變電站巡檢機(jī)器人自動(dòng)充電方案研究

0巡檢機(jī)器人技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)和能源體制改革的發(fā)展，智能化電網(wǎng)建設(shè)逐步加快，部分智能化自動(dòng)監(jiān)控機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)已成為現(xiàn)實(shí)。變電站巡檢機(jī)器人整合機(jī)器人技術(shù)、電力設(shè)備非接觸檢測(cè)技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等,能夠?qū)崿F(xiàn)變電站全天候、全方位、全自主智能巡檢和監(jiān)控,有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度和變電站運(yùn)維成本,提高正常巡檢作業(yè)和管理的自動(dòng)化、智能化水平,為智能變電站和無(wú)人值守變電站提供創(chuàng)新型的技術(shù)檢測(cè)手段和全方位的安全保障,更好更快地推進(jìn)變電站無(wú)人值守的進(jìn)程。采用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行變電站巡檢,既具有人工巡檢的靈活性、智能性,同時(shí)也克服和彌補(bǔ)了人工巡檢存在的一些缺陷和不足,更適應(yīng)智能變電站和無(wú)人值守變電站發(fā)展的實(shí)際需求,是智能變電站和無(wú)人值守變電站巡檢技術(shù)的發(fā)展方向,具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。為具備靈活的運(yùn)動(dòng)特性,巡檢機(jī)器人采用電池作為動(dòng)力源。但電池容量有限,且隨著充電次數(shù)增加,電池容量不斷下降。機(jī)器人一次充電只夠維持幾個(gè)小時(shí)的連續(xù)工作,一旦電池的電量不足,必須及時(shí)充電。如果采用手動(dòng)充電,既增加了變電站運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度,也無(wú)法體現(xiàn)出機(jī)器人完全自主運(yùn)行的理念。巡檢機(jī)器人如何在無(wú)人干預(yù)條件下自動(dòng)補(bǔ)充能源是實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人完全自治需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。本文概要介紹了變電站巡檢機(jī)器人的充電技術(shù),重點(diǎn)介紹了自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)、充電室等變電站巡檢機(jī)器人充電關(guān)鍵技術(shù)。1自動(dòng)電氣連接與剝離巡檢機(jī)器人需要補(bǔ)充電力時(shí),基于磁軌道引導(dǎo),RFID標(biāo)簽定位,自動(dòng)駛向指定充電點(diǎn),在可能面臨障礙物的情況下,機(jī)器人系統(tǒng)需要停障或避障能力以及路徑規(guī)劃能力。機(jī)器人和充電座必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電氣連接與脫離。一般情況下,在機(jī)器人上設(shè)計(jì)一個(gè)公頭連接器,在充電座上設(shè)計(jì)一個(gè)母頭連接器,可通過(guò)調(diào)整機(jī)器人位置或控制充電臂的位置實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的充電插頭與充電座的自動(dòng)對(duì)接與斷開。由于導(dǎo)航定位均存在精度問(wèn)題,所以充電裝置對(duì)接需要有一定的誤差容忍度,當(dāng)出現(xiàn)較小偏差時(shí),對(duì)接也應(yīng)該成功,一個(gè)真正健康的機(jī)器人充電系統(tǒng)必須具有容錯(cuò)及自主糾錯(cuò)功能。充電完成后,機(jī)器人自動(dòng)停止充電,待命或投入正常運(yùn)行。整個(gè)充電過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,無(wú)需人工干預(yù)。2正在檢查中的機(jī)器人充電技術(shù)2.1自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)控制自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)安裝在巡檢機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)上,當(dāng)巡檢機(jī)器人需要充電時(shí),機(jī)器人按照指令移動(dòng)到充電室指定位置,自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)進(jìn)行充電對(duì)接操作。