一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统及其方法与流程

本发明涉及可移动非接触感应取电技术领域，是一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统及其方法。

背景技术：

本发明的背景技术为巡线机器人的电能获取与运动问题。采用500kv高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式，为保证其安全可靠地运行，定期检测与维护十分必要。利用巡线机器人可以解决传统检测方式的许多弊端，但巡线机器人的电能供应问题使用没有很好地解决。

目前，国内外的巡线机器人大都采用蓄电池供电，但是蓄电池的充电和寿命都影响到了长期稳定运行，并且蓄电池重量大、体积大、电能密度小，给机器人的运动和爬坡带来了极大的困难，同时增加了机器人的能耗。近期应用较多直接从架空线路取电的巡线机器人由于取电难度大、隔离难度大、无法运动等问题，难以在应用中发挥其价值。

现有的为巡线机器人充电的方式存在如下缺陷：

光伏板蓄电池大电流充电会缩短电池的寿命，并且在阴雨天气情况下，无法保证光伏板持续供电问题，无法保证设备的可靠运行。光伏板表面的积灰问题也会严重影响设备的工作效率。

传统的从架空线路取电的巡线机器人无法获得足够的电能驱动减速电机，现有巡线机器人充电时无法实现移动式充电，因此造成移动困难，难以实现全线路的检查。

技术实现要素：

本发明为利用较少数量的传感器完成特殊位置上的较高精度的检测，本发明提供了一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统及其方法，本发明提供了以下技术方案：

一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统，所述系统包括：取电ct、机械臂、减速电机、驱动器、系统控制器、压力传感器和光电传感器；

所述取电ct外侧的取电臂与机械臂固定连接，所述压力传感器采集取电ct的磁环间的压力信号，所述压力传感器将采集到的压力信号反馈至系统控制器，所述光电传感器采集机械臂的位置信号，所述光电传感器将采集到的位置信号反馈至系统控制器，所述系统控制器发出开启、闭合或者停止信号至驱动器，所述驱动器驱动并控制减速电机，所述减速电机通过连杆机构控制机械臂，所述机械手臂控制取电ct的开启或闭合，所述取电ct闭合取电为高压巡线机器人进行供电。

优选地，所述取电ct采用可移动的开启式分体取电ct装置。

优选地，所述取电ct的外径为133.5mm，内径75.0mm，高度81.1mm，重量3kg；所述取电ct内带3组可拆卸橡胶欧姆圈。

优选地，所述取电ct的取电线圈铁芯的铁磁材料采用硅钢片。

一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过系统控制器控制取电ct的闭合，取电ct闭合后进行取电，为高压巡线机器人进行供电；

步骤2：通过系统控制器控制取电ct的开启，取电ct开启后停止取电；

步骤3：通过系统控制器根据采集到的采集机械臂的位置信号，控制取电ct停止开启。

优选地，所述步骤1具体为：

当要合拢到闭合状态时，系统控制器控制两台减速电机输出，两台减速电机分别通过连杆机构控制开启式分体取电ct合拢，采用压力传感器采集取电ct的磁环间的压力信号，压力传感器将采集到的当前时刻的压力信号反馈至系统控制器，得到当前时刻压力信号，根据当前时刻压力信号，系统控制器控制减速电机输出，使得开启式分体取电ct达到完全闭合状态，控制器停止对减速电机的输出，ct合拢动作结束。

优选地，所述将压力传感器的将压力值转换为电阻值，当压力传感器承受最大压力时，电阻值为200ω，无承受压力时其阻值为正无穷大，所述系统控制器将压力传感器值的变化调整为1-3v的电压进行判断，当输出电压值大于2.5v时，即开启式分体取电ct达到完全闭合状态。

优选地，所述步骤2具体为：

系统控制器控制所述光电传感器采集机械臂的位置信号，根据位置信号确定开启式分体取电ct间的距离，根据此时开启式分体取电ct间的距离与参考距离进行对比，当此时开启式分体取电ct间的距离未达到参考距离时，系统控制器控制减速电机持续输出，当此时开启式分体取电ct间的距离达到参考距离时，即达到完全开启状态，控制器停止对减速电机的输出，ct打开动作结束。

优选地，所述根据位置信号确定开启式分体取电ct间的距离，根据此时开启式分体取电ct间的距离与参考距离进行对比具体为：

所述光电传感器安装在开启式分体取电ct完全分离时机械臂所处的位置，当机械臂未到达参考距离时，光电传感器输出0v信号，当机械臂到达参考距离时，光电传感器输出一个3.3v的电压信号，所述开启式分体取电ct达到完全开启状态。

优选地，所述光电传感器采集机械臂的位置信号，根据位置信号确定开启式分体取电ct间的距离，当此时开启式分体取电ct间的距离达到一定距离时，光电传感器输出2.5v信号，控制减速电机输出减小，从而缓慢打开或闭合，避免ct损坏。

本发明具有以下有益效果：

本发明可以通过控制实现对机器人搭载锂电池组的持续充电，具有过压、过流保护功能，可以自动检测，控制取电系统的启动充电与停止。与目前市场上已有的类似功能的取电模块相比，本发明允许的电流波动范围更大，可在10a～1000a范围内工作。

