专利名称：隧道电缆巡检机器人充电管理系统及方法
技术领域：
本发明属于蓄电池充电技术领域，特别涉及隧道电缆巡检机器人充电管理系统及方法。
背景技术：
近年来随着我国电力电缆隧道铺设长度的增加，对隧道内电缆工作状况的巡视工作越加繁重，不仅耗费大量人力和财力，隧道内恶劣的环境对巡检人员的健康安全也构成很大的威胁。隧道巡检机器人可以代替人工来完成对隧道的巡视工作。它的主要功能为，通过无线网络向隧道外的技术人员实时地传输隧道内电缆的工作状态画面，隧道内的温度、湿度，电力电缆的表面温度等参数，当这些状态参数发生异常时，隧道外技术人员可以确定 机器人所处位置的电力电缆存在安全隐患，这样就可以组织人员对相应部位进行维修。巡检机器人由于功能的复杂性，其系统包括各种传感器部件、无线信号传输模块、处理器芯片以及支持其运动的伺服电机，他们所消耗的总功率比较大。因此机器人内部的电池电能消耗很快，蓄电池的供电电压随着电能的消耗而下降，如果电池长期处于低电压供电状态，电池的使用寿命和储电能力会遭受不可恢复的影响。所以，当电池电量处于低水平状态时就要立即对电池进行充电。在无人监管的情况下机器人要自行完成充电过程，该过程主要包括机器人电池能量剩余监测和余电不足的报警，机器人自身的位置和充电站方位的确定，在最短时间内运行至最近的充电站以及充电动作的完成，这些都是隧道机器人研制工作的重点和难点。
发明内容
本发明针对上述缺陷公开了隧道电缆巡检机器人充电管理系统及方法。隧道电缆巡检机器人充电管理系统的结构如下微处理器分别连接电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统和充电插头伸缩机构，蓄电池连接剩余电量检测系统；蓄电池、微处理器、电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统和充电插头伸缩机构均安装在机器人上；在机器人运行的轨道上，每隔特定距离设置一个充电站，在每个充电站上设置充电站电子标签；在每个充电站的一侧每隔特定长度设置第I电子标签至第η电子标签，在每个充电站的另一侧每隔特定长度设置第η+1电子标签至第2η电子标签，第I电子标签至第2η电子标签均设置在机器人运行的轨道上；每个充电站均设置交直流转换系统和充电插座；充电插头伸缩机构的结构为步进电机与充电插头装配在一起。所述电子标签读卡器和充电插头均安装在机器人的顶部。所述特定距离的范围为300-800m。所述特定长度的范围为O. 5-2m, η的取值范围为75-800。隧道电缆巡检机器人充电管理方法包括以下步骤I)在机器人巡视过程中，经过电子标签时读取标签内信息，当机器人内部的剩余电量检测系统监测到电量不足时，向机器人微处理器报警，微处理器将机器人自动设置为最低功耗模式，只保留电子标签读卡器功能、轨道运动功能和充电插头的运动功能；2)微处理器根据最近一次读取的电子标签的信息，指引机器人向距离最近的充电站行驶；充电站附近的第I电子标签至第2η电子标签均存储了“机器人进行匀减速运动”的信息，电子标签读卡器扫描到这些信息后，将其上传至微处理器，微处理器接收到这些信息后，控制机器人进行匀减速运动；充电站的电子标签存储了“机器人立即停止运动”的信息，当机器人运动到充电站时，电子标签读卡器扫描到该信息后，将其上传至微处理器，微处理器根据该信息控制机器人立即停止运动；3)微处理器控制步进电机，步进电机驱动充电插头运动，使充电插头与充电插座对合；此时交流电通过交直流转换系统转换后，传输至蓄电池，机器人进行充电过程；4)剩余电量检测系统判断蓄电池充满后，将“蓄电池已充满”的信号发送至微处理器，微处理器控制步进电机，步进电机驱动充电插头运动，使充电插头与充电插座分离，机器人充电过程结束。
