一种巡检机器人的动力系统

1.本发明涉及电磁轨道与电车技术领域，具体涉及一种巡检机器人的动力系统。


背景技术：

2.常见的电磁轨道是应用在车辆制动过程。制动时，将悬挂在车辆转向架上的电磁铁放下与钢轨接触，电磁铁通电后产生的磁感应作用使电磁铁与钢轨吸得更紧，靠电磁铁与钢轨作相对运动时的摩擦力增大，提高车辆的制动能力。
3.电磁轨道炮系统，电磁轨道炮是指以电能为发射能源，利用电磁导轨之间流过的大功率瞬态电流产生强大磁场作用力驱动弹丸的一种动能杀伤武器。利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，提高弹丸的速度和射程。
4.工业应用中经常出现巡检机器人因电能供应不足，导致机器人很容易搁浅在工业管道内，而在管道施工作业时无法进行电能补充。


技术实现要素：

5.针对上述提出的机器人电能供应不足技术问题，本技术方案利用电磁炮原理，提供了一种巡检机器人的动力系统，提出一种电磁轨道及电车模型，实现了巡检机器人电能的“自产自销”，防止了机器人因电能不足搁浅在管道内的困扰；能有效的解决上述问题。
6.本发明通过以下技术方案实现：
7.一种巡检机器人的动力系统，包括电磁轨道，以及在电磁轨道上运行的巡检机器人，巡检机器人设置有用电回路和储能电路；
8.所述电磁轨道包括两条通电导轨，两条通电导轨分别各自连接有一个可变电源，两个可变电源连接在通电导轨位于巡检机器人出发的位置；两个可变电源输出的电压和电流方向可根据需求进行调整，两条通电导轨内分别连通有直流电，两者的电流方向始终相反；根据电磁感应现象，通电导轨周围产生感应磁场，两条导轨间的平面内产生的感应磁场强度叠加；
9.所述巡检机器人底部的平面固定有线圈和多个导体，线圈和导体的方向均垂直于轨道方向；线圈连接至机器人的顶部，与机器人的电源相连，形成导线回路；通电后的线圈在轨道平面的感应磁场中受到磁场力的作用，带动巡检机器人在电磁轨道上运动；用导线将导体连接至机器人顶部与电容器相连，形成导体回路；导体切割磁感线产生感应电动势，巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的导体在感应磁场中产生感应电动势，给电容器储电；电容器与电源串联连接，电容器给电源充电；
10.巡检机器人通过通信系统与两个可变电源进行通信，实时根据巡检机器人运动状态调整可变电源输出的电压和电流方向，实现在电磁轨道端调节可变电源来控制巡检机器人的运动状态。
11.进一步的，所述的两条通电导轨始终保持平行位置，且在同一平面内；两条通电导
轨在通电后周围产生感应磁场，两条通电导轨间的平面内产生的感应磁场，磁场方向为垂直于两条导轨所构成的平面，且方向由平面上方指向平面下方。
12.进一步的，所述巡检机器人的侧面和顶壁都由电磁屏蔽材料制成，不受感应磁场的影响。
13.进一步的，所述的导线回路是用电回路，所述的导体回路是充电回路，充电回路是闭合回路；巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的导体在感应磁场中产生感应电动势，给电容器充电，电动势大小为φ＝blv
·
sinθ；其中b为感应磁场强度；l为小车底部导体长度，即两条轨道间的距离；v为小车在轨道方向上的速度；θ为小车运动方向与感应磁场的方向夹角，取值为90
°
。
14.进一步的，所述的电容器与电源之间通过双刀双掷开关连接，使得电容器的正极与电源正极相连，电容器负极与电源负极相连；巡检机器人的启动方法为闭合导线回路的双刀双掷开关，给巡检机器人底部的线圈接通电源，通电线圈在磁场力的作用下带动巡检机器人启动运行；巡检机器人在运动阶段，通电线圈的运动带动巡检机器人运动，导体的运动持续产生感应电动势，为电容器充电。
