專利名稱：基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到冷凝器清洗設(shè)備領(lǐng)域，特指一種采用無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人。
背景技術(shù)：
冷凝器運行時，由于冷卻水質(zhì)的不潔凈、熱交換時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等原因，致使換熱銅管內(nèi)壁積聚了污垢。污垢的存在，降低了換熱面的傳熱能力，使得汽輪機排汽溫度升高，輸出功率減少，熱耗率增加，因此必須進行清洗。與傳統(tǒng)的人工清洗和膠球清洗相比，在線清洗機器人具有自動化程度高、清洗效果好的優(yōu)點，是實現(xiàn)冷凝器高效清洗的有力工具。由于在線清洗機器人長期作業(yè)于密封的水室，運行環(huán)境復(fù)雜，目前還存在一些尚 未解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，比如一是供電問題，現(xiàn)有清洗機器人的動力通過電纜從外部電源引入，由于長期浸泡于水中并承受水流的沖擊，供電電纜常出現(xiàn)老化、纏繞、磨損、脫落等問題，將會嚴重影響到清洗機器人的工作效率與使用壽命。現(xiàn)有解決的辦法是采用高能電池為清洗機器人供電，但目前由高能電池供電的機器人都使用接插式充電方式，這種方式在水下密封性方面、充電的管理上都存在問題，而且電池的壽命受到充放電次數(shù)的限制。當(dāng)電池失效時還需要更換電池，由于清洗機器人安裝在密封的冷凝器中，所以汽輪機組必須停機才能更換，因此其應(yīng)用受到很大限制。二是定位精度問題，在線清洗機器人根據(jù)冷凝器的管束布置確定各冷凝管的坐標并通過對機器臂的伺服控制實現(xiàn)冷凝管的精確定位。由于機器人長期運行產(chǎn)生的機械磨損以及冷凝器管束布置圖紙與實際尺寸的偏差，使得機器人的定位精度較低，從而影響清洗效果。目前，有采用視覺圖像實現(xiàn)清洗機器人精確定位的報道，但由于循環(huán)冷卻水渾濁度變化幅度大，圖像處理的效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)較簡單緊湊、智能化程度高、清洗效率高、移動靈活、定位精準的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，包括位于冷凝器水室中的清洗機器人本體、升降機構(gòu)以及無線電能供電裝置，所述無線供電裝置包括無線供電控制器、冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置，所述冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置安裝于冷凝器水室的頂部，所述冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置安裝于冷凝器水室的底部，所述清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置安裝于清洗機器人本體的頂部用來與冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置對應(yīng)配合以完成供電，所述清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置安裝于清洗機器人本體的底部用來與冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置對應(yīng)配合以完成供電。
作為本發(fā)明的進一步改進所述冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置均采用銅線繞制的螺旋線圈。所述冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置上均設(shè)有散熱器，所述該散熱器為非金屬水冷式散熱器，所述非金屬水冷式散熱器內(nèi)部開設(shè)有散熱器水孔。本發(fā)明進一步還包括安裝于冷凝器水室中的水下超聲波傳感器和水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器，所述水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器用來檢測冷凝器水室中的水質(zhì)磁導(dǎo)率，所述水下超聲波傳感器用來檢測冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置與、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置之間的距離和/或冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置與清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置之間的距離；所述無線供電控制器根據(jù)水下超聲波傳感器和水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器的檢測結(jié)果調(diào)節(jié)冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置和冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置的工作頻率。 所述清洗機器人本體包括清洗機器人箱體、清洗機器人控制器、大臂、大臂驅(qū)動組件、小臂、小臂驅(qū)動組件、壓力水管以及高壓水泵，所述大臂的一端安裝于清洗機器人箱體上并可在大臂驅(qū)動組件的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，所述大臂的另一端與小臂的一端相連，所述小臂可在小臂驅(qū)動組件的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，小臂的另一端上設(shè)有噴嘴，所述壓力水管的進水端與高壓水泵相連，所述壓力水管的出水端與噴嘴連通。所述高壓水泵與壓力水管之間設(shè)置水泵進水濾網(wǎng)。所述小臂上設(shè)置磁感應(yīng)定位裝置，所述磁感應(yīng)定位裝置包括三個沿圓周依次布置的磁感應(yīng)傳感器，所述磁感應(yīng)傳感器的線圈作為LC振蕩電路的振蕩線圈。所述磁感應(yīng)傳感器的頭部與噴嘴平齊安裝在噴嘴外圍邊上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于I、本發(fā)明的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，為使用無線電能發(fā)送裝置和無線電能接收裝置的冷凝器水下清洗機器人，很好地解決了水下機器人接觸式充電而產(chǎn)生的密封性問題，實現(xiàn)了機器人的高度自動化，由于沒有任何電纜的連接使機器人工作時變得更加靈活，解決了有纜水下機器人常出現(xiàn)的電纜老化、纏繞、磨損、脫落、移動不靈活等問題。2、本發(fā)明的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，使用磁感器定位裝置對冷凝銅管進行定位，使清洗機器人能夠更加準確地對準冷凝銅管，從而使清洗效果更加理想。3、本發(fā)明的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，清洗所需的水從冷凝器冷卻水中抽取，與外接水管方式相比能節(jié)約用水，并使清洗機器人移動更加靈活。


圖I是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中磁感應(yīng)定位裝置應(yīng)用實例的主視示意圖。圖4是本發(fā)明中磁感應(yīng)定位裝置應(yīng)用實例的側(cè)視示意圖。
圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中清洗機器人內(nèi)部電能處理的流程示意圖。圖例說明I.升降機構(gòu)伺服電機；2.升降機構(gòu)變速器；3.冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置；
