本发明属于工业机器人领域，具体说是一种用于防爆轮式巡检机器人的防爆充电系统及充电方法。
背景技术：
目前工业级的轮式巡检机器人已经在很多领域进行应用，但是像石油、化工这样的企业，本身属于有爆炸危险的危化领域，轮式巡检机器人的推行受到了很大的阻碍。虽然轮式巡检机器人外观经过防爆化处理后可以在危化区域使用，但是因为在防爆区域无法进行自动充电，制约了防爆巡检机器人在该区域应用的实用性，因此，解决防爆区域机器人自动充电的问题非常必要。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于爆炸环境下轮式巡检机器人的防爆充电系统及充电方法。
本发明采用的方案是：一种用于防爆轮式巡检机器人的防爆充电系统，包括：防爆轮式巡检机器人（1）、充电装置（2）、防爆正压柜（3）、到位传感器一（4）、到位传感器二（5）、防爆正压柜门（6）、上位机（7）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）。
该充电系统核心部分由防爆轮式巡检机器人（1）、充电装置（2）、防爆正压柜（3）、到位传感器一（4）和到位传感器二（5）组成，通过防爆正压柜门（6）、上位机（7）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）等辅助设备来实现防爆区域轮式巡检机器人自动充电流程。
系统工作时，首先引入纯净的正压空气为防爆正压柜（3）供气，使防爆正压柜（3）满足防爆区域下使用的要求。充电装置（2）、到位传感器二（5）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）位于防爆正压柜（3）内，到位传感器一（4）和防爆轮式巡检机器人（1）位于防爆正压柜（3）外。防爆轮式巡检机器人（1）能够按照预设路线，在防爆正压柜（3）内外进行往复运动，防爆正压柜门（6）安装于防爆轮式巡检机器人（1）进出防爆正压柜（3）的一侧柜壁上。防爆轮式巡检机器人（1）进入防爆正压柜（3）的路线中依次安放到位传感器一（4）和到位传感器二（5）。在防爆正压柜（3）内部，防爆轮式巡检机器人（1）行走路线的终端放置充电装置（2）。上位机（7）作为整个充电系统的远程终端位于远程控制室内。
防爆正压柜（3）内的充电装置（2）、到位传感器二（5）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10），分别通过多芯控制电缆和防爆正压柜plc控制箱（8）相连。到位传感器一（4）使用多芯控制电缆，穿过正压柜（3）柜壁上的防爆线嘴与防爆正压柜plc控制箱（8）相连。防爆正压柜plc控制箱（8）用光纤通过以太网的形式与上位机（7）相连，防爆轮式巡检机器人（1）通过wifi方式和上位机（7）进行通讯，上位机（7）也作为存储媒体，实现防爆正压柜plc控制箱（8）与防爆轮式巡检机器人（1）的数据共享。同时，上位机（7）作为控制和显示终端，控制防爆轮式巡检机器人（1）的运行并显示防爆轮式巡检机器人（1）和防爆正压柜（3）的工作状态。防爆正压柜门（6）与气动开门机（9）相连，可以确保防爆正压柜门（6）在气动控制下实现开关门动作。防爆轮式巡检机器人（1）、充电装置（2）相接触后可以通过自身的闭锁机制实现自动充电。其中防爆轮式巡检机器人（1）、防爆正压柜（3）、到位传感器一（4）、到位传感器二（5）、防爆正压柜门（6）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）均采用满足隔爆条件的隔爆产品。
为了确保防爆轮式巡检机器人（1）能够在防爆区域实现自动充电，本发明还提供了一种基于上述充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：上位机（7）控制防爆轮式巡检机器人（1）沿着预设路线由防爆正压柜（3）外向着防爆正压柜（3）内方向运行。此时防爆正压柜（3）处于密封状态，柜内持续提供着纯净的正压空气，满足防爆要求。
步骤二：当防爆轮式巡检机器人（1）运行至到位传感器一（4）的位置后，到位传感器一（4）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行开门动作，从而使防爆正压柜门（6）打开。
步骤三：防爆轮式巡检机器人（1）经过打开的防爆正压柜门（6）进入防爆正压柜（3）内部，当防爆轮式巡检机器人（1）行进至到位传感器二（5）位置时，到位传感器二（5）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行关门动作，从而使防爆正压柜门（6）关闭。
步骤四:防爆轮式巡检机器人（1）继续按照预设路线前行，当运行到防爆轮式巡检机器人（1）的充电触头与充电装置（2）的供电触头完全贴合时，防爆轮式巡检机器人（1）停止运行，同时将到位信号传递给上位机（7）和防爆正压柜plc控制箱（8）。
