[0001] 本发明涉及供电设备技术领域，尤其涉及一种拖缆供电的机器人平台。

[0002] 涉密单位是禁止使用具备无线功能的设备的，因此不能采用常规的无线通信方式对两轮差速小车进行远程操控。同时，如果小车需运载较大功率的仪器设备，对车载电池组的容量、放电电流上限等参数指标有较大的要求；即便满足条件，也会因电池的迅速升温而导致放电保护截流，因此，目前采用电池的差速运载供电小车无法满足小车运载大功率仪
器设备和需要有线通信的需求。此外，现有的送线器一般是手动拖拽，或者是半自动，通过内置弹簧实现快速回收电缆，而即便是全自动的，也不能很好地适应小车的运动情况。同
时，由于小车尾部带有电缆，在小车运动过程中容易出现小车绕线的情况。

[0041] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0042] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限
制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

[0043] 如图1至图7所示，一种拖缆供电的机器人平台，包括送线器1、差速运载供电小车2和工控机3，所述差速运载供电小车2通过所述送线器1与所述工控机3和外部电源有线连接；

[0044] 所述送线器1包括卷线装置11和线缆张紧反馈装置12，所述卷线装置11包括卷线筒111和驱动装置112，所述卷线筒111用于卷绕线缆10，所述驱动装置112的输出端与所述
卷线筒111连接，所述驱动装置112驱动所述卷线筒111转动以进行线缆10的收放线动作；所述线缆张紧反馈装置12位于所述差速运载供电小车2与所述卷线装置11之间，所述线缆张
紧反馈装置12用于检测线缆10的张紧程度情况，并向所述工控机3发送所述张紧程度情况；

[0045] 所述差速运载供电小车2包括小车本体21以及设置于小车本体21的驱动器22和惯性导航单元，所述惯性导航单元用于测量所述差速运载供电小车2的航向角度，并向所述工控机3发送所述航向角度；所述驱动器22用于驱动所述差速运载供电小车2的移动并向所述
工控机3发送编码值；

[0046] 所述工控机3用于接收所述张紧程度情况、编码值和航向角度，并根据所述张紧程度情况、编码值和航向角度控制所述驱动装置112的工作，以动态控制所述卷线筒111的收
放线速度。

[0047] 现有的供电小车连接的线缆一般仅用于供电，而对小车的控制则采用无线通信的方式进行远程操控，本发明的所述差速运载供电小车2通过所述送线器1与所述工控机3和
外部电源有线连接，能够实现所述工控机3与所述送线器1和所述差速运载供电小车2之间
的通信以及供电，能够为外部搭载设备进行大功率供电的同时，满足涉密单位禁用无线通
信设备的要求，基于有线通信实现有效的远距离遥控。由于使用线缆10进行所述送线器1、所述差速运载供电小车2与所述工控机3和外部电源的连接，小车在运动的过程中容易出现
绕线的情况。本发明通过设置所述惯性导航单元(IMU单元)，所述惯性导航单元可以测量所述差速运载供电小车2的航向角度，通过所述驱动器22的编码值则可以测量其位置和移动
速度，假设所述卷线装置11位于航向零度，根据所述航向角度yaw和所述差速运载供电小车
2的移动速度值Vcar，可以使用以下公式计算所述卷线装置11的收放线速度V，实现所述卷线装置11与差速运载供电小车2之间的收放线同步：

[0048] V＝Vcar·cos(yaw)。

[0049] 此外，通过所述线缆张紧反馈装置12检测线缆10的张紧程度情况，以绝对角度编码器反馈输出值与给定值之差作为输入，基于PID算法动态调整卷线筒111的速度，从而保
证恒定张力。由于所述驱动装置112能够驱动所述卷线筒111转动，实现所述卷线筒111的全自动转动，所述工控机3可以根据所述张紧程度情况、编码值和航向角度控制所述驱动装置
112的工作，从而动态控制所述卷线筒111的收放线速度，实现所述卷线装置11自适应小车
状态来动态调整收放线动作。

[0050] 更进一步地，所述惯性导航单元可以测量所述差速运载供电小车2的航向角度，通过所述驱动器22的编码值则可以测量所述差速运载供电小车2的位置和移动速度，结合这
两种传感器，可以估算小车实时的相对位置和位姿朝向，使得小车在运动过程中能够避免
出现小车绕线的情况。

[0051] 所述拖缆供电的机器人平台，能够实现有线的通信和供电，满足小车运载大功率仪器设备和需要有线通信的需求，同时送线器1能够自适应小车状态来动态调整收放线动
作，且有效避免出现绕线的情况，解决了现有对差速运载小车有无线通信环境限制、送线器无法适应小车的运动情况、容易出现绕线情况的技术问题。