15.进一步的，所述巡检机器人与可变电源之间，是通过巡检机器人上位机和可变电源上位机之间建立通信通道进行信息交互；所述的通信通道包括分别与巡检机器人上位机和可变电源上位机连接的无线通信模块，无线通信模块之间通过局域网进行无线连接；对巡检机器人的运动状态控制，巡检机器人上位机发出信号至可变电源上位机，再由可变电源上位机发出信号至可变电源，由可变电源输出的电压和电流方向调节电磁轨道的电压大小和电流方向，来控制两条电磁轨道间的感应磁场强度，从而改变巡检机器人在轨道上的受力情况，控制巡检机器人的运动状态。
16.进一步的，所述巡检机器人上位机中安装虚拟机linux，在linux系统中安装ros软件，巡检机器人安装有树莓派总控制板，巡检机器人上位机通过路由器和局域网与巡检机器人联网，实现巡检机器人与巡检机器人上位机的通信，可以由巡检机器人上位机给巡检机器人发送运动控制指令，也可以通过巡检机器人获取巡检机器人的运动状态；
17.所述的可变电源与可变电源上位机的联网，需要在电源上位机内安装可变电源的控制软件，软件里面有对可变电源控制功能的程序包；可变电源端通过数据线与电源主控板连接，控制电源大小和方向；可变电源上位机与电源主控板通过局域网联网，实现通信功能；
18.巡检机器人上位机与可变电源上位机通过网线连接，实现巡检机器人上位机与可变电源上位机之间的通信；
19.在巡检机器人上位机端输入巡检机器人的运动任务时，可变电源上位机就会有一个相应的电源控制指令，调节电源大小和方向，控制巡检机器人运动状态，完成巡检机器人的运动任务；同时，巡检机器人上位机通过轮胎电机的转速获取巡检机器人的运动速度、加速度和角速度信息，对巡检机器人运动状态进行监控。
20.进一步的，所述的巡检机器人与电磁轨道之间，当感应磁场方向为垂直轨道平面向下时，巡检机器人做加速运动，加速度为向下时，巡检机器人做加速运动，加速度为方向与巡检机器人运动方向相同；当感应磁场方向为垂直轨道平面向上时，巡检机器人做减速运动，加速度为
方向与巡检机器人运动方向相反；即，电磁轨道通电方向为上左下右时，巡检机器人做减速运动；电磁轨道通电方向为上右下左时，巡检机器人做加速运动；上述公式中，f为机器人底部导体受到的磁场力；μ为机器人底部与轨道平面间的摩擦系数；m为机器人质量；g为重力系数，一般取值9.8m/s2；θ为机器人重力方向与轨道平面间的夹角。
21.进一步的，所述的巡检机器人在刹车阶段，需同时改变两个电磁轨道的电流方向，轨道间的感应磁场方向反向，通电的线圈受到安培力反向，给巡检机器人一个反向的加速度，巡检机器人做减速运动；在巡检机器人减速过程中，电磁轨道内的电流也在逐渐变小，感应磁场强度也随之变小，巡检机器人受到的安培力也在逐渐变小，直到巡检机器人速度减为零时，电磁轨道内电流为零，感应磁场消失，则巡检机器人不受安培力的作用，处于静止状态。
22.进一步的，所述巡检机器人的动力控制方案为：巡检机器人的质量很轻，巡检机器人与轨道间的摩擦力很小，忽略不计；路面为水平状态，不考虑倾斜路面上巡检机器人的受力情况；
23.a、当巡检机器人需要做直线运动时，可以给两条电磁车轨通大小相等方向相反的直流电，从而在电磁轨道内侧产生大小相等方向相同的感应磁场，给巡检机器人左右两侧提供相同大小和方向的磁场力，实现巡检机器人做直线运动；
24.b、当巡检机器人需要转弯时，可以通过调节两条电磁车轨的电流大小，从而改变感应磁场的强度差异，使巡检机器人左右两侧的受磁场力大小不同，实现巡检机器人转弯；
25.c、当巡检机器人需要做减速运动时，可以通过同时改变两个电磁导轨的电流方向，从而感应磁场方向同时改变，巡检机器人左右两侧所受磁场力的方向同时改变，给巡检机器人一个阻力，让巡检机器人做减速运动；
26.d、当巡检机器人需要做加速运动时，可以同时增加两条电磁车轨的电压，加大电流，从而感应磁场强度同时增加同一个量级，巡检机器人左右两侧所受磁场力的大小同时增加同一个量级，给巡检机器人增加动力，巡检机器人做加速运动；