4.升降絲桿；5.清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置；6.清洗機器人控制器；7.升降螺母；8.大臂伺服電機；9.大臂變速器；10.小臂伺服驅(qū)動器；11.大臂；12.清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置；13.小臂伺服驅(qū)動電機；14.壓力水管；15.小臂變速器；16.冷凝銅管；17.冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置；18.清洗機器人箱體；19.大臂伺服驅(qū)動器；20.小臂；21.噴嘴；22.磁感應(yīng)定位裝置；23.無線供電控制器；24.無線通信裝置；25.高壓水泵電機；26.高壓水泵；27.水泵進水濾網(wǎng)；28.冷凝器水室；221.第一磁感應(yīng)傳感器；222.第二磁感應(yīng)傳感器；223.第三磁感應(yīng)傳感器；224.第四磁感應(yīng)傳感器。
具體實施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，包括位于冷凝器水室28中的清洗機器人本體、升降機構(gòu)以及無線電能供電裝置，無線供電裝置包括無線供電控制器23、冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12，冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3安裝于冷凝器水室28的頂部，冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17安裝于冷凝器水室28的底部，清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5安裝于清洗機器人本體的頂部用來與冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3對應(yīng)配合以完成供電，清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12安裝于清洗機器人本體的底部用來與冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17對應(yīng)配合以完成供電。無線供電控制器23用來控制整個無線供電裝置的運行，使冷凝器清洗機器人能夠得到連續(xù)穩(wěn)定的電能。無線供電控制器23安裝在冷凝器水室28的頂部用以控制冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3向清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5發(fā)送電能、及控制冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17向清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12發(fā)送電能。本實施例中，冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12均采用銅線繞制的螺旋線圈；其工作原理為冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3和冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17發(fā)出一定頻率的交變電磁場，清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5和清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12感應(yīng)到該交變電磁場后產(chǎn)生相同頻率交變電流，該交變電流在清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12中又產(chǎn)生相同頻率的交變電磁場。由于兩個裝置的振蕩頻率相同，故兩者產(chǎn)生共振作用使能量的傳遞作用得到加強，最終使電能最大程度地從冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3和冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17通過電磁場方式傳送到清洗機器人主體上。本實施例中，還可進一步在冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12的底部均設(shè)有散熱器(圖中未示)，該散熱器對上述部件進行散熱，以保持正常的溫度，進而提高電能傳送效率的作用。該散熱器可以采用非金屬水冷式散熱器，其內(nèi)部的散熱器水孔中流過冷凝水以增大散熱器的散熱效果。本實施例中，還可進一步在冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3的下方或冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17的上方設(shè)有水下超聲波傳感器(圖中未示)，利用水下超聲波傳感器能夠檢測并計算出冷凝器水室28頂部的冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3與清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5之間的距離、及冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17與清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12之間的距離。同時，在冷凝器水室28中設(shè)有水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器，使用水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器檢測水質(zhì)磁導(dǎo)率，將水下超聲波傳感器和水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器的結(jié)果用于調(diào)節(jié)無線供能裝置的工作頻率。無線供電控制器23根據(jù)水下超聲波傳感器提供的距離、控制器檢測到的負載負荷大小以及水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器檢測到得水質(zhì)磁導(dǎo)率，使用系統(tǒng)控制算法得出無線供能發(fā)送裝置正常工作狀態(tài)所需的工作振動頻率，并按照計算結(jié)果輸出控制指令對兩個無線供能裝置工作狀態(tài)進行調(diào)整。該系統(tǒng)控制算法的步驟為·(I)檢測冷凝器水室28頂部的冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3與清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置5的距離Cl1，冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17與清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置12的距離d2。(2)無線供電控制器23檢測清洗機器人主體與負載功率Ps對應(yīng)的所需電能。(3)無線供電控制器23通過水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器檢測水質(zhì)的磁導(dǎo)率μ。(4)無線供電控制器23將以上檢測到的參數(shù)代入以下計算公式，計算出冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3的工作頻率、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17的工作頻率f2。
