【正文】 的高科技產(chǎn)品。它帶有承載攝像機 進(jìn)行水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動的裝置，把攝像機裝云臺上能使攝像機從多個角度進(jìn)行攝像。 23 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 行星齒輪減速機重量輕、體積小、傳動比范圍大、效率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低適應(yīng)性強等特點。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 該輪爪式機器人借助爪組機構(gòu)和輪組機構(gòu)交替式行走的流程如下： 19 (1) 舉起爪組機構(gòu) (2) 翻轉(zhuǎn)爪組機構(gòu) (3) 橫向移動爪組機構(gòu) (4) 落下爪組機構(gòu) (5) 爪組機構(gòu)抱緊障礙物 (6) 升起輪組機構(gòu) (7) 翻轉(zhuǎn)輪組機構(gòu) (8) 橫向移動輪組機構(gòu) (9) 輪組機構(gòu)抱緊障礙物 (10) 落下輪組機構(gòu) 圖 3–錯誤 !未找到引用源。在沒有越障任務(wù)時該機構(gòu)為 機器人提供動力，使機器人前進(jìn)，同時安裝有鎖緊裝置，機器人在越障或者遇到惡劣天氣時，把輪組安全可靠的固定在電線上面。 機器人本體作為巡線機器人系統(tǒng)中最為核心和關(guān) 鍵的組成部分，與其控制部分是一個相對獨立完整的子系統(tǒng)。 巡線機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架 系統(tǒng)總體控制方案 根據(jù)研究原理及巡線過程的分析，對巡線機器人平臺的控制系統(tǒng)有如下功能要求： 機器人平滑行走功能：根據(jù)具體高壓電纜環(huán)境，通過兩個大臂上的輪式結(jié)構(gòu)讓機器人本體在電纜上前后平順的滑行。 2) 局部自主越障控制的實現(xiàn)。本體通過兩個平移關(guān)節(jié)與兩臂相連。 翻越單懸垂線夾 13 技術(shù)參數(shù) 表 2錯誤 !未找到引用源。但是在實際環(huán)境中，高壓電力線路上有很多障礙物或難題，例如，防震錘，壓接管，帶絕緣子的單掛點、雙掛點，傾斜的線路等等。如水平移動為普通模式，跨越懸垂線夾是 Acrobatic Mode 1，從 Loading Pipe 移動到電纜線上為 Acrobatic Mode 2； 3) Expliner 使用重心轉(zhuǎn)移法跨越障礙物 ，并用遙控與局部自主控制結(jié)合，將跨越障礙物分為個簡單步驟之后，完成每步時機器人自動調(diào)節(jié)重心來達(dá)到相應(yīng)的動作要求； 4) Expliner 有四個傳感裝置能同時檢測 4 根電線一組的電纜。 Expliner 的機械結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng) Expliner 是工作在半自動工作模式的，也即始終有人來遠(yuǎn)程控制機器人，只不過并不是每個細(xì)節(jié)動作都需要控制。 Expliner 在傾斜的電纜線上移動并越障 圖 2–錯誤 !未找到引用源。移動過程中對電纜線進(jìn)行安全檢測； 2) Expliner 能快速安全穩(wěn)定的跨過間隔器，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 LineScout 3D 機械結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng) 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 所示， DIS1， 2 為移動輪的驅(qū)動電機。 所示； 4) 用攜帶的機械臂簡單修復(fù)電力線，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 所示。 右）。 左）和飛機巡航（ 圖 1–錯誤 !未找到引用源。 人工檢測高壓線路（左）與無人機巡檢高壓線路（右） 3 2 國內(nèi)外研究水平綜述 國外研究進(jìn)展 加拿大 LineScout LineScout 是加拿大魁北克水電研究院與不列顛哥倫比亞電力傳輸公司合作開發(fā)研制的一款專門用來巡檢電力線路的機器人，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 右所示； 3) 用攜帶的機械臂擰緊防震錘螺釘，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 環(huán)境溫度 0℃ 40℃ 平臺 重量 100KG 長度高度 , 牽引力 500N 直線速度 電池續(xù)航時間 通信距離 電磁屏蔽 最大電流電壓值 735KV1000A 機械結(jié)構(gòu) LineScout 整體機械結(jié)構(gòu)如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 6 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 1) Expliner 在水平線纜上的平均移動速度是 27m/min，大于項目指標(biāo) 20m/min。 