一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，其特征在于：包括设置于无人机上的无线充电发射装置和巡检机器人上的无线充电接收装置；所述无线充电发射装置，用于进行无线充电发射；所述无线充电接收装置，用于进行无线充电接收；所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B和发射线圈之间设置有自匹配系统。本发明专利技术利用无人机对巡检机器人进行充电，解决巡检机器人电量不足的问题，充电中不影响巡检机器人工作；同时在无线充电过程中实现充电电路的自匹配，具有很高的充电效率。

A self matching based wireless charging system for transmission line inspection robot

The invention discloses a power transmission line inspection robot wireless charging system based on self matching, characterized in that it comprises a set for wireless charging UAV launch wireless charging device and the inspection robot receiving device; the wireless transmitting device for wireless charging, charging emission; the wireless receiving device for charging. Wireless charging receiver; the wireless transmitting device comprises a transmitting coil and a power converter B; self matching system is arranged between the power converter and the transmitting coil B. The invention uses the UAV to charge the inspection robot, solves the problem of insufficient power of the inspection robot, does not affect the work of the inspection robot, and realizes the self matching of the charging circuit in the wireless charging process, so it has a high charging efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统
本专利技术涉及输电线设备，尤其是一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统。
技术介绍
传统的输电线路巡检方法主要以人工巡线为主，其巡线效率低，劳动强度大，工人经常野外工作，工作环境恶劣，并且跨越高山，密林，大河的输电线路档段的巡检难度更大。采用直升机巡检效率较高，但是其经济效益差，并且容易忽略输电线路的细微损坏。巡线机器人是一种用于巡检高压输电线路的特种机器人，可用于代替人工巡检，其巡检效率高，成像效果好，是机器人技术与输电线路巡检技术发展相结合的必然趋势。巡线机器人的行走，越障(通过直流电机和相关电路)以及检测(通过可见光摄像头，红外成像仪等)都需要机器人自带的蓄电池进行供电。巡线机器人续航能力是机器人的关键技术指标，其直接决定巡线机器人的巡线里程及工作时间。如果巡线机器人续航能力较低，则需要人工频繁上塔更换电池，给自动巡线带来极大不便。巡线机器人重量以及体积的控制使其电池容量不能无限制扩大。因此，在现有电池容量最大化的前提下寻找出在线充能及节能的有效途径是提升巡线机器人续航能力的主要手段。现有的巡检机器人的充电方式存在一些缺陷：1、采用太阳能电池板，但太阳能电池板在长期工作一段时间后，就需要维护或更换，这在重要的输电线路上就需要停电，所以此种方法不可靠；2、通过光纤进行激光供电，存在供电量小的缺点，且由于激光发射器、光纤、光电转换器易老化，极易影响供电质量；3、利用高压输电线的电流进行感应取电，即利用电流互感器从高压输电线进行感应取电。由于电流互感器一次侧电流变化很大，从数安培到数千安培变化，因此，在应用电流互感器实现电源时，需要考虑到线路的过电流、短路电流等非正常因素，还必须保证电流互感器二次侧电流稳定可靠。由于地线磁场信号相对导线较弱，故此种方法不适用于地线巡线机器人。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，利用无人机对巡检机器人进行充电，并且通过无线的方式进行充电，可以在巡检机器人行进中边充电边作业，能够解决巡检机器人由于体积限制造成携带电池电量不足的问题，同时充电过程不影响巡检机器人，方便快捷。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，包括设置于无人机上的无线充电发射装置和巡检机器人上的无线充电接收装置；所述无线充电发射装置，用于进行无线充电发射；所述无线充电接收装置，用于进行无线充电接收；所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B和发射线圈之间设置有自匹配系统。以上结构，无人机上的发射端与巡检机器人接收端之间进行充电，无人机携带充电装置到达输电线附近，对巡检机器人进行充电，解决巡检机器人电量不足的问题，同时利用了无人机的升降方便的特点，应用于输电线巡检的野外特殊环境中，与现有的充电方式相比，灵活性更强，使用更方便。进一步，所述无线充电接收装置包括接收线圈和功率变换器A；所述功率变换器A，用于将高频交流电压进行转化调节。