一种机器人供能分配方法、系统、设备及介质与流程

本技术涉及混合能源管理，尤其涉及一种机器人供能分配方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、随着电力巡检机器人在长航时、复杂环境下的应用日益广泛，其同时运行移动控制、环境感知、通信、数据处理等多个功能模块，各模块功率需求差异大且变化频繁。单一电源难以兼顾续航能力与动态响应，因此采用燃料供能单元与锂电供能单元组合的氢电混合供能方式成为重要技术路线，需要对氢电混合供能进行合理分配。

2、电力巡检机器人在执行巡检任务过程中，容易突然触发一个短时高功率的机械臂动作任务。此时，总功率需求瞬间超出系统的供能能力。现有氢电混合供能方法通常将所有并发任务合并为统一负载，仅根据总负载功率的大小，按照预设的固定规则或状态切换逻辑，决定燃料电池与锂电池的输出分配。当总功率需求超出供能上限时，现有方法只能整体降低输出功率或切换至保护模式，这可能导致维持机器人基本运行的关键任务因功率不足而被迫降频或中断，而低优先级的非关键任务却依然占用供能资源。因此，当电力巡检机器人巡检过程中面对极端的功率需求时，如何提高电力巡检机器人的运行稳定性是当前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种机器人供能分配方法、系统、设备及介质，可以在电力巡检机器人面对极端的功率需求时，提高电力巡检机器人的运行稳定性。

2、本技术一些实施例中提供了一种机器人供能分配方法，应用于氢电供能系统，所述氢电供能系统包括：燃料供能单元以及锂电供能单元；所述机器人供能分配方法，包括：

3、获取所述机器人在当前控制周期内的待执行任务的任务数据，根据所述任务数据确定每一所述待执行任务的供能优先级；所述任务数据包括：对应所述待执行任务的功率需求；

4、获取当前控制周期内所述氢电供能系统的运行数据，根据所述运行数据分别确定所述燃料供能单元的第一供能约束以及所述锂电供能单元的第二供能约束；

5、获取当前控制周期内所述机器人的负载功率，根据所述第一供能约束、所述第二供能约束以及所述负载功率确定当前控制周期内所述氢电供能系统的可用供能；

6、当所述可用供能不足以满足全部所述待执行任务的所述功率需求时，按照所述供能优先级，调整各所述待执行任务的执行方式，以确定所述机器人所需的目标总负载功率；

7、在所述第一供能约束和所述第二供能约束的范围内，分别分配所述燃料供能单元和所述锂电供能单元各自需要承担的输出功率，生成对应的电源控制指令，并根据所述电源控制指令对所述氢电供能系统进行控制。

8、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：本技术通过获取当前控制周期内待执行任务的任务数据并确定供能优先级，同时结合氢电供能系统的运行数据分别确定燃料供能单元的第一供能约束和锂电供能单元的第二供能约束，从而能够基于多任务负载需求与双能源单元实际供能边界的实时对比，准确核算当前控制周期内的可用供能；在此基础上，当突发高功率任务导致可用供能产生缺口时，系统并非无差别降低整体输出或直接切入保护模式，而是依据供能优先级定向地调整各待执行任务的执行方式，在负载端对用能峰值实施削减，重构出与当前混合供能系统实际出力能力相匹配的目标总负载功率，最终在第一和第二供能约束范围内完成出力的精确分配与控制，从而机器人在面临机械臂动作等突发极端高功率需求时，有效提高了电力巡检机器人的运行连续性与系统稳定性。

9、进一步地，所述运行数据包括：所述燃料供能单元的第一输出功率、第一温度、剩余燃料量以及电流，所述锂电供能单元的剩余电量、充放电功率以及第二温度；所述根据所述运行数据分别确定所述燃料供能单元的第一供能约束以及所述锂电供能单元的第二供能约束，包括：

10、根据所述燃料供能单元的所述第一温度、所述电流及所述剩余燃料量，确定所述燃料供能单元在当前控制周期内允许输出的功率上限；

11、获取所述燃料供能单元在上一控制周期的第二输出功率，根据所述第一输出功率与所述第二输出功率的输出功率之差，确定所述燃料供能单元在当前控制周期内的输出功率变化幅度；