步骤五：防爆正压柜内传感器（10）持续检测防爆正压柜（3）内爆炸性气体的含量，并将检测结果传递给防爆正压柜plc控制箱（8）。当防爆正压柜（3）内无爆炸性气体，且防爆正压柜门（6）关闭一定时间后（时间根据防爆正压柜（3）大小、满足外供气源能够将正压柜（3）内气体全部轮换一遍的要求而定），防爆正压柜plc控制箱（8）控制为充电装置（2）进行供电，使其能给防爆轮式巡检机器人（1）进行充电工作。一旦防爆正压柜内传感器（10）检测到爆炸性气体，立即停止充电装置（2）的供电，从而保证充电过程的安全。
步骤六：防爆轮式巡检机器人（1）检测到充电完成后，将信息传递给上位机（7）及防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制切断充电装置（2）的电源，停止为防爆轮式巡检机器人（1）充电。
步骤七：防爆轮式巡检机器人（1）按照与充电路线相反的路径，向正压柜（3）外侧行走，当防爆轮式巡检机器人（1）行进至到位传感器二（5）位置时，到位传感器二（5）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行开门动作，将防爆正压柜门（6）打开。
步骤八：防爆轮式巡检机器人（1）继续向防爆正压柜（3）外侧行走，当行进至到位传感器一（4）位置时，到位传感器一（4）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行关门动作，从而将防爆正压柜门（6）关闭。
步骤九：防爆轮式巡检机器人（1）自动充电工作完成，防爆轮式巡检机器人（1）按照自身的行走路线进行相应的工作。需要充电时继续执行步骤一到步骤八即可。
本发明的有益效果是：能够实现防爆轮式巡检机器人（1）在二类防爆环境下实现自动充电，同时不会对现场设备造成威胁，安全可靠。
附图说明
图1是本发明安装位置示意图；
图2是防爆轮式巡检机器人（1）与充电装置（2）俯视图；
图3是防爆轮式巡检机器人（1）与充电装置（2）侧视图；
图4是防爆正压柜（3）外形图；
图5是本发明组成结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明；
如图1至图5所示，一种用于防爆轮式巡检机器人的防爆充电系统，包括：防爆轮式巡检机器人（1）、充电装置（2）、防爆正压柜（3）、到位传感器一（4）、到位传感器二（5）、防爆正压柜门（6）、上位机（7）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）。
该充电系统核心部分由防爆轮式巡检机器人（1）、充电装置（2）、防爆正压柜（3）、到位传感器一（4）和到位传感器二（5）组成，通过防爆正压柜门（6）、上位机（7）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）等辅助设备来实现防爆区域轮式巡检机器人自动充电流程。
系统工作时，首先引入纯净的正压空气为防爆正压柜（3）供气，使防爆正压柜（3）满足防爆区域下使用的要求。充电装置（2）、到位传感器二（5）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）位于防爆正压柜（3）内，到位传感器一（4）和防爆轮式巡检机器人（1）位于防爆正压柜（3）外。防爆轮式巡检机器人（1）能够按照预设路线，在防爆正压柜（3）内外进行往复运动，防爆正压柜门（6）安装于防爆轮式巡检机器人（1）进出防爆正压柜（3）的一侧柜壁上。防爆轮式巡检机器人（1）进入防爆正压柜（3）的路线中依次安放到位传感器一（4）和到位传感器二（5）。在防爆正压柜（3）内部，防爆轮式巡检机器人（1）行走路线的终端放置充电装置（2）。上位机（7）作为整个充电系统的远程终端位于远程控制室内。
防爆正压柜（3）内的充电装置（2）、到位传感器二（5）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10），分别通过多芯控制电缆和防爆正压柜plc控制箱（8）相连。到位传感器一（4）使用多芯控制电缆，穿过正压柜（3）柜壁上的防爆线嘴与防爆正压柜plc控制箱（8）相连。防爆正压柜plc控制箱（8）用光纤通过以太网的形式与上位机（7）相连，防爆轮式巡检机器人（1）通过wifi方式和上位机（7）进行通讯，上位机（7）也作为存储媒体，实现防爆正压柜plc控制箱（8）与防爆轮式巡检机器人（1）的数据共享。同时，上位机（7）作为控制和显示终端，控制防爆轮式巡检机器人（1）的运行并显示防爆轮式巡检机器人（1）和防爆正压柜（3）的工作状态。防爆正压柜门（6）与气动开门机（9）相连，可以确保防爆正压柜门（6）在气动控制下实现开关门动作。防爆轮式巡检机器人（1）、充电装置（2）相接触后可以通过自身的闭锁机制实现自动充电。其中防爆轮式巡检机器人（1）、防爆正压柜（3）、到位传感器一（4）、到位传感器二（5）、防爆正压柜门（6）、防爆正压柜plc控制箱（8）、气动开门机（9）和防爆正压柜内传感器（10）均采用满足隔爆条件的隔爆产品。