27.e、当巡检机器人需要在轨道上停留一段时间时，方案一可以同时停止给两条电磁轨道通电，此时电磁轨道平面没有感应磁场，巡检机器人也就不受磁场力的作用，保持静止状态；方案二是改变其中一条电磁轨道的电流方向，使得两条车轨的电流方向相同，电磁轨道内侧产生大小相等，方向相反的感应磁场，从而轨道内侧中间没有感应磁场，巡检机器人不受磁场力的作用；只有靠近车轨的地方有方向相反的感应磁场，作用在巡检机器人左右两侧的磁场力大小相等，方向相反，在合力作用下巡检机器人保持静止状态。
28.有益效果
29.本发明提出的一种巡检机器人的动力系统,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
30.(1)本发明设计了一种电磁轨道，可在轨道内通电，利用通电导线周围产生感应磁场的原理，对导轨进行通电，形成电磁轨道；通过可变电源的设置，改变可变电源输出的电压和电流方向，控制轨道内的电压和电流大小、电流方向来控制感应磁场的大小和方向，形成可变磁场的轨道。并设计了与电磁轨道配套的电车，其带有产电回路、用电回路和充电回路的巡检机器人；巡检机器人底部的受磁场力灵敏度高的线圈与车顶的电池串联，形成用
电回路；巡检机器人底部有产电能力强的导体与车顶电容器串联，形成产电回路；电容器与电源串联形成充电回路。实现了巡检机器人对电能的“自产自销”，提高了巡检机器人的续航能力。
31.(2)本发明中巡检机器人底部的导体在磁场中产生感应电动势，给本发明顶部的电容器进行储电；电源给巡检机器人底部的线圈通电，巡检机器人在磁场中受磁场力的作用带动巡检机器人运动；电容器与电源串联，给电源充电。
32.(3)本发明中的巡检机器人上位机与可变电源上位机之间可以通信。在巡检机器人上位机的操作系统中给巡检机器人发出一个任务，可变电源上位机也会收到相应的电源控制信号；同时，巡检机器人上位机也会通过激光雷达实时监控电车的运动状态，反馈给可变电源上位机；可变电源上位机综合巡检机器人的任务信号和巡检机器人的状态信号调节电源大小和方向，协作完成巡检机器人的运动任务。
33.(4)本发明用控制电源的方法远程控制巡检机器人的运动状态。通过在可变电压上位机对电磁轨道的电压控制来改变电磁轨道中感应磁场的大小，从而控制巡检机器人在轨道上的受力情况，来控制巡检机器人的运动情况。
附图说明
34.图1是本发明中电磁轨道的平面结构示意图。
35.图2是本发明中巡检机器人的结构示意图。
36.图3是本发明中巡检机器人顶部的电路设计示意图。
37.图4是本发明中巡检机器人底部线圈和导体的分布示意图。
38.图5是本发明中电车在电磁轨道上的运动状态分析示意图。
39.图6是本发明中电磁轨道及巡检机器人的通信示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
41.实施例1：
42.一种巡检机器人的动力系统，包括电磁轨道，以及在电磁轨道上运行的巡检机器人，巡检机器人设置有用电回路和储能电路。
43.电磁轨道如图1所示，包括两条通电导轨，两条通电导轨分别各自连接有一个可变电源，两个可变电源连接在通电导轨位于巡检机器人出发的位置；两个可变电源输出的电压和电流方向可根据需求进行调整，两条通电导轨内分别连通有直流电，两者的电流方向始终相反；根据电磁感应现象，通电导轨周围产生感应磁场，两条导轨间的平面内产生的感应磁场强度叠加。
44.两条通电导轨始终保持平行位置，且在同一平面内；两条通电导轨在通电后周围产生感应磁场，两条通电导轨间的平面内产生的感应磁场，磁场方向垂直于两条导轨所构成的平面，且方向由平面上方指向平面下方。
45.巡检机器人底部的平面固定有线圈和多个导体，线圈和导体的方向均垂直于轨道方向；线圈连接至机器人的顶部，与机器人的电源相连，形成导线回路；通电后的线圈在轨道平面的感应磁场中受到磁场力的作用，带动巡检机器人在电磁轨道上运动；用导线将导体连接至机器人顶部与电容器相连，形成导体回路；导体切割磁感线产生感应电动势，巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的导体在感应磁场中产生感应电动势，给电容器储电；电容器与电源串联连接，电容器给电源充电。
