专利名称：基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到冷凝器清洗设备领域，特指一种采用无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人。
背景技术：
冷凝器运行时，由于冷却水质的不洁净、热交换时发生化学反应等原因，致使换热铜管内壁积聚了污垢。污垢的存在，降低了换热面的传热能力，使得汽轮机排汽温度升高，输出功率减少，热耗率增加，因此必须进行清洗。与传统的人工清洗和胶球清洗相比，在线清洗机器人具有自动化程度高、清洗效果好的优点，是实现冷凝器高效清洗的有力工具。由于在线清洗机器人长期作业于密封的水室，运行环境复杂，目前还存在一些尚 未解决的关键技术问题，比如一是供电问题，现有清洗机器人的动力通过电缆从外部电源引入，由于长期浸泡于水中并承受水流的冲击，供电电缆常出现老化、缠绕、磨损、脱落等问题，将会严重影响到清洗机器人的工作效率与使用寿命。现有解决的办法是采用高能电池为清洗机器人供电，但目前由高能电池供电的机器人都使用接插式充电方式，这种方式在水下密封性方面、充电的管理上都存在问题，而且电池的寿命受到充放电次数的限制。当电池失效时还需要更换电池，由于清洗机器人安装在密封的冷凝器中，所以汽轮机组必须停机才能更换，因此其应用受到很大限制。二是定位精度问题，在线清洗机器人根据冷凝器的管束布置确定各冷凝管的坐标并通过对机器臂的伺服控制实现冷凝管的精确定位。由于机器人长期运行产生的机械磨损以及冷凝器管束布置图纸与实际尺寸的偏差，使得机器人的定位精度较低，从而影响清洗效果。目前，有采用视觉图像实现清洗机器人精确定位的报道，但由于循环冷却水浑浊度变化幅度大，图像处理的效果并不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构较简单紧凑、智能化程度高、清洗效率高、移动灵活、定位精准的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，包括位于冷凝器水室中的清洗机器人本体、升降机构以及无线电能供电装置，所述无线供电装置包括无线供电控制器、冷凝器顶部无线电能发送装置、冷凝器底部无线电能发送装置、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置，所述冷凝器顶部无线电能发送装置安装于冷凝器水室的顶部，所述冷凝器底部无线电能发送装置安装于冷凝器水室的底部，所述清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置安装于清洗机器人本体的顶部用来与冷凝器顶部无线电能发送装置对应配合以完成供电，所述清洗机器人箱体底部无线电能接收装置安装于清洗机器人本体的底部用来与冷凝器底部无线电能发送装置对应配合以完成供电。
作为本发明的进一步改进所述冷凝器顶部无线电能发送装置、冷凝器底部无线电能发送装置、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置均采用铜线绕制的螺旋线圈。所述冷凝器顶部无线电能发送装置、冷凝器底部无线电能发送装置、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置上均设有散热器，所述该散热器为非金属水冷式散热器，所述非金属水冷式散热器内部开设有散热器水孔。本发明进一步还包括安装于冷凝器水室中的水下超声波传感器和水质磁导率传感器，所述水质磁导率传感器用来检测冷凝器水室中的水质磁导率，所述水下超声波传感器用来检测冷凝器顶部无线电能发送装置与、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置之间的距离和/或冷凝器底部无线电能发送装置与清洗机器人箱体底部无线电能接收装置之间的距离；所述无线供电控制器根据水下超声波传感器和水质磁导率传感器的检测结果调节冷凝器顶部无线电能发送装置和冷凝器底部无线电能发送装置的工作频率。 所述清洗机器人本体包括清洗机器人箱体、清洗机器人控制器、大臂、大臂驱动组件、小臂、小臂驱动组件、压力水管以及高压水泵，所述大臂的一端安装于清洗机器人箱体上并可在大臂驱动组件的驱动下转动，所述大臂的另一端与小臂的一端相连，所述小臂可在小臂驱动组件的驱动下转动，小臂的另一端上设有喷嘴，所述压力水管的进水端与高压水泵相连，所述压力水管的出水端与喷嘴连通。所述高压水泵与压力水管之间设置水泵进水滤网。所述小臂上设置磁感应定位装置，所述磁感应定位装置包括三个沿圆周依次布置的磁感应传感器，所述磁感应传感器的线圈作为LC振荡电路的振荡线圈。所述磁感应传感器的头部与喷嘴平齐安装在喷嘴外围边上。与现有技术相比，本发明的优点在于I、本发明的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，为使用无线电能发送装置和无线电能接收装置的冷凝器水下清洗机器人，很好地解决了水下机器人接触式充电而产生的密封性问题，实现了机器人的高度自动化，由于没有任何电缆的连接使机器人工作时变得更加灵活，解决了有缆水下机器人常出现的电缆老化、缠绕、磨损、脱落、移动不灵活等问题。2、本发明的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，使用磁感器定位装置对冷凝铜管进行定位，使清洗机器人能够更加准确地对准冷凝铜管，从而使清洗效果更加理想。3、本发明的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，清洗所需的水从冷凝器冷却水中抽取，与外接水管方式相比能节约用水，并使清洗机器人移动更加灵活。
图I是本发明的主视结构示意图。图2是本发明的侧视结构示意图。图3是本发明中磁感应定位装置应用实例的主视示意图。图4是本发明中磁感应定位装置应用实例的侧视示意图。
图5是本发明在具体应用实例中清洗机器人内部电能处理的流程示意图。图例说明I.升降机构伺服电机；2.升降机构变速器；3.冷凝器顶部无线电能发送装置；