7 ·~μΝ \其中Us為負載端電壓有效值；Ν為對應(yīng)的無線供能接受裝置中線圈的匝數(shù)；r為對應(yīng)的無線供能裝置中線圈的半徑；以上均為定值。(5)無線供電控制器23根據(jù)步驟(4)得到的工作頻率分別調(diào)節(jié)冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置3、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置17的工作頻率。上述的頻率計算公式由以下推導(dǎo)而得根據(jù)功率計算公式:PS=⑴
Κ .式中PS為負載功率;US為負載端電壓有效值；Rl為負載阻抗值。法拉第電磁感應(yīng)定律f = γ-(2)
dt式中ε為感應(yīng)電動勢；Φ為通過線圈的磁通量；
NI磁通量渰=/Λ= pHS - μ -η- S、)μ為空氣磁導(dǎo)率；1為磁鏈長度；Ν為線圈匝數(shù)；S為線圈面積；1為通過線圈導(dǎo)線的電流大??；(3)式代入⑵式得
權(quán)利要求
1.一種基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于包括位于冷凝器水室(28)中的清洗機器人本體、升降機構(gòu)以及無線電能供電裝置，所述無線供電裝置包括無線供電控制器(23)、冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置(5)、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置(12)，所述冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)安裝于冷凝器水室(28)的頂部，所述冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)安裝于冷凝器水室(28)的底部，所述清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置(5)安裝于清洗機器人本體的頂部用來與冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)對應(yīng)配合以完成供電，所述清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置(12)安裝于清洗機器人本體的底部用來與冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)對應(yīng)配合以完成供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于所述冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置(5)、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置(12)均采用銅線繞制的螺旋線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于所述冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)、冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)、清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置(5)、清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置(12)上均設(shè)有散熱器，所述該散熱器為非金屬水冷式散熱器，所述非金屬水冷式散熱器內(nèi)部開設(shè)有散熱器水孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于還包括安裝于冷凝器水室(28)中的水下超聲波傳感器和水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器，所述水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器用來檢測冷凝器水室(28)中的水質(zhì)磁導(dǎo)率，所述水下超聲波傳感器用來檢測冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)與清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置(5)之間的距離和/或冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)與清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置(12)之間的距離；所述無線供電控制器(23)根據(jù)水下超聲波傳感器和水質(zhì)磁導(dǎo)率傳感器的檢測結(jié)果調(diào)節(jié)冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置(3)和冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置(17)的工作頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于所述清洗機器人本體包括清洗機器人箱體(18)、清洗機器人控制器(6)、大臂(11)、大臂驅(qū)動組件、小臂(20)、小臂驅(qū)動組件、壓力水管(14)以及高壓水泵(26)，所述大臂(11)的一端安裝于清洗機器人箱體(18)上并可在大臂驅(qū)動組件的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，所述大臂(11)的另一端與小臂(20)的一端相連，所述小臂(20)可在小臂驅(qū)動組件的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，小臂(20)的另一端上設(shè)有噴嘴(21)，所述壓力水管(14)的進水端與高壓水泵(26)相連，所述壓力水管(14)的出水端與噴嘴(21)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于所述高壓水泵(26)與壓力水管(14)之間設(shè)置水泵進水濾網(wǎng)(27)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于所述小臂(20)上設(shè)置磁感應(yīng)定位裝置(22)，所述磁感應(yīng)定位裝置(22)包括三個沿圓周依次布置的磁感應(yīng)傳感器，所述磁感應(yīng)傳感器的線圈作為LC振蕩電路的振蕩線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，其特征在于所述磁感應(yīng)傳感器的頭部與噴嘴(21)平齊安裝在噴嘴(21)外圍邊上。
全文摘要
一種基于無線供電與磁感應(yīng)定位的冷凝器在線清洗機器人，包括位于冷凝器水室中的清洗機器人本體、升降機構(gòu)以及無線電能供電裝置，無線供電裝置中的冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置安裝于冷凝器水室的頂部，冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置安裝于冷凝器水室的底部，清洗機器人箱體頂部無線電能接收裝置安裝于清洗機器人本體的頂部用來與冷凝器頂部無線電能發(fā)送裝置對應(yīng)配合以完成供電，清洗機器人箱體底部無線電能接收裝置安裝于清洗機器人本體的底部用來與冷凝器底部無線電能發(fā)送裝置對應(yīng)配合以完成供電。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)較簡單緊湊、智能化程度高、清洗效率高、移動靈活、定位精準等優(yōu)點。
文檔編號F28G9/00GK102818479SQ201210313179
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者樊紹勝, 霍兆鏡 申請人:長沙理工大學(xué)