充電完成后,機(jī)器人自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)斷開電氣連接。自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)包含直線導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、彈性減震結(jié)構(gòu)、位置檢測(cè)結(jié)構(gòu)、充電對(duì)接結(jié)構(gòu)等。自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)及充電座工作示意圖如圖1所示。2.1.1充電機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿安裝直線導(dǎo)向結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)桿、導(dǎo)套、平鍵、直線推桿及充電機(jī)構(gòu)后座組成。導(dǎo)桿固定在充電機(jī)構(gòu)后座上,充電機(jī)構(gòu)后座通過(guò)平鍵與直線推桿相連接,導(dǎo)套鑲嵌在充電機(jī)構(gòu)上座中。導(dǎo)桿在導(dǎo)套內(nèi)運(yùn)動(dòng),既保證了動(dòng)作的直線度,又保證了定位要求,提高了充電過(guò)程的直線運(yùn)動(dòng)精度。2.1.2震動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇巡檢機(jī)器人在巡檢工作中遇到的路面情況復(fù)雜,時(shí)常會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生顛簸的現(xiàn)象。自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)增加減震結(jié)構(gòu)可以減少震動(dòng)對(duì)自身帶來(lái)的影響。減震結(jié)構(gòu)主要由彈簧、導(dǎo)向軸、橡膠套、彈簧擋片組成。彈簧兩端用彈簧擋片進(jìn)行壓緊,導(dǎo)向軸從彈簧的中間穿過(guò),橡膠套安裝在導(dǎo)向軸上,以消除彈簧與導(dǎo)向軸摩擦所產(chǎn)生的影響。整個(gè)減震結(jié)構(gòu)是利用彈簧的彈性形變達(dá)到整體減震效果,從而降低震動(dòng)帶來(lái)的影響,提高自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)的安全性能。2.1.3充電機(jī)構(gòu)下座的控制板控制在巡檢機(jī)器人充電的過(guò)程中要對(duì)其充電機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,這樣才能確保機(jī)器人充電過(guò)程安全可靠。充電機(jī)構(gòu)精確位置控制結(jié)構(gòu)主要由安裝在充電機(jī)構(gòu)前座、充電機(jī)構(gòu)下座及直線推桿中的限位開關(guān)組成。當(dāng)限位開關(guān)發(fā)出信號(hào)時(shí),充電機(jī)構(gòu)控制板發(fā)出相應(yīng)指令保證對(duì)充電機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的位置動(dòng)作控制。當(dāng)充電機(jī)構(gòu)伸出后,通過(guò)檢測(cè)充電機(jī)構(gòu)前座上的限位開關(guān)信號(hào),確保充電極片與充電基板相接觸。如果接收到接觸信號(hào),充電機(jī)構(gòu)停止伸出,機(jī)器人進(jìn)入充電狀態(tài)。充電結(jié)束后,充電機(jī)構(gòu)收回,當(dāng)固定在充電機(jī)構(gòu)下座的限位開關(guān)接收到信號(hào)后,充電機(jī)構(gòu)停止工作,反饋給機(jī)器人本體工控機(jī),進(jìn)行下一步工作。2.1.4充電極片、充電座與充電極片自動(dòng)充電機(jī)構(gòu)要與充電箱上的充電座進(jìn)行充電對(duì)接操作。充電對(duì)接結(jié)構(gòu)主要由充電機(jī)構(gòu)前座、充電極片、充電座與充電基板組成。充電極片固定在充電機(jī)構(gòu)前座的凹槽內(nèi),當(dāng)充電機(jī)構(gòu)伸出時(shí),充電極片與固定在充電座中的充電基板接觸開始充電工作。