[0052] 更进一步说明，所述差速运载供电小车2还包括雷达23，所述雷达23设置于所述小车本体21的前端面，所述惯性导航单元设置于所述雷达23的后端面；

[0053] 所述雷达23用于测算所述差速运载供电小车2的真实位置，并向所述工控机3发送所述真实位置；所述工控机3用于接收所述真实位置，并根据所述真实位置控制所述驱动器
22的工作，以控制所述差速运载供电小车2的移动方向。

[0054] 需要说明的是，所述差速运载供电小车2的前端为小车车头，所述差速运载供电小车2基于两轮差速模型，可以根据所述驱动器22的编码值，计算所述差速运载供电小车2的
实际位移和移动速度(需要在起始位置开始执行动作，起始位置指的是还没放线以及车头
摆正的时候，才能依赖所述驱动器22进行移动速度的测试)，具体地，所述驱动器22为轮式驱动器；通过在车头设置所述雷达23，以及背靠所述雷达23设置所述惯性导航单元(IMU单
元)，通过内置所述惯性导航单元，可以测量车头的航向角度。结合所述驱动器22和所述惯性导航单元这两种传感器，可以估计所述差速运载供电小车2实时的相对位置和位姿朝向。
但是，所述差速运载供电小车2在实际运行当中会存在驱动轮打滑现象，这将导致所述驱动器22的编码值与实际行走距离产生误差并累积。因此，在车头搭载了所述雷达23，具体地，所述雷达23为激光雷达或者毫米波雷达(一般情况下可使用激光雷达，雨雾环境下可使用
毫米波雷达)。通过所述雷达23扫描所述差速运载供电小车2附近的固定路标，可以计算出
所述差速运载供电小车2的相对位置变化，以此修正所述差速运载供电小车2的位置估计
值，所述差速运载供电小车2可根据上述多种传感器感知环境信息，并以此实时计算自身的位置与姿态，使得所述差速运载供电小车2在移动的过程中，能够实现自主定位并规避会导致绕线情况的动作。

[0055] 值得说明的是，所述线缆10与所述差速运载供电小车2连接时，所述线缆10连接于所述差速运载供电小车2的尾部，所述送线器1会提前安装，并固定于墙体。所述差速运载供电小车2在执行运动的过程中，所述工控机3会根据所述真实位置(评估所述差速运载供电
小车2与固定的所述送线器1的相对位置，以及会考虑尾部线缆10和所述送线器1的位置)控
制所述驱动器22的工作，以控制所述差速运载供电小车2的移动方向，将有选择地执行旋转动作，自主选择合适的朝向进行运动，进而避免出现绕线的情况。主要包含以下两点考虑：
1.车头偏航角的考虑，避免所述差速运载供电小车2在旋转时，出现车头朝向所述送线器1
的情况；2.车体尾部线缆10位置的考虑，避免出现所述差速运载供电小车2顶着线缆10前进的情况。

[0056] 更进一步说明，还包括第一载波器4，所述驱动装置112和所述线缆张紧反馈装置12分别与所述第一载波器4有线通信连接；

[0057] 所述差速运载供电小车2还包括第二载波器24和电源组件25，所述驱动器22、惯性导航单元和雷达23分别与所述第二载波器24有线通信连接，所述电源组件25用于为外部搭
载设备供电；

[0058] 所述线缆10的一端与外部电源和第一载波器4连接，所述第一载波器4与所述工控机3有线通信连接，所述线缆10的另一端卷绕于所述卷线筒111后，依次连接所述线缆张紧
反馈装置12、第二载波器24和电源组件25。

[0059] 通过设置所述第一载波器4和所述第二载波器24，实现所述工控机3与所述送线器1和所述差速运载供电小车2之间采用电力载波的方式进行长时间的供电和有线通信操控，
一方面解决外部搭载设备大功率供电需求，另一方面能够满足涉密单位禁用无线通信设备
的要求，基于有线通信实现有效的远距离遥控。具体地，所述外部电源为220V交流电源，所述第一载波器4与所述第二载波器24之间直接通过线缆10连接即可，两端经载波器可输出
以太网数据和220V交流电，所述线缆张紧反馈装置12可以通过所述第一载波器4向所述工
控机3发送所述张紧程度情况，所述惯性导航单元可以通过所述第二载波器24和第一载波
器4向所述工控机3发送所述航向角度，所述驱动器22可以通过所述第二载波器24和第一载
波器4向所述工控机3发送编码值。

[0060] 更进一步说明，所述线缆10与所述差速运载供电小车2中的第二载波器24连接时，所述线缆10从所述小车本体21的后端进入所述小车本体21的内部，从而与所述第二载波器
24实现连接。

