新型的有益效果包括:使充電裝置可實時顯示充電指令信息，方便工作人員的查看。大大降低了對機器人?？烤纫?，使得對變電站巡檢機器人控制變得簡單；使得變電站巡檢機器人的自主充電機構(gòu)設計變得簡單可靠；避免了由于接觸不良導致充電失敗，在潮濕或存在導電介質(zhì)的環(huán)境下保證電路不出現(xiàn)短路故障。綜上，本實用新型提高了變電站巡檢機器人的智能程度，還提高了充電裝置的整體性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]并入到說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本實用新型的實施例，并且與描述一起用于解釋本實用新型的原理。在這些附圖中，類似的附圖標記用于表示類似的要素。下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，而不是全部實施例。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是本實用新型中非接觸式無線充電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本實用新型中諧振發(fā)射器和中繼電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本實用新型中變電站巡檢機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]其中，附圖標記如下:非接觸式無線充電裝置1、諧振接收器11、整流穩(wěn)壓器12、電池管理器13、主控器14、無線通信器一 15，工控機16、無線通信器二 21、控制器22、驅(qū)動電路23、逆變電路24、諧振發(fā)射器25、中繼電路26、IXD顯示器27、諧振發(fā)射線圈251、諧振發(fā)射電容矩陣252、中繼線圈261、中繼電容矩陣262。

【具體實施方式】
[0025]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0026]圖1是本實用新型中非接觸式無線充電裝置I的結(jié)構(gòu)示意圖。非接觸自主無線充電裝置I包括:設置于變電站巡檢機器人上的第一子裝置和設置于變電站設備上的第二子
目.0
[0027]第一子裝置包括諧振接收器11、整流穩(wěn)壓器12、電池管理器13、主控器14、無線通信器一 15。其中，諧振接收器11的諧振電流信號輸出端與整流穩(wěn)壓器12的信號輸入端相連接，整流穩(wěn)壓器12的穩(wěn)壓信號輸出端與電池管理器13的電能信號輸入端相連接，電池管理器13的信號輸出端與主控器14的信號輸入端相連接，主控器14的無線控制信號輸出端與無線通信器一 15的輸入端相連，主控器14的控制信號輸入端與工控機16的控制信號輸出端相連。
[0028]第二子裝置包括無線通信器二 21、控制器22、驅(qū)動電路23、逆變電路24、諧振發(fā)射器25、中繼電路26、IXD顯示器27。其中，無線通信器二 21的信號輸出端與控制器22的信號輸入端相連接，控制器22的諧振控制信號輸出端與驅(qū)動電路23的控制信號輸入端相連接，驅(qū)動電路23的驅(qū)動信號輸出端與逆變電路24的信號輸入端相連接，逆變電路24的信號輸出端與諧振發(fā)射器25的信號輸入端相連接；中繼電路26位于諧振發(fā)射器25的交變磁場的覆蓋范圍內(nèi)；LCD顯示器27的信號輸入端與控制器22的控制信號輸出端相連接。
[0029]圖2是諧振發(fā)射器和中繼電路的結(jié)構(gòu)示意圖。諧振發(fā)射器25中包括諧振發(fā)射線圈251與諧振發(fā)射電容矩陣252構(gòu)成的LC諧振電路。諧振發(fā)射線圈251與諧振發(fā)射電容矩陣252之間以磁場的能量形式和電場的能量形式進行能量交換，在諧振發(fā)射線圈251中產(chǎn)生與設定的諧振發(fā)射頻率相同的諧振電流，諧振電流在諧振發(fā)射線圈251周圍形成交變磁場，中繼電路26位于此交變磁場的覆蓋范圍中。中繼電路26包括中繼線圈261和中繼電容矩陣262。中繼線圈261接收諧振發(fā)射線圈251所發(fā)射出的交變磁場，形成諧振電流，用于增大接收到的諧振電流，繼而增加能量傳輸?shù)木嚯x。調(diào)整后的諧振電流再通過中繼線圈261發(fā)送調(diào)整后的交變磁場。諧振接收器11包括諧振接收線圈與諧振接收電容矩陣構(gòu)成的LC諧振電路，諧振接收器11的諧振接收頻率與中繼電路26的諧振發(fā)射頻率相同進而兩者產(chǎn)生共振，諧振接收器11接收磁場能量。其中，諧振發(fā)射器25、中繼電路26、和諧振接收器11的具體參數(shù)的設置方式有多種，舉例如下:諧振頻率的范圍為I萬赫茲至I兆赫茲。諧振發(fā)射線圈的匝數(shù)和諧振接收線圈的匝數(shù)均大于中繼線圈的匝數(shù)。