46.巡检机器人如图2所示，包含导线回路、导体回路和电源电容回路三个回路。其中线圈回路即用电回路，利用通电的线圈在磁场中受到力的作用原理，给巡检机器人提供动力。导体回路即产电回路，利用导体切割磁感线产生感应电动势的原理生产电能，随着巡检机器人的移动，巡检机器人底部的导体就会切割磁感线，从而在导体端产生感应电动势，导体经导线连接至电容器，在电容器两个极板上积蓄电能；电源电容回路即为充电回路，将导体回路产生的电能转移到电源，为巡检机器人提供电能。
47.导线回路是用电回路，所述的导体回路是充电回路，充电回路是闭合回路；巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的导体在感应磁场中产生感应电动势，给电容器充电，电动势大小为φ＝blv
·
sinθ；
48.其中b为感应磁场强度；l为小车底部导体长度，即两条轨道间的距离；v为小车在轨道方向上的速度；θ为小车运动方向与感应磁场的方向夹角，取值为90度。
49.巡检机器人的侧面和顶壁都由电磁屏蔽材料制成，不受感应磁场的影响。
50.巡检机器人顶部的电路设计如图3所示，电容器与电源之间通过双刀双掷开关连接，使得电容器的正极与电源正极相连，电容器负极与电源负极相连。由于巡检机器人运动方向不同，导体端产生的电压方向不同，导致电容器两端的电压方向也会随着发生改变，用双刀双掷开关切换导线a、b、c和d之间的连接，保证电容器正极与电源正极相连，电容器负极与电源负极相连，电容器给电源充电。
51.巡检机器人的启动方法为闭合导线回路的双刀双掷开关，给巡检机器人底部的线圈接通电源，通电线圈在磁场力的作用下带动巡检机器人启动运行；巡检机器人在运动阶段，通电线圈的运动带动巡检机器人运动，导体的运动持续产生感应电动势，为电容器充电。
52.所述巡检机器人的底部如图4所示，平面固定有多条并联的导线形成线圈，位于线圈的一侧，并联设置有多个导体，方向均垂直于轨道方向，即横向设计。并联导线形成的线圈用导线连接至巡检机器人的顶部与电源连接，形成导线回路。并联的导体用导线连接至巡检机器人的顶部与电容器连接，形成导体回路，巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的并联导体在感应磁场中产生感应电动势，使电容器储能。
53.巡检机器人通过通信系统与两个可变电源进行通信，实时根据巡检机器人运动状态调整可变电源输出的电压和电流方向，实现在电磁轨道端调节可变电源来控制巡检机器人的运动状态。
54.如图6所示，巡检机器人与可变电源之间，是通过巡检机器人上位机和可变电源上位机之间建立通信通道进行信息交互；所述的通信通道包括分别与巡检机器人上位机和可变电源上位机连接的无线通信模块，无线通信模块之间通过局域网进行无线连接；对巡检机器人的运动状态控制，巡检机器人上位机发出信号至可变电源上位机，再由可变电源上
位机发出信号至可变电源，由可变电源输出的电压和电流方向调节电磁轨道的电压大小和电流方向，来控制两条电磁轨道间的感应磁场强度，从而改变巡检机器人在轨道上的受力情况，控制巡检机器人的运动状态。
55.所述巡检机器人上位机中安装虚拟机linux，在linux系统中安装ros软件，巡检机器人安装有树莓派总控制板，巡检机器人上位机通过路由器和局域网与巡检机器人联网，实现巡检机器人与巡检机器人上位机的通信，可以由巡检机器人上位机给巡检机器人发送运动控制指令，也可以通过巡检机器人获取巡检机器人的运动状态。
56.所述的可变电源与可变电源上位机的联网，需要在电源上位机内安装可变电源的控制软件，软件里面有对可变电源控制功能的程序包；可变电源端通过数据线与电源主控板连接，控制电源大小和方向；可变电源上位机与电源主控板通过局域网联网，实现通信功能。
57.巡检机器人上位机与可变电源上位机通过网线连接，实现巡检机器人上位机与可变电源上位机之间的通信。