进一步，所述功率变换器A包括AC-DC整流电路和DC-DC调压电路；所述AC-DC整流电路包括D1和D2并联，D1串接D3，D2串接D4，D3和D4之间连接电容C1，电容C1两端为输出。进一步，所述DC-DC调压电路采用BUCK降压型调压电路，包括MOS管S3分别与二极管D5和电感L连接，D5、电感L和电容C2组成回路，电容C2两端为输出。以上结构，由于接收线圈拾取的是交流电压，而巡检机器人工作需要一定的直流电压，接收电流需要进行整流和调压，AC-DC整流电路为不可控全桥整流电路，其中二极管采用的是肖特二极管，能够保证整流电路在高频下的正常工作；BUCK降压型调压电路的开关管采用MOS管，工作时通过电压比较电路对输出电压进行采样，控制芯片FPGA根据采样通过PWM控制对MOS管的占空比进行调节，从而保持输出电压的稳定。进一步，所述自匹配系统包括定向耦合模块、功率衰减模块、均方根检波模块、控制电路模块以及可控制的匹配电路模块；所述定向耦合模块，用于从传输的功率信号里提取出一个反射功率信号和前进功率信号；所述功率衰减模块，用于对采样的信号进行衰减；所述均方根检波模块，用于把交流输入信号转换成直流信号输出；所述控制电路模块，用于进行运算比较、状态判断和输出直流电压信号；所述匹配电路模块为自匹配电路。以上结构，由于线圈的阻抗会受周围环境变化的影响导致磁共振传输，产生反射功率信号，本专利技术能够实现线圈发射状态下与接收线圈之间的动态匹配；动态匹配的原理：在信号发射状态下,激励功率信号通过系统传输到天线的同时,将通过一个定向耦合器直接从这个前进功率信号采样,同时由另一个定向耦合器从线圈和匹配回路之间失配而产生的反射功率信号采样；由于发射信号是大功率信号,为了保证仪器的安全对采样信号需进行功率衰减,以保证信号在后续处理电路所规定的功率范围之内；从定向耦合器里采样的两组信号独立地作为两个均方根检波器的输入,均方根检波器再根据输入的信号产生控制电路所需要的直流信号；控制电路接收到来自均方根检波器的直流信号后,将其作为控制运算的变量,进行匹配网络匹配效果的判断，判断后的结果将以直流电压的形式输出，通过输出直流电压的变化对匹配网络阻抗的影响,以实现动态匹配的最佳效果。进一步，所述自匹配电路包括二极管D6、电容C21、C22组成的回路，电容C21、C22之间连接电感L3，电感L3连接输出，二极管D6和电容C21之间连接输入电路。以上结构，在L型的阻抗匹配电路里添加了一个变容二极管,以作为匹配电路里的微调节器件,其呈现的电纳大小受控制电路的输出直流电压控制,因而可实现电路的自匹配。进一步，所述无人机还包括悬浮装置，用于为无人机提供提升力，将无人机悬浮在空中。以上结构，由于在无人机上设置有悬浮装置，可实现无人机悬浮在空中，与巡检机器人保持一定的距离进行充电，同时在充电中，悬浮装置的提升力替代无人机自身的提升力，节省无人机的能量消耗，同时能够延长充电时间。进一步，所述悬浮装置包括氢气球、热气球或降落伞。进一步，所述无线充电接收装置和无线充电发射装置包括共振线圈。以上结构，无线充电方式采用磁共振的方式，由于无人机和巡检机器人之间的距离越大，耦合机构的互感系数就会越小，线圈的耦合程度弱；在发射线圈和接收线圈之间的耦合机构中加入共振线圈，能够得到更大的高频感应电压和电流，产生更强的磁场，从而提高充电的效率，同时充电距离更长。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、实现巡检机器人的充电，为巡检机器人续航，不需要更换电池，连续作用时间长。2、充电方式快和方便，不需要在输电线上设置其他的设备，利用无人机接近输电线上的巡检机器人，非常方便的上下输电线。3、实现巡检机器人的动态充电，无人机能够随着巡检机器人飞行，保持与巡检机器人之间的距离，能够使巡检机器人边作业边充电，不影响巡检机器人的工作，同时能够动态调整无线磁共振传输的谐振频率，提供传输效率。4、能够实现在一些恶劣环境下的充电，在地面与巡检机器人距离远的时候，一般的充电装置无法到达，但无人机没有地形的限制，实现远距离的充电，同时能够随时进行充电，充电方式非常灵活。5、实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，其特征在于：包括设置于无人机上的无线充电发射装置和巡检机器人上的无线充电接收装置；所述无线充电发射装置，用于进行无线充电发射；所述无线充电接收装置，用于进行无线充电接收；所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B和发射线圈之间设置有自匹配系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，其特征在于：包括设置于无人机上的无线充电发射装置和巡检机器人上的无线充电接收装置；所述无线充电发射装置，用于进行无线充电发射；所述无线充电接收装置，用于进行无线充电接收；所述无线充电发射装置包括发射线圈和功率变换器B；所述功率变换器B和发射线圈之间设置有自匹配系统。2.根据权利要求1所述的基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，其特征在于：所述无线充电接收装置包括接收线圈和功率变换器A；所述功率变换器A，用于将高频交流电压进行转化调节。3.根据权利要求2所述的基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，其特征在于：所述功率变换器A包括AC-DC整流电路和DC-DC调压电路；所述AC-DC整流电路包括D1和D2并联，D1串接D3，D2串接D4，D3和D4之间连接电容C1，电容C1两端为输出。4.根据权利要求2所述的基于自匹配的输电线巡检机器人无线充电系统，其特征在于：所述DC-DC调压电路采用BUCK降压型调压电路，包括MOS管S3分别与二极管D5和电感L连接，D5、电感L和电容C2组成回路，电容C2两端为输出。5.根据权利要求1所述的基于自匹配的输电线巡检机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟，
申请(专利权)人：成都意町工业产品设计有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51