[发明专利]一种煤矿巡检机器人电池组井下安全充电方法

说明书

本发明涉及一种煤矿巡检机器人电池组井下安全充电方法，属于电子电路领域。该方法包括以下步骤：将固定式充电站和移动式巡检机器人搭载的本安充电电路连接；采用井下允许使用的本安电源作为电能来源，电路安全可靠；采用多路本安电源进行隔离后串联提高输出电压达到增大功率的目的，可灵活配置本安电源的路数以达到不同的功率；具有顺序启动功能，防止多路电源启动时间不同导致的电压反充现象；电路具有电压及电流控制模式，使电源输出不超过设计电压及电流。

技术领域

本发明属于电子电路领域，涉及一种煤矿巡检机器人电池组井下安全充电方法。

背景技术

煤矿井下机器人是减少煤矿井下作业人员的有效措施，对煤矿企业减员增效和提高安全性都具有重要意义。随着人工智能技术及机器人技术的日益发展，巡检机器人在各种领域中被广泛应用，可替代或辅助人类进行重复性强、耗时费力、劳动密集型巡检工作。

煤矿井下皮带轨道巡检机器人应用越来越广泛，按行走方式分类主要有钢丝绳牵引式及自驱式。自驱式巡检机器人采用电池组供电，输出电源供机器人行走电机使用，具有沿轨道或轮式自主行走、自主充电、长时定点驻足、安装成本低等优点。电池组采用锂电池或镍氢电池，具有能量密度大、寿命长的优点。电池组电量不足时，巡检机器人需进行充电以补充能量。

由于煤矿的安全防爆要求，目前研究较多的煤矿巡检机器人充电方式包括地面充电、井下无线充电、井下防爆接口充电、井下机电转换充电等。

1)地面充电对充电装置和充电接口无防爆要求，可大电流充电，充电效率高。煤矿井下巡检机器人电池电量不足时，如果巡检机器人距离地面较近，可从井下行走返回地面充电，或者巡检机器人电池组为可拆卸设计，由人工将电池组拆卸后带至地面进行充电，地面充电方式较为灵活，可为无线或有线充电，充电完成后再由人工带至井下更换电量不足的电池组。

2)井下无线充电功率小、充电慢，由于无线发射的电磁波可能导致天线附近金属类管、线、设备产生感应电流，受井下防爆环境限制，容许的充电容量较地面更小，连续发射射频源的阈功率不应超过6W，无法满足巡检机器人快速充电需求；这种方式适用于全本安化设计的小型巡检机器人。

3)井下防爆接口充电是目前最主要的充电方式，充电时在专用充电硐室或充电舱内进行。充电装置及蓄电池采用隔爆型设计，采用隔爆腔对接和隔爆球阀等防爆结构实现电气与机械的充电闭锁保护，隔爆型充电装置和隔爆型蓄电池在对接状态、充电状态和分离状态均应保证形成独立的隔爆腔；在对接状态、充电状态和分离状态均有独立的安全闭锁机构，确保充电接口未可靠连接和充电隔爆腔未形成前，机器人及其充电装置的充电接口不带电，避免产生电弧、电火花和危险温度，引爆瓦斯。充电装置。

4)井下机电转换充电主要有机械旋转发电、风力发电、水力发电等充电方式。采用隔爆型电动机旋转、风力、水力等机械能带动隔爆型发电机进行发电，经专用充电装置对机器人搭载的电池组进行充电。

几种充电方法优劣对比如表1所示。

表1煤矿巡检机器人充电方法比较

1)地面充电对充电装置和充电接口无防爆要求，但巡检机器人需从井下行走一定路程返回地面充电，额外消耗电池组能量且往返时间较长，不适用于离地面较远的机器人；如果采用人工更换电池组的方式，又额外增加了人力消耗，降低了巡检机器人的自动化程度。

2)井下无线充电功率小、充电慢，由于无线发射的电磁波可能导致天线附近金属类管、线、设备产生感应电流，受井下防爆环境限制，容许的充电容量较地面更小，无法满足巡检机器人快速充电需求；

3)井下防爆接口充电对防爆外壳结构结合面的平整度、间隙等要求十分严格，因而对接过程中对运动控制的精度要求也很高。煤矿井下环境恶劣、隔爆设备又相对笨重，粉尘、机械撞击、巷道形变等都会对对接精度产生影响，难以保证隔爆面能够长期保持高精度以便达到安全要求。