58.在巡检机器人上位机端输入巡检机器人的运动任务时，可变电源上位机就会有一个相应的电源控制指令，调节电源大小和方向，控制巡检机器人运动状态，完成巡检机器人的运动任务；同时，巡检机器人上位机通过轮胎电机的转速获取巡检机器人的运动速度、加速度和角速度信息，对巡检机器人运动状态进行监控。
59.巡检机器人的动力控制方案为：巡检机器人的动力控制包括：巡检机器人启动控制、巡检机器人加速控制、巡检机器人减速控制、巡检机器人制动控制、巡检机器人运行控制。
60.在设置控制方案时，由于巡检机器人的质量很轻，巡检机器人与轨道间的摩擦力很小，忽略不计；同时，设定路面为水平状态，不考虑倾斜路面上巡检机器人的受力情况。
61.巡检机器人启动控制：采用电源带动的启动方式，通过闭合导线回路中的双刀双掷开关，巡检机器人的电源给线圈进行通电，通电的线圈在感应磁场中受到力的作用，带动巡检机器人启动。
62.巡检机器人加速控制：巡检机器人与电磁轨道之间，当感应磁场方向为垂直轨道平面向下时，巡检机器人做加速运动，加速度为平面向下时，巡检机器人做加速运动，加速度为方向与巡检机器人运动方向相同。
63.巡检机器人减速控制：当感应磁场方向为垂直轨道平面向上时，巡检机器人做减速运动，加速度为方向与巡检机器人运动方向相反。
64.上述公式中，f为机器人底部导体受到的磁场力，μ为机器人底部与轨道平面间的摩擦系数；m为机器人质量；g为重力系数，一般取值9.8m/s2；θ为机器人重力方向与轨道平面间的夹角。
65.即，电磁轨道通电方向为上左下右时，巡检机器人做减速运动；电磁轨道通电方向为上右下左时，巡检机器人做加速运动。
66.巡检机器人制动控制：巡检机器人在刹车阶段，需同时改变两个电磁轨道的电流方向，轨道间的感应磁场方向反向，通电的线圈受到安培力反向，给巡检机器人一个反向的
加速度，巡检机器人做减速运动；在巡检机器人减速过程中，电磁轨道内的电流也在逐渐变小，感应磁场强度也随之变小，巡检机器人受到的安培力也在逐渐变小，直到巡检机器人速度减为零时，电磁轨道内电流为零，感应磁场消失，则巡检机器人不受安培力的作用，处于静止状态。
67.巡检机器人运行控制包括：直线运动、转弯、加速、减速和停止。
68.a、当巡检机器人需要做直线运动时，可以给两条电磁车轨通大小相等方向相反的直流电，从而在电磁轨道内侧产生大小相等方向相同的感应磁场，给巡检机器人左右两侧提供相同大小和方向的磁场力，实现巡检机器人做直线运动。
69.当巡检机器人需要向右运动时，需要一个向右的推动力，如图5(b)和图5(d)所示，只需保证轨道间的平面内磁场方向是向里的，即通过调节轨道端的电源方向，保证导轨内的电流方向为左下右上，就能让巡检机器人向右运动。
70.当巡检机器人需要向左运动时，需要一个向左的推动力，如图5(a)和图5(c)所示，只需保证轨道间的平面内磁场方向是想外的，即通过调节轨道端的电源方向，保证导轨内的电流方向为左上右下，就能让巡检机器人向左运动。
71.b、当巡检机器人需要转弯时，可以通过调节两条电磁车轨的电流大小，从而改变感应磁场的强度差异，使巡检机器人左右两侧的受磁场力大小不同，实现巡检机器人转弯。
72.c、当巡检机器人需要做减速运动时，可以通过同时改变两个电磁导轨的电流方向，从而感应磁场方向同时改变，巡检机器人左右两侧所受磁场力的方向同时改变，给巡检机器人一个阻力，让巡检机器人做减速运动。
73.巡检机器人减速运动的控制，需要在巡检机器人运动过程中，施加一个和巡检机器人运动方向相反的外力作用，如图5(a)和图5(d)所示。
74.其中图5(a)的感应磁场方向为垂直轨道平面向外，巡检机器人运动速度v向右，导体中产生的感应电流方向向下，与车顶电源方向相反，双刀双掷开关a接d,b接c，电容器给电源充电。电源给导线供电，通电导线在磁场中受向左的磁场力作用减速运动。
75.如图5(d)的感应磁场方向为垂直轨道平面向里，巡检机器人运动速度v向左，导体中产生的感应电流方向向上，与车顶电源方向相同，双刀双掷开关自动接通ab和cd，电容器给电源充电。电源给导线供电，通电导线在磁场中受向右的磁场力作用做减速运动。