4.升降丝杆；5.清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置；6.清洗机器人控制器；7.升降螺母；8.大臂伺服电机；9.大臂变速器；10.小臂伺服驱动器；11.大臂；12.清洗机器人箱体底部无线电能接收装置；13.小臂伺服驱动电机；14.压力水管；15.小臂变速器；16.冷凝铜管；17.冷凝器底部无线电能发送装置；18.清洗机器人箱体；19.大臂伺服驱动器；20.小臂；21.喷嘴；22.磁感应定位装置；23.无线供电控制器；24.无线通信装置；25.高压水泵电机；26.高压水泵；27.水泵进水滤网；28.冷凝器水室；221.第一磁感应传感器；222.第二磁感应传感器；223.第三磁感应传感器；224.第四磁感应传感器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图I和图2所示，本发明的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，包括位于冷凝器水室28中的清洗机器人本体、升降机构以及无线电能供电装置，无线供电装置包括无线供电控制器23、冷凝器顶部无线电能发送装置3、冷凝器底部无线电能发送装置17、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12，冷凝器顶部无线电能发送装置3安装于冷凝器水室28的顶部，冷凝器底部无线电能发送装置17安装于冷凝器水室28的底部，清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5安装于清洗机器人本体的顶部用来与冷凝器顶部无线电能发送装置3对应配合以完成供电，清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12安装于清洗机器人本体的底部用来与冷凝器底部无线电能发送装置17对应配合以完成供电。无线供电控制器23用来控制整个无线供电装置的运行，使冷凝器清洗机器人能够得到连续稳定的电能。无线供电控制器23安装在冷凝器水室28的顶部用以控制冷凝器顶部无线电能发送装置3向清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5发送电能、及控制冷凝器底部无线电能发送装置17向清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12发送电能。本实施例中，冷凝器顶部无线电能发送装置3、冷凝器底部无线电能发送装置17、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12均采用铜线绕制的螺旋线圈；其工作原理为冷凝器顶部无线电能发送装置3和冷凝器底部无线电能发送装置17发出一定频率的交变电磁场，清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5和清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12感应到该交变电磁场后产生相同频率交变电流，该交变电流在清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12中又产生相同频率的交变电磁场。由于两个装置的振荡频率相同，故两者产生共振作用使能量的传递作用得到加强，最终使电能最大程度地从冷凝器顶部无线电能发送装置3和冷凝器底部无线电能发送装置17通过电磁场方式传送到清洗机器人主体上。本实施例中，还可进一步在冷凝器顶部无线电能发送装置3、冷凝器底部无线电能发送装置17、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12的底部均设有散热器(图中未示)，该散热器对上述部件进行散热，以保持正常的温度，进而提高电能传送效率的作用。该散热器可以采用非金属水冷式散热器，其内部的散热器水孔中流过冷凝水以增大散热器的散热效果。本实施例中，还可进一步在冷凝器顶部无线电能发送装置3的下方或冷凝器底部无线电能发送装置17的上方设有水下超声波传感器(图中未示)，利用水下超声波传感器能够检测并计算出冷凝器水室28顶部的冷凝器顶部无线电能发送装置3与清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5之间的距离、及冷凝器底部无线电能发送装置17与清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12之间的距离。同时，在冷凝器水室28中设有水质磁导率传感器，使用水质磁导率传感器检测水质磁导率，将水下超声波传感器和水质磁导率传感器的结果用于调节无线供能装置的工作频率。无线供电控制器23根据水下超声波传感器提供的距离、控制器检测到的负载负荷大小以及水质磁导率传感器检测到得水质磁导率，使用系统控制算法得出无线供能发送装置正常工作状态所需的工作振动频率，并按照计算结果输出控制指令对两个无线供能装置工作状态进行调整。该系统控制算法的步骤为·(I)检测冷凝器水室28顶部的冷凝器顶部无线电能发送装置3与清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置5的距离Cl1，冷凝器底部无线电能发送装置17与清洗机器人箱体底部无线电能接收装置12的距离d2。(2)无线供电控制器23检测清洗机器人主体与负载功率Ps对应的所需电能。(3)无线供电控制器23通过水质磁导率传感器检测水质的磁导率μ。(4)无线供电控制器23将以上检测到的参数代入以下计算公式，计算出冷凝器顶部无线电能发送装置3的工作频率、冷凝器底部无线电能发送装置17的工作频率f2。
7 ·~μΝ \其中Us为负载端电压有效值；Ν为对应的无线供能接受装置中线圈的匝数；r为对应的无线供能装置中线圈的半径；以上均为定值。(5)无线供电控制器23根据步骤(4)得到的工作频率分别调节冷凝器顶部无线电能发送装置3、冷凝器底部无线电能发送装置17的工作频率。上述的频率计算公式由以下推导而得根据功率计算公式:PS=⑴