12、根据所述锂电供能单元的所述剩余电量及所述第二温度，确定所述锂电供能单元在当前控制周期内允许的最大放电补偿功率；

13、根据所述锂电供能单元的所述充放电功率及所述第二温度，确定所述锂电供能单元在当前控制周期内允许的最大充电回收功率；

14、将所述功率上限和所述输出功率变化幅度共同构成所述第一供能约束，所述最大放电补偿功率和所述最大充电回收功率共同构成所述第二供能约束。

15、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过采集燃料供能单元的第一温度、电流及剩余燃料量来动态确立其在当前控制周期内允许输出的功率上限，并基于当前输出功率与上一周期输出功率之差锁定允许的输出功率变化幅度，同时结合锂电供能单元的剩余电量、充放电功率及第二温度，分别确立最大放电补偿功率与最大充电回收功率，使得氢电混合系统的供能约束能够精准反映两能源单元当前的实时物理与电化学状态。特别是通过引入燃料供能单元的输出功率变化幅度，在控制层面上对其出力波动施加了动态限幅，配合锂电单元的最大放电与充电回收边界，使得系统能够有效抑制燃料电池因瞬态负载剧烈波动而频繁大幅度调节输出的情况，将高频波动的冲击部分合理交由响应迅速的锂电单元承担，从而在防止系统母线过载的同时，显著降低了燃料电池电堆的内部疲劳损耗，有效延长了双能源系统的寿命。

16、进一步地，所述运行数据包括：所述锂电供能单元的剩余电量；所述根据所述第一供能约束、所述第二供能约束以及所述负载功率确定当前控制周期内所述氢电供能系统的可用供能，包括：

17、根据所述剩余燃料量确定第一修正系数；

18、根据所述剩余电量确定第二修正系数；

19、根据所述第一修正系数修正所述功率上限，得到目标功率上限；

20、根据所述第二修正系数修正所述最大放电补偿功率，得到目标最大放电补偿功率；

21、根据所述目标功率上限以及所述目标最大放电补偿功率，确定所述氢电供能系统的所述可用供能。

22、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过基于剩余燃料量和剩余电量的第一、第二修正系数，对计算出的功率上限及最大放电补偿功率进行实时的二次修正，为供能分配建立了一种考虑物料消耗和电量衰减的前馈调节机制，当巡检任务进入中后期导致剩余燃料量或剩余电量处于较低区间时，修正系数能够主动收紧燃料供能单元和锂电供能单元的出力约束边界，进而提早促使负载侧触发相应的任务执行方式调整与能耗压缩策略，避免电源系统在能源储备匮乏状态下因过度抽载而引发的电池过放或不可逆物理损坏，保障了巡检机器人在低能源储备状态下仍能平滑过渡并维持基本运行。

23、进一步地，所述在所述第一供能约束和所述第二供能约束的范围内，分别分配所述燃料供能单元和所述锂电供能单元各自需要承担的输出功率，生成对应的电源控制指令，包括：

24、根据所述目标总负载功率和所述燃料供能单元允许输出的所述功率上限，确定所述燃料供能单元的第一分配功率；

25、根据所述输出功率变化幅度，对所述第一分配功率进行限幅处理，使所述第一分配功率相对于所述第二输出功率的变化量不超过所述输出功率变化幅度，得到所述燃料供能单元的目标输出功率；

26、根据所述目标总负载功率与所述目标输出功率的差值，得到所述锂电供能单元的目标补偿功率；

27、根据所述目标输出功率生成所述燃料供能单元的第一电源控制指令，根据所述目标补偿功率生成所述锂电供能单元的第二电源控制指令。

28、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：首先基于目标总负载功率与功率上限确定燃料供能单元的第一分配功率，并利用输出功率变化幅度对其进行严格的限幅处理，使其相对于上一周期输出功率的变化量不超过允许幅度，从而锁定燃料供能单元的目标输出功率，最后将目标总负载功率与目标输出功率的差值定向指派给锂电供能单元作为目标补偿功率，使得燃料供能单元的出力在其输出功率变化幅度的限制下表现为平缓的梯度过渡，始终维持在相对平稳的持续供能状态，而由机械臂动作等引发的陡峭突变功率则完全由具备快速响应特性的锂电单元进行实时补偿，最大限度地避免了系统母线电压因瞬态功率缺口而产生剧烈跌落，改善了机器人内部供能的稳定性。

