1导言
机器人巡线是指用机器人带着检测通讯仪器沿 全线路跋涉作业，并由机器人完结对线路运转毛病的检测和对安全事故隐患的巡视，并将所检测的信息实时向地上传送，由地上进行剖析处理。在惯例地上运作时，一般选用小型蓄电池守时替换方法。可是，高压输电线路散布在野外，跨过山川湖泊，巡线机器人作业时，能量消耗大，而现场没有可供充电的电源，而且在巡线过程中频频的替换蓄电池会形成诸多不便，该要素会极大的约束巡线机器人的广泛应用。
为此，本文研讨了经过感应取电的方法为机器人供应电源的供电体系。
2 体系结构
为完结上述意图，规划铁芯和线圈从高压线路上获取电能，获取的电能经过开关电源转换为稳流源，并经过充电使能电路向镍氢电池充电，一起，充电操控电路对电池电压监控以操控充电方法、是否充电、是否停机，并将信息传送给巡线机器人主操控体系。
3作业原理
依照电磁场理论，盘绕作业状况的高压输电线 路存在着交变磁场，依据电磁感应规律，磁场中的回路将发生感应电流。在近似以为输电线路为无限长的前提下，输电线路所发生的磁场的磁通线为环绕它的同心圆。如，输电线路中的电流为I1，依据安培环路定理能够推出距输电线间隔为r的空间任一点磁场强度的巨细为： H=I/2 πr（A/m）（1）
磁感应强度为： B=μI/2πr（T）（2）
B的方面与中心坐落导线上的圆相切，并笔直 于导线的平面。 假如将机器人等为一个电阻R，则由感应线圈与机器人组成的回路中将发生电流I2，等效图见图1。
图1取电设备电路等效图
机器人电源体系研讨的中心内容是怎么高效率 地从输电线路四周的磁场能量转换为电能，其间要害部分是铁芯和线圈的规划。
4电源体系的构成
4.1铁芯及线圈
铁芯的特性及身体尺度对感应设备输出功率的影响很大，如图2所示，高压输电线路可视为只要一匝的初始绕组，按电磁感应规律，R两头的感应电动势的有效值为：
疏忽励磁电流，I1与流经R的电流I2满意I1≈ NI2，按感应电流核算，R的功率为：
由式（4）可知，因为受机器人体积的约束，在S必定的情况下，应挑选适宜的铁芯资料以进步磁感应强度是进步输出功率的途径。 高压输电线路中的电流受负载的影响而不断改变，峰值电流是谷值电流的数百倍。在如此大的改变规模之内，为确保能为机器人接连供电，取电设备有必要在较小的电流时便能获得较高的能量，而且跟着电流不断添加而增大。对应于铁芯，则要求其应具有较高的初始磁导率及较高的饱满磁感应强度。在现在运用的软磁资猜中，因为硅钢片具有较大的饱满磁感应强度及叠片系数，能获得较大的功率，故取其作为铁芯资料。
为了防止磁场损耗，铁芯应是一个全体，以确保磁路中无气隙。但因为高压输电线路无断点，一起，机器人在跋涉过程中需悬垂子、平衡锤等妨碍。铁芯有必要规划成能够分合的两部分，在正常作业时两部分合为一体，跨过妨碍时需经过机械手将其分隔。
图2 铁芯结构示意图
从式（1）、 （2）中相同可知，取电设备所取功率一起受线圈匝数的影响。取能设备若要获得最大能量，则P1及P2应一起到达最大值，此刻应满意P1=P2，由此可推出
此刻，取电设备能获得最大功率。此联系是在疏忽漏磁、气隙、励磁电流的情况下推出的，为了验证其准确性，咱们独自对线圈匝数进行了实验。实验时，输电线路电流I1=210A，此刻，依据硅钢的磁 化曲线可查得，B≈1.8T，负载等效电阻R=800 Ω，电流频率f=50Hz，理论核算值为N=738。实验数据见表1。
能够看出，在700匝左右时，功率到达最大值，与理论值附近。
4.2充电及操控电路
铁芯和线圈从高压线路上获取的电能经过开关电源转换为稳流源，并经过充电使能电路向镍氢电池充电，一起，充电操控电路对电池电压监控以操控充电方法、是否充电、是否停机，并将信息传送给巡线机器人主操控体系，图3是体系操控流程图。
4.2.1开关电源电路
开关电源中选用半桥改换电路进行降压，如图4所示。为便利阐明，场效应管的开关操控用两个开关替代（swdip22），开关S1和S2替换导通，当S1导通时，S2断开，然后反之。稳态条件下，在C1= C2时，S1导通时，C1上的1/2VS加在原边线圈上， 副边绕组电压使D2导通。经占空比所守时刻后，S1关断，S2导通，副边绕组电压使D1导通。场效应管的开关操控是由KA7500B芯片9，10，12脚来操控的，操控电路运用变压器耦合，驱动MOSFET，驱动BG3、BG4和BG7、BG8组成了桥式推挽功率放大电路。经过9脚输出高电平时，10脚为低电平，BG4、BG7导通。变压器TF1流过正向电流。变压器TF1一次绕组上的电压为反向，巨细为从整流桥过来的总电压的一半，如图5所示。
10脚输出高电平时，9脚为低电平，BG8、BG3 导通。变压器TF1流过反向电流。变压器TF1一 次绕组上的电压为正向，巨细相同为从整流桥过来的总电压的一半。
4.2.2充电操控电路
规划的充电电路须在电压至峰值电压时，中止 充电，以防电池过充电;而且在充电快完结时，应运用C/102C/15进行弥补充电，以防止因为电池的弱极化。 充电使能电路如图6所示，SR24是继电器，CTL+，CTL-连接到线圈的输出端，78L15为运放供应安稳的15V电源。使能电路的中心是CA3140，本电路不能选用开环比较器电路，因为，镍 氢电池在充电时也要作业，其 dv dt 的特性或许改变很大，ca3140接成schmitt触发器的方式。
图7是充电操控电路，由CA3140组成schmitt 触发器，稳压管的首要效果是安稳输出电压的幅值，为三极管供应适宜作业点。R5是维护电阻，起限流效果。两个光隔，别离用于强制快充使能端和快速充电检测，为机器人供应充电信息。
机器人过障时电机供应的功率较大，充电电流或许小于放电电流，为防止电池的过放电而损坏电池，规划的维护电路，如图8所示。
当蓄电池两头电压低于24V时，因为稳压管的 非线性，三级管Q1基极的电位趋于0，Q1反相截止，电流经R5，D2流入光隔D3，发生LOW信号，提示机器人停机充电。当蓄电池电压高于24V时，则Q1导通，电流由R5流入三极管Q1。
机器人需求输出32V，7A;24V，4A;12V，3A;5V，2A四路电压，选用DC/DC模块电源，把电池输 出端的电压转换成以上四种电压。
5定论
本文对机器人电源体系进行了理论剖析和实践规划，首要论述了感应取电设备各参数（铁芯磁性参数、几许尺度、线圈匝数等）对取电功率的影响，从理论上推出他们之间的联系，依据理论剖析成果，进行了相应的实验;一起，对电源体系的操控电路及充电电路作业原理进行具体的介绍。本体系研发，关于高压作业设备的电能供应问题，是一个很好的 解决方案。