第i电子标签存储了以下信息距离第i电子标签最近的充电站的位置、第i电子标签在隧道的具体位置、第i电子标签与附近的电子标签之间的路况信息；i取I至2n。本发明的有益效果是当电量监测系统发现电池余量不足时，电子标签定位系统能够精确的指引机器人找到充电站完成充电，由于标签内信息含有其附近充电站位置信息，因此可以保证机器人在较短时间内到达充电站，防止蓄电池过度放电，降低电池使用寿命O
图I是机器人的电路连接示意图；图2是充电站附近的电子标签示意图；图3是充电插头与充电插座的对合不意图；图4是充电时的电路连接示意具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图I所示，隧道电缆巡检机器人充电管理系统的结构如下微处理器分别连接电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统和充电插头伸缩机构，蓄电池连接剩余电量检测系统；蓄电池、微处理器、电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统和充电插头伸缩机构均安装在机器人上；在机器人运行的金属轨道上，每隔特定距离设置一个充电站，在每个充电站上设置充电站电子标签；如图2所示，在每个充电站的一侧每隔特定长度设置第I电子标签至第η电子标签，在每个充电站的另一侧每隔特定长度设置第η+1电子标签至第2η电子标签，第I电子标签至第2η电子标签均设置在机器人运行的轨道上；每个充电站均设置交直流转换系统和充电插座I ;如图3所示，充电插头伸缩机构的结构为步进电机与充电插头2装配在一起。电子标签读卡器和充电插头2均安装在机器人的顶部。特定距离的范围为300-800m。
特定长度的范围为O. 5-2m, η的取值范围为75-800。隧道电缆巡检机器人充电管理方法包括以下步骤I)在机器人巡视过程中，经过电子标签时读取标签内信息，当机器人内部的剩余电量检测系统监测到电量不足时，向机器人微处理器报警，微处理器将机器人自动设置为最低功耗模式，只保留电子标签读卡器功能、轨道运动功能和充电插头2的运动功能；最大限度节省电能以保证机器人到达充电站完成充电动作。剩余电量检测系统被预先嵌入了机器人内部蓄电池的特性参数，并通过对该电池进行输出采样来实现剩余电量的测定。它可以向机器人微处理器发送低电量报警信号，并且可以保证此时机器人内部蓄电池所剩电能能保证其运行至充电站完成充电过程。2)微处理器根据最近一次读取的电子标签的信息，指引机器人向距离最近的充电站行驶；充电站附近的第I电子标签至第2η电子标签均存储了 “机器人进行匀减速运动” 的信息，电子标签读卡器扫描到这些信息后，将其上传至微处理器，微处理器接收到这些信息后，控制机器人进行匀减速运动，机器人行驶的速度要根据具体情况而定，参考的标准以机器人在此短距离内能够平稳的停在充电站位置为宜；充电站的电子标签存储了“机器人立即停止运动”的信息，当机器人运动到充电站时，电子标签读卡器扫描到该信息后，将其上传至微处理器，微处理器根据该信息控制机器人立即停止运动，此时立即停止不会造成机器人整体向前的滑动，因此这就能够保证充电插头2与充电插座I精确对准。3)微处理器控制步进电机，步进电机驱动充电插头2运动，使充电插头2与充电插座I对合；如图3所示，此时交流电通过交直流转换系统转换为直流电，直流电对蓄电池进行充电；交流电用于隧道照明。4)剩余电量检测系统判断蓄电池充满后，将“蓄电池已充满”的信号发送至微处理器，微处理器控制步进电机，步进电机驱动充电插头2运动，使充电插头2与充电插座I分离，机器人充电过程结束。第i电子标签存储了以下信息距离第i电子标签最近的充电站的位置、第i电子标签在隧道的具体位置、第i电子标签与附近的电子标签(第i-Ι电子标签与第i+Ι电子标签)之间的路况信息(如转弯、轨道坡度)；i取I至2n。
权利要求