29、进一步地，所述第二电源控制指令，包括：锂电放电指令或锂电充电指令；所述根据所述目标补偿功率生成所述锂电供能单元的第二电源控制指令，包括：

30、若所述目标总负载功率大于或等于所述目标输出功率，则根据所述目标补偿功率与所述最大放电补偿功率中的较小值，生成所述锂电放电指令；

31、若所述目标总负载功率小于所述目标输出功率，则根据所述目标补偿功率与所述最大充电回收功率中的较小值，生成所述锂电充电指令。

32、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过对目标总负载功率与燃料供能单元目标输出功率的大小关系进行条件判定，精准识别系统当前处于功率亏空还是功率盈余工况，并在目标总负载功率大于或等于目标输出功率时采取目标补偿功率与最大放电补偿功率的较小值逻辑生成锂电放电指令，在目标总负载功率小于目标输出功率时采取目标补偿功率与最大充电回收功率的较小值逻辑生成锂电充电指令，使得锂电供能单元在混合供能系统中能够有效发挥双向功率调节与缓冲的作用，既能在用电高峰期作为放电补偿源实施安全的极限功率输出，又能在负载骤降或执行机构产生回馈电能时作为接收端实施安全的反向能量回收。同时，通过引入较小值进行限幅，确保了任何工况下的控制指令均不会超越锂电池当前的实际物理耐受极限，有效遏制了母线电压骤然过冲或锂电池过充、过放所引发的电气安全风险。

33、进一步地，所述按照所述供能优先级，调整各所述待执行任务的执行方式，以确定所述机器人所需的目标总负载功率，包括：

34、按照所述供能优先级从高到低的顺序，依次判断当前剩余的所述可用供能是否能够满足当前待执行任务的功率需求；

35、若能满足，则保持该待执行任务的功率需求不变；

36、若不能满足，则根据该待执行任务允许调整的执行方式，则降低所述待执行任务的功率需求；

37、将所有经调整后的所述待执行任务的所述功率需求进行累加，得到所述目标总负载功率。

38、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：按照供能优先级从高到低的逻辑顺序，依次判断当前剩余的可用供能是否能够满足当前待执行任务的功率需求，对能够满足的任务全额保留功率需求，而推进到低优先级任务且出现可用供能缺口时，则依据该任务自身允许调整的执行方式降低其功率需求，最终将所有调整后的功率需求进行累加得到目标总负载功率，保证机器人在面对突发极端高负载时并非盲目、无差别地直接掐断低优先级任务，而是将其用能需求精准压缩至维持基本运转的合理水平，在最大化利用当前混合电源实际可用供能极限的同时，以最合理的任务柔性功能让步换取了机器人底层关键任务的绝对连续执行，从而保证电力巡检机器人在极度供能紧张状态下的稳定运行。

39、进一步地，所述任务数据包括：对应所述待执行任务的连续性要求、功率冲击特性以及可调整程度属性；所述根据所述任务数据确定每一所述待执行任务的供能优先级，包括：

40、当所述连续性要求为需要连续执行以维持所述机器人的运行时，将对应的所述待执行任务设定为第一优先级；

41、当所述功率冲击特性为存在瞬时高功率需求时，将对应的所述待执行任务设定为第二优先级；

42、当所述可调整程度属性为允许调整功率需求时，将对应的所述待执行任务设定为第三优先级；

43、其中，所述第一优先级的保障顺序高于所述第二优先级，所述第二优先级的保障顺序高于所述第三优先级。

44、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：通过将连续性任务设为最高保障，确保了机器人基本控制与通信维系绝不断电，而将瞬态冲击任务排在可调整任务之前，使得当机械臂等动作触发瞬时高功率需求时，能够第一时间利用第三优先级任务被压缩所释放出的功率空间为其提供出力缓冲，提高电力巡检机器人的极端工况下的运行稳定性。

45、本技术另一实施例还提供了一种机器人供能分配系统，所述机器人供能分配系统实现如本技术机器人供能分配方法的步骤。

46、本技术另一实施例还提供了一种终端设备，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时，实现如本技术机器人供能分配方法的步骤。

47、本技术另一实施例还提供了一种计算机可读存储介质项，包括：存储的计算机程序，在计算机程序运行时，控制计算机可读存储介质所在的设备执行如本技术机器人供能分配方法的步骤。