本作品对现有ct取电模达到在500kv的高压输电线上取电，应对电路故障所产生的相当大的短路电流的技术要求。电动操作臂实现对可开闭式结构的控制，在拆卸时打开取电装置，巡线过程中再保持取电装置闭合。本发明解决了传统的从架空线路取电的巡线机器人无法获得足够的电能驱动减速电机，因此造成移动困难，难以实现全线路的检查。

附图说明

图1为高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统框图；

图2为高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统示意图；

图3为高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统实物图；

图4为一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制方法流程图；

图5为可开闭式感应取电装置取电ct部分结构图；

图6为可开闭式ct取电装置取电线圈磁场分布图；

图7为巡线机器人开闭式取电结构图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图7所示，本发明提供一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统及其方法，具体为：

一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统，所述系统包括：取电ct、机械臂、减速电机、驱动器、系统控制器、压力传感器和光电传感器；

所述取电ct外侧的取电臂与机械臂固定连接，所述压力传感器采集取电ct的磁环间的压力信号，所述压力传感器将采集到的压力信号反馈至系统控制器，所述光电传感器采集机械臂的位置信号，所述光电传感器将采集到的位置信号反馈至系统控制器，所述系统控制器发出开启、闭合或者停止信号至驱动器，所述驱动器驱动并控制减速电机，所述减速电机通过连杆机构控制机械臂，所述机械手臂控制取电ct的开启或闭合，所述取电ct闭合取电为高压巡线机器人进行供电。所述取电ct采用可移动的开启式分体取电ct装置。所述取电ct的外径为133.5mm，内径75.0mm，高度81.1mm，重量3kg；所述取电ct内带3组可拆卸橡胶欧姆圈。所述取电ct的取电线圈铁芯的铁磁材料采用硅钢片。

取电线圈采用工业应用中常用的高压输电取电线圈。采用开启式分体ct，结构参数为：外径133.5mm，内径75.0mm，高度81.1mm，重量3kg(单模块)，内带3组可拆卸橡胶欧姆圈(卡紧用)，最大导线直径28.6mm。取电线圈铁芯的铁磁材料可以采用硅钢片。根据500kv输电线上电流最大1000a(4根线)、最小值600a，线宽30mm，线间距500mm，确定单线束电流范围150a～250a，匝数比1：500。

本发明提供一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过系统控制器控制取电ct的闭合，取电ct闭合后进行取电，为高压巡线机器人进行供电；

所述步骤1具体为：

当要合拢到闭合状态时，系统控制器控制两台减速电机输出，两台减速电机分别通过连杆机构控制开启式分体取电ct合拢，采用压力传感器采集取电ct的磁环间的压力信号，压力传感器将采集到的当前时刻的压力信号反馈至系统控制器，得到当前时刻压力信号，根据当前时刻压力信号，系统控制器控制减速电机输出，使得开启式分体取电ct达到完全闭合状态，控制器停止对减速电机的输出，ct合拢动作结束。

所述将压力传感器的将压力值转换为电阻值，当压力传感器承受最大压力时，电阻值为200ω，无承受压力时其阻值为正无穷大，所述系统控制器将压力传感器值的变化调整为1-3v的电压进行判断，当输出电压值大于2.5v时，即开启式分体取电ct达到完全闭合状态。

步骤2：通过系统控制器控制取电ct的开启，取电ct开启后停止取电；

所述步骤2具体为：

系统控制器控制所述光电传感器采集机械臂的位置信号，根据位置信号确定开启式分体取电ct间的距离，根据此时开启式分体取电ct间的距离与参考距离进行对比，当此时开启式分体取电ct间的距离未达到参考距离时，系统控制器控制减速电机持续输出，当此时开启式分体取电ct间的距离达到参考距离时，即达到完全开启状态，控制器停止对减速电机的输出，ct打开动作结束。

所述光电传感器安装在开启式分体取电ct完全分离时机械臂所处的位置，当机械臂未到达参考距离时，光电传感器输出0v信号，当机械臂到达参考距离时，光电传感器输出一个3.3v的电压信号，所述开启式分体取电ct达到完全开启状态。

步骤3：通过系统控制器根据采集到的采集机械臂的位置信号，控制取电ct停止开启。

优选地，所述光电传感器采集机械臂的位置信号，根据位置信号确定开启式分体取电ct间的距离，当此时开启式分体取电ct间的距离达到一定距离时，光电传感器输出2.5v信号，控制减速电机输出减小，从而缓慢打开或闭合，避免ct损坏。

可开闭式ct取电装置取电线圈磁场分布如下图2所示，取圆环导线宽30mm、外径120mm、内径100mm、匝数比为1：500，可知磁场沿环分布，接收线圈与高压母线耦合情况较好，取电传输效率达到92％。

以输电导线流过的电流作为取电线圈一次侧，匝数n1视为1。二次侧输出电压u2，其有效值为

式中：f为一次侧电流i1的频率；e2为二次侧感应电动势有效值；n2为二次侧线圈匝数；φmax为取电线圈铁芯主磁通的最大值。且流过电阻性负载的电流有效值为i2，那么取电线圈的输出功率p2为

其中：

bmax＝μeh＝μedn1i1max(4)

式中：a为取电线圈铁芯横截面积；μr为硅钢片铁芯磁导率；μe为带气隙铁芯的等效磁导率；2δ为铁芯气隙长度；d为总磁路长度；n1＝1；i1max为一次侧流过的最大幅值。

以上所述仅是一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统及其方法的优选实施方式，一种高压巡线机器人的可移动非接触感应取电控制系统及其方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。