[0030]上述非接觸式無線充電裝置I的第一子裝置中，主控器14為微控制器，具體型號為STM32F103VET6。主控器14通過RS232通信接口與無線通信器一 15連接。無線通信器一 15由全雙工的2.4G WIFI模塊構(gòu)成。工控機16是型號為IPC-610L的研華工控機。電池管理器13用于監(jiān)測電池的電壓狀態(tài)，檢測機器人何時需要充電，何時電已充滿，并且用于控制電池充電時間。第一子裝置中還包括與主控器14相連接的電池電量顯示器，此電池電量顯示器可以實時顯示變電站巡檢機器人中電池的當前電量，以方便工作人員的監(jiān)控。
[0031]上述非接觸式無線充電裝置I的第二子裝置中，無線通信器二 21由全雙工的2.4GWIFI模塊構(gòu)成，或者無線通信器二 21為WIFI路由器。
[0032]非接觸式無線充電裝置I的工作方式如下:當變電站巡檢機器人運行到第二子裝置所在的自主充電?？奎c時，工控機16向主控器14下發(fā)查詢電池電量的命令，主控器14從電池管理器13查詢電池的電量信息并發(fā)送至工控機16。工控機16根據(jù)上述電量信息判斷電池是否需要充電，如果需要充電，向主控器14發(fā)送充電命令，主控器14收到上述充電命令后向無線通信器一 15發(fā)送充電指令，無線通信器一 15通過無線網(wǎng)絡發(fā)送充電指令信息。無線通信器二 21接收此充電指令信息并發(fā)送至控制器22，控制器22將此充電指令信息推送到IXD顯示器27進行顯示，并向驅(qū)動電路23發(fā)送控制信號。驅(qū)動電路23向逆變電路24發(fā)送控制信號，逆變電路24向諧振發(fā)射器25發(fā)送交流電信號，諧振發(fā)射器25產(chǎn)生交變磁場，諧振接收器11的諧振頻率與中繼電路26的諧振頻率相同進而兩者產(chǎn)生共振，位于此磁場內(nèi)的中繼電路26增大接收到的諧振電流繼而增加能量傳輸?shù)木嚯x。諧振接收器11的諧振接收頻率與中繼電路26的諧振發(fā)射頻率相同進而兩者產(chǎn)生共振，諧振接收器11接收磁場能量并產(chǎn)生的諧振電流后發(fā)送至整流穩(wěn)壓器12，整流穩(wěn)壓器12輸出穩(wěn)壓信號至電池管理器13，電池管理器接收穩(wěn)壓信號并為電池充電，保持變電站機器人的續(xù)航能力。
[0033]本實用新型的有益效果包括:使充電裝置可實時顯示充電指令信息，方便工作人員的查看；大大降低了對機器人?？烤纫?，使得對變電站巡檢機器人控制變得簡單；使得變電站巡檢機器人的自主充電機構(gòu)設計變得簡單可靠；避免了由于接觸不良導致充電失敗，在潮濕或存在導電介質(zhì)的環(huán)境下保證電路不出現(xiàn)短路故障。
[0034]本實用新型還提供了可進行非接觸式無線充電的變電站巡檢機器人，圖3是變電站巡檢機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。此變電站巡檢機器人包括諧振接收器11、整流穩(wěn)壓器12、電池管理器13、主控器14、無線通信器一 15。其中，諧振接收器11的諧振電流信號輸出端與整流穩(wěn)壓器12的信號輸入端相連接，整流穩(wěn)壓器12的穩(wěn)壓信號輸出端與電池管理器13的電能信號輸入端相連接，電池管理器13的信號輸出端與主控器14的信號輸入端相連接，主控器14的無線控制信號輸出端與無線通信器一 15的輸入端相連，主控器14的控制信號輸入端與工控機16的控制信號輸出端相連。
[0035]其中，主控器14為微控制器，具體型號為STM32F103VET6。主控器14通過RS232通信接口與無線通信器一 15連接。無線通信器一 15由全雙工的2.5G WIFI模塊構(gòu)成。工控機16是型號為IPC-610L的研華工控機。電池管理器13用于監(jiān)測電池的電壓狀態(tài)，檢測機器人何時需要充電，何時電已充滿，并且用于控制電池充電時間。變電站巡檢機器人中還包括與主控器14相連接的電池電量顯示器，此電池電量顯示器可以實時顯示變電站巡檢機器人中電池的當前電量，以方便工作人員的監(jiān)控。諧振接收器11由諧振接收線圈和諧振接收電容矩陣組成，諧振頻率的范圍與諧振發(fā)射器25的頻率范圍相同，例如均為I萬赫茲至I兆赫茲。
[0036]本實用新型中的變電站巡檢機器人可進行非接觸式無線充電，相比現(xiàn)有的接觸式充電的巡檢機器人，大大提高了其智能性以及使用性能。