Κ .式中PS为负载功率;US为负载端电压有效值；Rl为负载阻抗值。法拉第电磁感应定律f = γ-(2)
dt式中ε为感应电动势；Φ为通过线圈的磁通量；
NI磁通量渰=/Λ= pHS - μ -η- S、)μ为空气磁导率；1为磁链长度；Ν为线圈匝数；S为线圈面积；1为通过线圈导线的电流大小；(3)式代入⑵式得
权利要求
1.一种基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于包括位于冷凝器水室(28)中的清洗机器人本体、升降机构以及无线电能供电装置，所述无线供电装置包括无线供电控制器(23)、冷凝器顶部无线电能发送装置(3)、冷凝器底部无线电能发送装置(17)、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置(5)、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置(12)，所述冷凝器顶部无线电能发送装置(3)安装于冷凝器水室(28)的顶部，所述冷凝器底部无线电能发送装置(17)安装于冷凝器水室(28)的底部，所述清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置(5)安装于清洗机器人本体的顶部用来与冷凝器顶部无线电能发送装置(3)对应配合以完成供电，所述清洗机器人箱体底部无线电能接收装置(12)安装于清洗机器人本体的底部用来与冷凝器底部无线电能发送装置(17)对应配合以完成供电。
2.根据权利要求I所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于所述冷凝器顶部无线电能发送装置(3)、冷凝器底部无线电能发送装置(17)、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置(5)、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置(12)均采用铜线绕制的螺旋线圈。
3.根据权利要求I所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于所述冷凝器顶部无线电能发送装置(3)、冷凝器底部无线电能发送装置(17)、清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置(5)、清洗机器人箱体底部无线电能接收装置(12)上均设有散热器，所述该散热器为非金属水冷式散热器，所述非金属水冷式散热器内部开设有散热器水孔。
4.根据权利要求I所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于还包括安装于冷凝器水室(28)中的水下超声波传感器和水质磁导率传感器，所述水质磁导率传感器用来检测冷凝器水室(28)中的水质磁导率，所述水下超声波传感器用来检测冷凝器顶部无线电能发送装置(3)与清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置(5)之间的距离和/或冷凝器底部无线电能发送装置(17)与清洗机器人箱体底部无线电能接收装置(12)之间的距离；所述无线供电控制器(23)根据水下超声波传感器和水质磁导率传感器的检测结果调节冷凝器顶部无线电能发送装置(3)和冷凝器底部无线电能发送装置(17)的工作频率。
5.根据权利要求I或2或3或4所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于所述清洗机器人本体包括清洗机器人箱体(18)、清洗机器人控制器(6)、大臂(11)、大臂驱动组件、小臂(20)、小臂驱动组件、压力水管(14)以及高压水泵(26)，所述大臂(11)的一端安装于清洗机器人箱体(18)上并可在大臂驱动组件的驱动下转动，所述大臂(11)的另一端与小臂(20)的一端相连，所述小臂(20)可在小臂驱动组件的驱动下转动，小臂(20)的另一端上设有喷嘴(21)，所述压力水管(14)的进水端与高压水泵(26)相连，所述压力水管(14)的出水端与喷嘴(21)连通。
6.根据权利要求5所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于所述高压水泵(26)与压力水管(14)之间设置水泵进水滤网(27)。
7.根据权利要求5所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于所述小臂(20)上设置磁感应定位装置(22)，所述磁感应定位装置(22)包括三个沿圆周依次布置的磁感应传感器，所述磁感应传感器的线圈作为LC振荡电路的振荡线圈。
8.根据权利要求7所述的基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，其特征在于所述磁感应传感器的头部与喷嘴(21)平齐安装在喷嘴(21)外围边上。
全文摘要
一种基于无线供电与磁感应定位的冷凝器在线清洗机器人，包括位于冷凝器水室中的清洗机器人本体、升降机构以及无线电能供电装置，无线供电装置中的冷凝器顶部无线电能发送装置安装于冷凝器水室的顶部，冷凝器底部无线电能发送装置安装于冷凝器水室的底部，清洗机器人箱体顶部无线电能接收装置安装于清洗机器人本体的顶部用来与冷凝器顶部无线电能发送装置对应配合以完成供电，清洗机器人箱体底部无线电能接收装置安装于清洗机器人本体的底部用来与冷凝器底部无线电能发送装置对应配合以完成供电。本发明具有结构较简单紧凑、智能化程度高、清洗效率高、移动灵活、定位精准等优点。
文档编号F28G9/00GK102818479SQ201210313179
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者樊绍胜, 霍兆镜 申请人:长沙理工大学