經(jīng)測(cè)試,自動(dòng)充電對(duì)接結(jié)構(gòu)水平方向上有±15°、±10cm的誤差容忍度,垂直方向上有±1cm的誤差容忍度,能夠滿足充電對(duì)接誤差容忍度的要求。2.2正常充電和安全防護(hù)充電室是機(jī)器人的能源補(bǔ)給場(chǎng)所,是智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的重要組成部分。充電室為保證機(jī)器人在惡劣天氣下正常充電和安全防護(hù)發(fā)揮了重要作用。充電室質(zhì)量的好壞直接影響機(jī)器人的正常運(yùn)行。充電室要求外型美觀大方,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,支撐穩(wěn)定,焊接緊固可靠,防風(fēng)、防潮、防銹、阻燃等特性較好,便于整體運(yùn)輸、短途搬運(yùn)及現(xiàn)場(chǎng)安裝。充電室外觀及主要部件如圖2所示。2.2.1巡檢機(jī)器人控制模塊充電室不裝門,惡劣天氣會(huì)影響充電室的設(shè)備運(yùn)行,無(wú)法保證機(jī)器人充電的長(zhǎng)期可靠性。充電室裝上門,但如果依靠人工為機(jī)器人打開或關(guān)閉充電室,則耗時(shí)費(fèi)力,且降低了機(jī)器人的工作效率和智能化程度。所以充電室安裝自動(dòng)門,并與巡視任務(wù)聯(lián)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長(zhǎng)期自主運(yùn)行所必須解決的問(wèn)題。變電站巡檢機(jī)器人完成巡檢任務(wù)后,基于磁軌道引導(dǎo)和RFID標(biāo)簽定位,到達(dá)充電室自動(dòng)門前預(yù)定位置后,巡檢機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)上的工控機(jī)通過(guò)無(wú)線通信給充電室自動(dòng)門控制模塊下發(fā)開門命令。自動(dòng)門控制模塊控制自動(dòng)門電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),自動(dòng)門電機(jī)帶動(dòng)自動(dòng)門卷簾升起。自動(dòng)門控制模塊通過(guò)不斷檢測(cè)自動(dòng)門狀態(tài)檢測(cè)開關(guān)查詢自動(dòng)門卷簾位置,并將位置信息通過(guò)無(wú)線通信上傳給工控機(jī)。當(dāng)自動(dòng)門卷簾到達(dá)預(yù)定高度,滿足巡檢機(jī)器人進(jìn)入充電室的要求時(shí),自動(dòng)門控制模塊通過(guò)繼電器控制自動(dòng)門電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),自動(dòng)門卷簾停止上升。工控機(jī)獲取自動(dòng)門卷簾到達(dá)預(yù)定高度的信息后,控制巡檢機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)入充電室內(nèi)充電。巡檢機(jī)器人充電室自動(dòng)門關(guān)閉與開啟的原理基本一致,都是基于無(wú)線通信、自動(dòng)門位置判斷以及自動(dòng)門電機(jī)控制。2.2.2智能化充電系統(tǒng)如圖3所示,充電箱固定在充電室內(nèi),充電座安裝在充電箱上,充電座與充電座安裝板相連接,充電座安裝板上具有螺旋高度調(diào)節(jié)裝置,旋轉(zhuǎn)高度調(diào)節(jié)螺桿可以進(jìn)行垂直方向上±10mm的微調(diào),這樣可以很好地解決充電室地面高度不統(tǒng)一帶來(lái)的充電座微距離調(diào)節(jié)問(wèn)題。充電箱上安裝有防塵罩,可有效地防止灰塵通過(guò)充電座間隙進(jìn)入充電箱內(nèi)部。交流220V經(jīng)過(guò)線纜插頭與接插件連接,通過(guò)內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換器降壓變成29.4V,最后由充電座輸出直流29.4V給機(jī)器人設(shè)備供電、電池充電。電壓表和電流表實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示供電和充電的電壓及電流。充電箱框架及每個(gè)安裝門都安裝有接地柱,接地柱通過(guò)線纜連接到充電箱的接地排上,提高了充電箱的安全等級(jí)。3機(jī)器人充電關(guān)鍵技術(shù)本文通過(guò)分析變電站巡檢機(jī)器人的應(yīng)用特點(diǎn),概要介紹了適用于變電站巡檢機(jī)器人的充電技術(shù),重點(diǎn)介紹了以