[0037]上面描述的內(nèi)容可以單獨地或者以各種方式組合起來實施，而這些變型方式都在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
[0038]需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0039]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，僅僅參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式無線充電裝置(I)，其特征在于，包括設置于變電站巡檢機器人上的第一子裝置和設置于變電站設備上的第二子裝置； 所述第一子裝置包括諧振接收器(11)、整流穩(wěn)壓器(12)、電池管理器(13)、主控器(14)、無線通信器一(15)、工控機(16);其中，所述諧振接收器(11)的諧振電流信號輸出端與所述整流穩(wěn)壓器(12)的信號輸入端相連接，所述整流穩(wěn)壓器(12)的穩(wěn)壓信號輸出端與所述電池管理器(13)的電能信號輸入端相連接，所述電池管理器(13)的信號輸出端與所述主控器(14)的電池信號輸入端相連接，所述主控器(14)的無線控制信號輸出端與所述無線通信器一(15)的輸入端相連接，所述主控器(14)的控制信號輸入端與所述工控機(16)的控制信號輸出端相連接； 所述第二子裝置包括無線通信器二(21)、控制器(22)、驅(qū)動電路(23)、逆變電路(24)、諧振發(fā)射器(25)、中繼電路(26)、LCD顯示器(27);其中，無線通信器二(21)的信號輸出端與所述控制器(22)的信號輸入端相連接，所述控制器(22)的諧振控制信號輸出端與所述驅(qū)動電路(23)的控制信號輸入端相連接，所述驅(qū)動電路(23)的驅(qū)動信號輸出端與所述逆變電路(24)的信號輸入端相連接，所述逆變電路(24)的信號輸出端與所述諧振發(fā)射器(25)的信號輸入端相連接；所述中繼電路(26)位于所述諧振發(fā)射器(25)的交變磁場的覆蓋范圍內(nèi)；所述LCD顯示器(27)的信號輸入端與所述控制器(22)的控制信號輸出端相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式無線充電裝置(I)，其特征在于， 所述第一子裝置還包括與所述主控器(14)相連接的電池電量顯示器。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸式無線充電裝置(I)，其特征在于， 所述諧振發(fā)射器(25)由諧振發(fā)射線圈(251)和諧振發(fā)射電容矩陣(252)組成，所述中繼電路(26)由中繼線圈(261)和中繼電容矩陣(262)組成，所述諧振接收器(11)由諧振接收線圈和諧振接收電容矩陣組成。
4.如權(quán)利要求3所述的非接觸式無線充電裝置(I)，其特征在于， 所述諧振發(fā)射線圈(251)的匝數(shù)和所述諧振接收線圈的匝數(shù)均大于所述中繼線圈(261)的匝數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的非接觸式無線充電裝置(I)，其特征在于， 所述諧振發(fā)射器(25)和所述諧振接收器(11)的諧振頻率的范圍為I萬赫茲至I兆赫茲。
6.一種變電站巡檢機器人，其特征在于，包括諧振接收器(11)、整流穩(wěn)壓器(12)、電池管理器(13)、主控器(14)、無線通信器一(15)、工控機(16);其中，所述諧振接收器(11)的諧振電流信號輸出端與所述整流穩(wěn)壓器(12)的信號輸入端相連接，所述整流穩(wěn)壓器(12)的穩(wěn)壓信號輸出端與所述電池管理器(13)的電能信號輸入端相連接，所述電池管理器(13)的信號輸出端與所述主控器(14)的電池信號輸入端相連接，所述主控器(14)的無線控制信號輸出端與所述無線通信器一(15)的輸入端相連接，所述主控器(14)的控制信號輸入端與所述工控機(16)的控制信號輸出端相連接。
7.如權(quán)利要求6所述的變電站巡檢機器人，其特征在于， 所述主控器(14)為微控制器。
8.如權(quán)利要求6所述的變電站巡檢機器人，其特征在于， 所述變電站巡檢機器人還包括所述主控器(14)相連接的電池電量顯示器。
9.如權(quán)利要求6所述的變電站巡檢機器人，其特征在于， 所述諧振接收器(11)由諧振接收線圈和諧振接收電容矩陣組成，諧振頻率的范圍為I萬赫茲至I兆赫茲。
【文檔編號】H02J17/00GK204243858SQ201420715629
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】付淵, 李樹林, 諶杰, 劉躍剛, 藏洋, 唐巧巧, 方芳 申請人:貴陽供電局