76.d、当巡检机器人需要做加速运动时，可以同时增加两条电磁车轨的电压，加大电流，从而感应磁场强度同时增加同一个量级，巡检机器人左右两侧所受磁场力的大小同时增加同一个量级，给巡检机器人增加动力，巡检机器人做加速运动。
77.所述的巡检机器人加速运动的控制，需要在巡检机器人运动过程中，施加一个和巡检机器人运动方向一致的外力作用，如图5(b)和图5(c)所示。
78.其中图5(b)的感应磁场方向为垂直轨道平面向里，巡检机器人运动速度v向右，导体中产生的感应电流方向向上，与车顶电源方向相同，双刀双掷开关自动接通ab和cd，电容器给电源充电。电源给导线供电，通电导线在磁场中受向右的磁场力作用加速运动。
79.图5(c)所示，感应磁场方向为垂直轨道平面向外，巡检机器人运动速度v向左，导体中产生的感应电流方向向下，与车顶电源方向相反，双刀双掷开关a接d,b接c，电容器给电源充电。电源给导线供电，通电导线在磁场中受向左的磁场力作用加速运动。
80.e、当巡检机器人需要在轨道上停留一段时间时，方案一可以同时停止给两条电磁
轨道通电，此时电磁轨道平面没有感应磁场，巡检机器人也就不受磁场力的作用，保持静止状态；方案二是改变其中一条电磁轨道的电流方向，使得两条车轨的电流方向相同，电磁轨道内侧产生大小相等，方向相反的感应磁场，从而轨道内侧中间没有感应磁场，巡检机器人不受磁场力的作用；只有靠近车轨的地方有方向相反的感应磁场，作用在巡检机器人左右两侧的磁场力大小相等，方向相反，在合力作用下巡检机器人保持静止状态。
81.综上所述，在巡检机器人向右运动时，只需调整轨道端电源，使轨道电流方向为左下右上时巡检机器人就会加速，轨道电流方向为左上右下时巡检机器人就会减速；在巡检机器人向左运动时，只需调整轨道端电源，使轨道电流方向为左上右下时巡检机器人就会加速，轨道电流方向为左下右上时巡检机器人就会减速，实现巡检机器人的速度控制。
82.所述的巡检机器人制动控制，先调整轨道端电源方向，使巡检机器人做减速运动，在巡检机器人减速过程中，轨道内的电流大小也在逐渐变小，感应磁场强度也在随着变小，巡检机器人受到的安培力也在逐渐变小，直到巡检机器人速度减为零时，轨道内电流为零，感应磁场消失，巡检机器人不受安培力的作用处于静止状态。
83.当巡检机器人需要在轨道上停留一段时间时，方案一可以同时停止给两条轨道通电，此时轨道平面没有感应磁场，巡检机器人也就不受磁场力的作用，保持静止状态。方案二是改变其中一条车轨的电流方向，使得两条车轨的电流方向相同，轨道内侧产生大小相等，方向相反的感应磁场，从而轨道内侧中间没有感应磁场，巡检机器人不受磁场力的作用；只有靠近车轨的地方有方向相反的感应磁场，作用在巡检机器人左右两侧的磁场力大小相等，方向相反，在合力作用下巡检机器人保持静止状态。
84.以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化、替换和改进，均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种巡检机器人的动力系统，包括电磁轨道，以及在电磁轨道上运行的巡检机器人，巡检机器人设置有用电回路和储能电路；其特征在于：所述电磁轨道包括两条通电导轨，两条通电导轨分别各自连接有一个可变电源，两个可变电源连接在通电导轨位于巡检机器人出发的位置；两个可变电源输出的电压和电流方向可根据需求进行调整，两条通电导轨内分别连通有直流电，两者的电流方向始终相反；根据电磁感应现象，通电导轨周围产生感应磁场，两条导轨间的平面内产生的感应磁场强度叠加；所述巡检机器人底部的平面固定有线圈和多个导体，线圈和导体的方向均垂直于轨道方向；线圈连接至机器人的顶部，与机器人的电源相连，形成导线回路；通电后的线圈在轨道平面的感应磁场中受到磁场力的作用，带动巡检机器人在电磁轨道上运动；用导线将导体连接至机器人顶部与电容器相连，形成导体回路；导体切割磁感线产生感应电动势，巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的导体在感应磁场中产生感应电动势，给电容器储电；电容器与电源串联连接，电容器给电源充电；巡检机器人通过通信系统与两个可变电源进行通信，实时根据巡检机器人运动状态调整可变电源输出的电压和电流方向，实现在电磁轨道端调节可变电源来控制巡检机器人的运动状态。