为了确保防爆轮式巡检机器人（1）能够在防爆区域实现自动充电，本发明还提供了一种基于上述充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：上位机（7）控制防爆轮式巡检机器人（1）沿着预设路线由防爆正压柜（3）外向着防爆正压柜（3）内方向运行。此时防爆正压柜（3）处于密封状态，柜内持续提供着纯净的正压空气，满足防爆要求。
步骤二：当防爆轮式巡检机器人（1）运行至到位传感器一（4）的位置后，到位传感器一（4）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行开门动作，从而使防爆正压柜门（6）打开。
步骤三：防爆轮式巡检机器人（1）经过打开的防爆正压柜门（6）进入防爆正压柜（3）内部，当防爆轮式巡检机器人（1）行进至到位传感器二（5）位置时，到位传感器二（5）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行关门动作，从而使防爆正压柜门（6）关闭。
步骤四:防爆轮式巡检机器人（1）继续按照预设路线前行，当运行到防爆轮式巡检机器人（1）的充电触头与充电装置（2）的供电触头完全贴合时，防爆轮式巡检机器人（1）停止运行，同时将到位信号传递给上位机（7）和防爆正压柜plc控制箱（8）。
步骤五：防爆正压柜内传感器（10）持续检测防爆正压柜（3）内爆炸性气体的含量，并将检测结果传递给防爆正压柜plc控制箱（8）。当防爆正压柜（3）内无爆炸性气体，且防爆正压柜门（6）关闭一定时间后（时间根据防爆正压柜（3）大小、满足外供气源能够将正压柜（3）内气体全部轮换一遍的要求而定），防爆正压柜plc控制箱（8）控制为充电装置（2）进行供电，使其能给防爆轮式巡检机器人（1）进行充电工作。一旦防爆正压柜内传感器（10）检测到爆炸性气体，立即停止充电装置（2）的供电，从而保证充电过程的安全。
步骤六：防爆轮式巡检机器人（1）检测到充电完成后，将信息传递给上位机（7）及防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制切断充电装置（2）的电源，停止为防爆轮式巡检机器人（1）充电。
步骤七：防爆轮式巡检机器人（1）按照与充电路线相反的路径，向正压柜（3）外侧行走，当防爆轮式巡检机器人（1）行进至到位传感器二（5）位置时，到位传感器二（5）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行开门动作，将防爆正压柜门（6）打开。
步骤八：防爆轮式巡检机器人（1）继续向防爆正压柜（3）外侧行走，当行进至到位传感器一（4）位置时，到位传感器一（4）将信号传递给防爆正压柜plc控制箱（8），防爆正压柜plc控制箱（8）控制气动开门机（9）进行关门动作，从而将防爆正压柜门（6）关闭。
步骤九：防爆轮式巡检机器人（1）自动充电工作完成，防爆轮式巡检机器人（1）按照自身的行走路线进行相应的工作。需要充电时继续执行步骤一到步骤八即可。
本发明的工作原理为：利用防爆正压柜（3）在防爆区域能起到隔爆效果的优势，将不具备防爆区域使用的充电装置（2）置于其中，防爆轮式巡检机器人（1）通过穿越防爆正压柜门（6），在防爆正压柜（3）内实现安全充电。为了保证防爆正压柜门（6）能够实现自动关闭、开启，利用到位传感器一（4）和到位传感器二（5）完成开关门检测传感器的功能。通过防爆正压柜plc控制箱（8）对气动开门机（9）的控制实现防爆正压柜门（6）的自动开闭。同时在防爆正压柜门（6）开启时，为了防止爆炸性气体进入到防爆正压柜（3）内部，在防爆正压柜（3）内安装防爆正压柜内传感器（10），实时对防爆正压柜（3）内爆炸性气体进行检测。并且在防爆正压柜门（6）关闭，确保防爆正压柜（3）密封性后，借助正压防爆柜的特性，预留正压空气能够将柜内空气轮换一遍的时间，进而在延时之后为充电装置（2）进行供电，以便完成充电工作。正常情况下，充电装置（2）的供电触头与防爆轮式巡检机器人（1）的充电触头均不带电。同时防爆正压柜（3）内所有设备除了充电装置（2）外全部使用防爆设备，防止防爆正压柜门（6）开启时发生爆炸危险。上位机（7）安放于远程控制室，实现防爆轮式巡检机器人（1）与防爆正压柜plc控制箱（8）的信息采集及相关显，完成防爆轮式巡检机器人（1）的自动充电。
本发明尤其适用于有爆炸危险的危化环境下防爆轮式巡检机器人自动充电使用，通过此充电系统和充电方法，可以促进更多在防爆环境下充电设备的应用。该系统不仅提升了设备自动充电的安全程度，也提升了危险区域内使用机器人的实用性，促进了危化行业智能化水平的提升。