1.隧道电缆巡检机器人充电管理系统，其特征在于，它的结构如下微处理器分别连接电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统和充电插头伸缩机构，蓄电池连接剩余电量检测系统；蓄电池、微处理器、电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统和充电插头伸缩机构均安装在机器人上；在机器人运行的轨道上，每隔特定距离设置一个充电站，在每个充电站上设置充电站电子标签；在每个充电站的一侧每隔特定长度设置第I电子标签至第n电子标签，在每个充电站的另一侧每隔特定长度设置第n+1电子标签至第2n电子标签，第I电子标签至第2n电子标签均设置在机器人运行的轨道上；每个充电站均设置交直流转换系统和充电插座(I); 充电插头伸缩机构的结构为步进电机与充电插头(2)装配在一起。
2.根据权利要求I所述的隧道电缆巡检机器人充电管理系统，其特征在于，所述电子标签读卡器和充电插头(2)均安装在机器人的顶部。
3.根据权利要求I所述的隧道电缆巡检机器人充电管理系统，其特征在于，所述特定距离的范围为300-800m。
4.据权利要求I所述的隧道电缆巡检机器人充电管理系统，其特征在于，所述特定长度的范围为0. 5-2m, n的取值范围为75-800。
5.隧道电缆巡检机器人充电管理方法，其特征在于，包括以下步骤 1)在机器人巡视过程中，经过电子标签时读取标签内信息，当机器人内部的剩余电量检测系统监测到电量不足时，向机器人微处理器报警，微处理器将机器人自动设置为最低功耗模式，只保留电子标签读卡器功能、轨道运动功能和充电插头(2)的运动功能； 2)微处理器根据最近一次读取的电子标签的信息，指引机器人向距离最近的充电站行驶；充电站附近的第I电子标签至第2n电子标签均存储了 “机器人进行匀减速运动”的信息，电子标签读卡器扫描到这些信息后，将其上传至微处理器，微处理器接收到这些信息后，控制机器人进行匀减速运动；充电站的电子标签存储了“机器人立即停止运动”的信息，当机器人运动到充电站时，电子标签读卡器扫描到该信息后，将其上传至微处理器，微处理器根据该信息控制机器人立即停止运动； 3)微处理器控制步进电机，步进电机驱动充电插头(2)运动，使充电插头(2)与充电插座(I)对合；此时交流电通过交直流转换系统转换后，传输至蓄电池，机器人进行充电过程; 4)剩余电量检测系统判断蓄电池充满后，将“蓄电池已充满”的信号发送至微处理器，微处理器控制步进电机，步进电机驱动充电插头(2 )运动，使充电插头(2 )与充电插座(I)分离，机器人充电过程结束。
6.根据权利要求5所述的隧道电缆巡检机器人充电管理方法，其特征在于，第i电子标签存储了以下信息距离第i电子标签最近的充电站的位置、第i电子标签在隧道的具体位置、第i电子标签与附近的电子标签之间的路况信息取I至2n。
全文摘要
本发明公开了蓄电池充电技术领域的隧道电缆巡检机器人充电管理系统及方法。隧道电缆巡检机器人充电管理系统由微处理器、电子标签读卡器、伺服电机控制器、剩余电量检测系统、充电插头伸缩机构、蓄电池和充电站构成，在隧道中布置电子标签，巡检过程中机器人可以读取标签信息，电子标签信息中包含充电站位置信息。当剩余电量监测系统判断其需要充电时，就会根据标签信息提示自动运行到距离其最近的充电站，在标签内容的指引下完成与充电站的对接工作，电池余量检测系统检测到机器人充满电能后提示机器人脱离充电站，继续巡检。本发明的有益效果是保证机器人在较短时间内到达充电站，防止蓄电池过度放电，降低电池使用寿命。
文档编号H02J7/00GK102761158SQ201210240420
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者刘春阳, 吴华, 杨国田, 柳长安, 步显廷 申请人:华北电力大学