[0061] 更进一步说明，所述差速运载供电小车2还包括主控板，所述主控板设置于所述小车本体21的内部，所述第二载波器24与所述主控板有线通信连接，所述主控板与所述驱动
器22有线通信连接，所述主控板通过所述驱动器22控制所述差速运载供电小车2的轮子的
动作，包括旋转动作和滚动动作。

[0062] 更进一步说明，所述线缆10包括供电线缆和通信线缆；

[0063] 所述供电线缆的一端与所述外部电源连接，所述供电线缆的另一端与所述电源组件25连接；

[0064] 所述通信线缆的一端与所述第一载波器4连接，所述通信线缆的另一端与所述第二载波器24连接。

[0065] 通过设置所述供电线缆，所述供电线缆的一端与所述外部电源连接，所述供电线缆的另一端与所述电源组件25连接，实现为外部搭载设备供电。通过设置所述通信线缆，所述通信线缆的一端与所述第一载波器4连接，所述通信线缆的另一端与所述第二载波器24
连接，实现所述工控机3对所述差速运载供电小车2的通信控制。

[0066] 更进一步说明，所述电源组件25包括电源开关251和电源插座252，所述电源开关251与所述供电线缆连接，所述电源插座252与所述电源开关251连接；

[0067] 所述差速运载供电小车2还包括备用电池26，所述备用电池26与所述电源开关251连接。

[0068] 通过设置所述电源开关251和所述电源插座252，实现为外部搭载设备供电，同时，通过设置所述备用电池26，当没有交流电输出时，供电模式可以自动切换至所述备用电池26供电，而一般常态下，所述差速运载供电小车2会采用220V交流电作为主要供电源，同时给所述备用电池26充电。

[0069] 优选地，所述电源开关251还与所述差速运载供电小车2内部的其他设备部件连接，为所述差速运载供电小车2内部的其他设备部件供电。

[0070] 优选地，所述备用电池26设置于所述小车本体21的内部，以保护所述备用电池26，保证供电安全性，所述备用电池26为锂电池，具备高功率承受力以及使用寿命长的优点。

[0071] 具体地，所述电源开关251设置于所述小车本体21的内部，以保护所述电源开关251，避免受到外界环境的影响，保证供电安全性，所述电源插座252设置于所述小车本体21的上端面，将外部搭载设备的插头插入所述电源插座即可，方便为外部搭载设备供电。

[0072] 优选地，所述差速运载供电小车2还包括超声波传感器27和防撞条28，所述超声波传感器27设置于所述小车本体21的前端面，所述防撞条28设置于所述小车本体21的外壁。

[0073] 为了防止出现安全事故，通过在所述小车本体21的前端面设置所述超声波传感器27，所述超声波传感器27用于提前探测前方障碍物，使所述差速运载供电小车2及时做出停止动作，防止发生碰撞，所述超声波传感器27可以设置多个。通过在所述小车本体21的外壁设置所述防撞条28，即使所述差速运载供电小车2与障碍物发生碰撞，所述防撞条28能够起到缓冲的作用，避免所述小车本体21损坏。由于障碍物通常在下方，所述防撞条28优选设置于所述小车本体21的下部，以保证对所述小车本体21的保护效果。

[0074] 更进一步说明，所述线缆张紧反馈装置12设置于所述卷线装置11的下方，所述线缆张紧反馈装置12包括安装架121、第一滑轮122、第一转轴123、第二滑轮124、第二转轴
125、摆杆126和角度传感器127；

[0075] 所述第一转轴123转动设置于所述安装架121，所述第一滑轮122转动设置于所述第一转轴123；

[0076] 所述第二滑轮124设置于所述第一滑轮122的下方，所述摆杆126的一端与所述第一转轴123固定连接，所述摆杆126的另一端与所述第二转轴125固定连接，所述第二滑轮
124转动设置于所述第二转轴125；

[0077] 所述角度传感器127连接于所述第一转轴123的端部，所述角度传感器127用于测量所述摆杆126的垂直角度。

[0078] 通过所述摆杆126的一端与所述第一转轴123固定连接，所述摆杆126的另一端与所述第二转轴125固定连接，由于所述角度传感器127连接于所述第一转轴123的端部，当线缆10卷绕于所述第一滑轮122和所述第二滑轮124时，如果所述第二滑轮124前后摆动，此时所述摆杆126也同步摆动，所述摆杆126带动所述第一转轴123转动，所述角度传感器127测
量所述摆杆126的垂直角度(即所述第一滑轮122与所述第二滑轮124的连线相对垂直方向
的角度)，以检测线缆10的张紧程度情况，判断线缆10的松紧程度。