2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述的两条通电导轨始终保持平行位置，且在同一平面内；两条通电导轨在通电后周围产生感应磁场，两条通电导轨间的平面内产生的感应磁场，磁场方向为垂直于两条导轨所构成的平面，且方向由平面上方指向平面下方。3.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述巡检机器人的侧面和顶壁都由电磁屏蔽材料制成，不受感应磁场的影响。4.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述的导线回路是用电回路，所述的导体回路是充电回路，充电回路是闭合回路；巡检机器人运动使得固定在巡检机器人底部的导体在感应磁场中产生感应电动势，给电容器充电，电动势大小为φ＝blv
·
sinθ；其中b为感应磁场强度；l为小车底部导体长度，即两条轨道间的距离；v为小车在轨道方向上的速度；θ为小车运动方向与感应磁场的方向夹角。5.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述的电容器与电源之间通过双刀双掷开关连接，使得电容器的正极与电源正极相连，电容器负极与电源负极相连；巡检机器人的启动方法为闭合导线回路的双刀双掷开关，给巡检机器人底部的线圈接通电源，通电线圈在磁场力的作用下带动巡检机器人启动运行；巡检机器人在运动阶段，通电线圈的运动带动巡检机器人运动，导体的运动持续产生感应电动势，为电容器充电。6.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述巡检机器人与可变电源之间，是通过巡检机器人上位机和可变电源上位机之间建立通信通道进行信息交互；所述的通信通道包括分别与巡检机器人上位机和可变电源上位机连接的无线通信模块，无线通信模块之间通过局域网进行无线连接；对巡检机器人的运动状态控制，巡检机器人上位机发出信号至可变电源上位机，再由可变电源上位机发出信号至可变电源，由可变电源输出的电压和电流方向调节电磁轨道的电压大小和电流方向，来控制两条电磁轨道间
的感应磁场强度，从而改变巡检机器人在轨道上的受力情况，控制巡检机器人的运动状态。7.根据权利要求6所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述巡检机器人上位机中安装虚拟机linux，在linux系统中安装ros软件，巡检机器人安装有树莓派总控制板，巡检机器人上位机通过路由器和局域网与巡检机器人联网，实现巡检机器人与巡检机器人上位机的通信，可以由巡检机器人上位机给巡检机器人发送运动控制指令，也可以通过巡检机器人获取巡检机器人的运动状态；所述的可变电源与可变电源上位机的联网，需要在电源上位机内安装可变电源的控制软件，软件里面有对可变电源控制功能的程序包；可变电源端通过数据线与电源主控板连接，控制电源大小和方向；可变电源上位机与电源主控板通过局域网联网，实现通信功能；巡检机器人上位机与可变电源上位机通过网线连接，实现巡检机器人上位机与可变电源上位机之间的通信；在巡检机器人上位机端输入巡检机器人的运动任务时，可变电源上位机就会有一个相应的电源控制指令，调节电源大小和方向，控制巡检机器人运动状态，完成巡检机器人的运动任务；同时，巡检机器人上位机通过轮胎电机的转速获取巡检机器人的运动速度、加速度和角速度信息，对巡检机器人运动状态进行监控。8.