[0079] 更进一步说明，所述线缆10以“S”形的绕线结构缠绕于所述第一滑轮122和第二滑轮124，如此，当所述线缆10的张紧程度发生变化时，带动所述第二滑轮124前后摆动，此时所述摆杆126也同步摆动，所述摆杆126带动所述第一转轴123转动，所述角度传感器127测量所述摆杆126的垂直角度，以实现线缆10的张紧程度情况的检测。

[0080] 具体地，所述角度传感器127为绝对角度编码器，所述角度传感器127可以测量所述第二滑轮124的前后偏摆角度，以此来量化当前线缆10的收放线松紧程度，所述角度传感器127与所述第一载波器4有线通信连接，以通过所述第一载波器4向所述工控机3发送所述
张紧程度情况。

[0081] 更进一步说明，通过所述线缆张紧反馈装置12检测线缆10的张紧程度情况，通过所述角度传感器127反馈前后偏摆角度的输出值与给定值之差，通过PID算法调整卷线筒
111的速度，实现动态调整收放线速度，从而保证恒定张力。

[0082] 优选地，所述线缆张紧反馈装置12还包括位置调节组件128，所述位置调节组件128包括固定板1281和弹性件1282，所述固定板1281固定安装于所述安装架121，所述弹性
件1282的一端与所述固定板1281连接，所述弹性件1282的另一端与所述摆杆126连接，所述弹性件1282沿前后方向设置，所述摆杆126沿上下方向设置。

[0083] 由于所述第一滑轮122的位置相对所述安装架121固定，所述第二滑轮124可以相对所述安装架121前后摆动，通过设置所述位置调节组件128，在所述弹性件1282的弹性作
用下，能够根据线缆10的张紧情况对所述第二滑轮124起到自动调节位置的作用，具体地，所述弹性件1282为弹簧。

[0084] 在本实施例中，所述摆杆126设置有两条，两条所述摆杆126分别设置于所述第一滑轮122和所述第二滑轮124的厚度方向的两侧，所述位置调节组件128设置有两个，两个所述位置调节组件128分别与两条所述摆杆126一一对应设置，有效提高所述第二滑轮124的
摆动稳定性。

[0085] 更进一步说明，所述差速运载供电小车2还包括设备安装组件29，所述设备安装组件29包括第一安装条291、至少两条第二安装条292和至少两个安装块293；

[0086] 所述第一安装条291沿前后方向设置，所述第二安装条292沿左右方向设置，所述第二安装条292沿前后方向和左右方向滑动设置于所述第一安装条291的上表面；

[0087] 所述安装块293可拆卸地安装有第一滑块2931和第二滑块2932，所述第一安装条291沿前后方向设置有第一导轨2911，所述第二安装条292沿左右方向设置有第二导轨
2921，所述第一滑块2931卡设于所述第一导轨2911且与所述第一导轨2911滑动连接，所述
第二滑块2932卡设于所述第二导轨2921且与所述第二导轨2921滑动连接。

[0088] 通过设置所述第一安装条291和所述第二安装条292，由于所述第一滑块2931卡设于所述第一导轨2911且与所述第一导轨2911滑动连接，所述第二滑块2932卡设于所述第二
导轨2921且与所述第二导轨2921滑动连接，可以调节所述第二安装条292在所述第一安装
条291上的位置，比如可以推动所述第二安装条292，使两条所述第二安装条292之间的前后距离增大，放置好外部搭载设备后，推动所述第二安装条292，使两条所述第二安装条292将外部搭载设备夹紧，能够适配不同尺寸规格的外部搭载设备，对其进行稳固的夹持，还可以调节所述第二安装条292的左右位置，保证对外部搭载设备的夹持稳定性。

[0089] 具体地，所述第一滑块2931和所述第二滑块2932可以通过螺栓等紧固件可拆卸地安装于所述安装块293，在需要调节所述第二安装条292的位置时，拧松对应的螺栓，使所述第二安装条292的位置可以进行调整，调整完毕后，重新拧紧所述螺栓，使所述第一滑块
2931和所述第二滑块2932分别固定于所述第一安装条291和所述第二安装条292上。

[0090] 在本实施例中，所述第一安装条291设置有两条，所述第二安装条292设置有四条，每条所述第二安装条292与每条所述第一安装条291之间通过一个所述安装块293连接，保证夹持稳定性。

[0091] 优选地，所述卷线装置11还包括联轴器113、滑环114和连接轴115；

[0092] 所述卷线筒111的一端与所述驱动装置112的输出轴连接，所述卷线筒111的另一端与所述连接轴115连接，所述滑环114套接于所述连接轴115。

[0093] 具体地，所述驱动装置112为伺服电机，通过所述驱动装置112的输出轴与所述卷线筒111连接，所述连接轴115带动所述卷线筒111有序地进行线缆10的收放动作，保证线缆
10收放的动作稳定性。

[0094] 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入
本发明的保护范围之内。