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述的巡检机器人与电磁轨道之间，当感应磁场方向为垂直轨道平面向下时，巡检机器人做加速运动，加速度为方向与巡检机器人运动方向相同；当感应磁场方向为垂直轨道平面向上时，巡检机器人做减速运动，加速度为方向与巡检机器人运动方向相反；即，电磁轨道通电方向为上左下右时，巡检机器人做减速运动；电磁轨道通电方向为上右下左时，巡检机器人做加速运动；上述公式中，f为机器人底部导体受到的磁场力；μ为机器人底部与轨道平面间的摩擦系数；m为机器人质量；g为重力系数，一般取值9.8m/s2；θ为机器人重力方向与轨道平面间的夹角。9.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述的巡检机器人在刹车阶段，需同时改变两个电磁轨道的电流方向，轨道间的感应磁场方向反向，通电的线圈受到安培力反向，给巡检机器人一个反向的加速度，巡检机器人做减速运动；在巡检机器人减速过程中，电磁轨道内的电流也在逐渐变小，感应磁场强度也随之变小，巡检机器人受到的安培力也在逐渐变小，直到巡检机器人速度减为零时，电磁轨道内电流为零，感应磁场消失，则巡检机器人不受安培力的作用，处于静止状态。10.根据权利要求1所述的一种巡检机器人的动力系统，其特征在于：所述巡检机器人的动力控制方案为：巡检机器人的质量很轻，巡检机器人与轨道间的摩擦力很小，忽略不计；路面为水平状态，不考虑倾斜路面上巡检机器人的受力情况；a、当巡检机器人需要做直线运动时，可以给两条电磁车轨通大小相等方向相反的直流电，从而在电磁轨道内侧产生大小相等方向相同的感应磁场，给巡检机器人左右两侧提供相同大小和方向的磁场力，实现巡检机器人做直线运动；b、当巡检机器人需要转弯时，可以通过调节两条电磁车轨的电流大小，从而改变感应磁场的强度差异，使巡检机器人左右两侧的受磁场力大小不同，实现巡检机器人转弯；
c、当巡检机器人需要做减速运动时，可以通过同时改变两个电磁导轨的电流方向，从而感应磁场方向同时改变，巡检机器人左右两侧所受磁场力的方向同时改变，给巡检机器人一个阻力，让巡检机器人做减速运动；d、当巡检机器人需要做加速运动时，可以同时增加两条电磁车轨的电压，加大电流，从而感应磁场强度同时增加同一个量级，巡检机器人左右两侧所受磁场力的大小同时增加同一个量级，给巡检机器人增加动力，巡检机器人做加速运动；e、当巡检机器人需要在轨道上停留一段时间时，方案一可以同时停止给两条电磁轨道通电，此时电磁轨道平面没有感应磁场，巡检机器人也就不受磁场力的作用，保持静止状态；方案二是改变其中一条电磁轨道的电流方向，使得两条车轨的电流方向相同，电磁轨道内侧产生大小相等，方向相反的感应磁场，从而轨道内侧中间没有感应磁场，巡检机器人不受磁场力的作用；只有靠近车轨的地方有方向相反的感应磁场，作用在巡检机器人左右两侧的磁场力大小相等，方向相反，在合力作用下巡检机器人保持静止状态。

技术总结
一种巡检机器人的动力系统，包括电磁轨道，以及在电磁轨道上运行的巡检机器人，巡检机器人设置有用电回路和储能电路；所述电磁轨道设置有两条通电导轨，以及分别与两条通电导轨的起始端连接的两个可变电源；两条通电导轨内分别连通有直流电，两者的电流方向始终相反；所述巡检机器人底部的平面固定有线圈和多个导体，线圈和导体的方向均垂直于轨道方向，线圈连接至机器人的顶部，与机器人的电源相连，形成导线回路；用导线将导体连接至机器人顶部与电容器相连，形成导体回路；电容器与电源串联连接；巡检机器人通过通信系统与两个可变电源进行通信，实时根据巡检机器人运动状态调整可变电源输出的电压和电流方向。本发明实现了机器人在运行时自产电能。现了机器人在运行时自产电能。现了机器人在运行时自产电能。


技术研发人员：陈先延 桑英军 范媛媛 陈泉宇 张一航
受保护的技术使用者：淮阴工学院
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/6/28