跨越間隔器 8 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 9 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 HiBot SH2 Tiny Controller 技術(shù)亮點 經(jīng)過分析將 Expliner 的技術(shù)亮點總結(jié)為以下幾點： 1) Expliner 使用 Sliding Joint 的模塊化方式組裝機器人各部件，機械連接與電氣連接同時接上，使機器人的組裝更加簡單快捷，在實際使用中節(jié)約時間； 2) Expliner 將巡檢各種類型的任務(wù)分為幾種特定的模式，方便分類控制。 該機器人能在不斷電的情況下，行走在 OGWs（架空地線）上，利用搭載的高速球形攝 像機對高壓輸電線路進(jìn)行檢查，從而起到預(yù)防性的維護(hù)作用。 翻越防震錘 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 所示，左圖為第一代兩輪雙臂機器人樣機機構(gòu)簡圖，前后手臂配置相同，都是由上臂和下臂組成，上臂包括壓在架空地線上的一個行走輪與手 爪和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，下臂由一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)與一個和本體箱相連的平移關(guān)節(jié)組成，上下臂由平移關(guān)節(jié)連接。 控制系統(tǒng) 輸電線巡檢機器人運行環(huán)境為距 離地面幾十米的超高壓輸電線避雷線 ,操作者很難通過肉眼實現(xiàn)對機器人作業(yè)狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷并發(fā)出相應(yīng)的控制指令 .根據(jù)巡檢作業(yè)任務(wù)、現(xiàn)場應(yīng)用的實用性與可靠性指標(biāo)的要求 ,確定采用遙控與局部自主相結(jié)合的控制模式實現(xiàn)巡檢機器人沿線行走及跨越障礙 . 巡檢機器人控制系統(tǒng)由機器人本體控制系統(tǒng)和地面遠(yuǎn)端控制平臺兩部分組成 .機器人本體控制系統(tǒng)采用基于 PC104 總線的嵌入式計算機系統(tǒng) .其組成如下 :核心模塊MSM586SV、通訊模塊 EMM282XT、運動控制模塊 PMAC2A2PC10 A/D 轉(zhuǎn)換模塊DMM2162AT、 I/O 模塊 互及檢測圖像的傳輸 ,分別采用了基于串口通訊的無線數(shù)傳電臺系統(tǒng)和微波圖像傳輸系統(tǒng) .機器人地面遠(yuǎn)端控制平臺主要功能為 :通過無線通訊實現(xiàn)與機器人本體控制間的控制信息傳輸及檢測圖像的接收與存儲 .主要硬件組成為 :主控計算機 IPC600微波接收機、PCI 圖像采集卡、無線數(shù)傳系統(tǒng) . 為了滿足巡檢作業(yè)的要求 ,控制系統(tǒng)需解決的關(guān)鍵問題包括 : 1) 遙控與局部自主控制模式的有機結(jié)合 。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 自診斷功能：巡線機器人系統(tǒng)包含的診斷程序在整個運行過程中，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行檢測和診斷，當(dāng)出現(xiàn)故障時為用戶指出原因所在。 機器人本體手臂構(gòu)型 輪組機構(gòu) 其中每個輪組機構(gòu)上共有兩個輪子，如下圖所示。交替運動是通過輪組機構(gòu)和爪組機構(gòu)的交替式運動實現(xiàn)機器人的前進(jìn)或后退。 所示。 行星減速機 采用臺灣 APEX 公司生產(chǎn)的行星齒輪減速機來減少本體的質(zhì)量，并為驅(qū)動系統(tǒng)提供足夠的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，滿足各執(zhí)行機構(gòu)的動力和速度需求。 紅外熱波無損檢測儀 紅外熱波無損檢測技術(shù)是近年來復(fù)合材料無損檢測領(lǐng)域發(fā)展迅速的一種新方法，與常規(guī)的超聲、射線等檢測技術(shù)相比，該項檢測技術(shù)具有非接觸、全場、大面積、快速、直觀、易實現(xiàn)檢測自動化等優(yōu)點，采用專用軟件對獲得的紅外圖像信息處理后，可直接識別缺陷位置坐標(biāo)，除此之外，檢測時對周圍環(huán)境沒有特殊要求，設(shè)備輕便、可移動，特別適合現(xiàn)場應(yīng)用和在線、在役檢測，國外已經(jīng)用于金屬和非金屬材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)件的無損檢測 。 云臺攝像機 云臺攝像機就是帶有云臺的攝像機。功耗小、不易發(fā)熱、使用壽命長、激光紅外夜視距離最遠(yuǎn)可達(dá) 500 米。高強度合金鋁整體壓鑄外殼，內(nèi)部全金屬架構(gòu)，抗沖擊、防腐蝕，防護(hù)等級達(dá)到 IP66。可存儲多達(dá) 128 個預(yù)置位。底層為機器人本體及磨頭。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。對于這樣的開放式系統(tǒng)，當(dāng)控制對象發(fā)生變化或運動控制模塊進(jìn)行修改時，通過簡單的調(diào)整即能構(gòu)成所需控制系統(tǒng)和控制功能，對上層模塊不產(chǎn)生影響?？刂葡渌慕羌雍瘢胁績?nèi)凹，最大限度的減輕控制箱的重量，在容易磕碰的地方加厚，使得箱體更加抗變形。在主顯示屏正中央為云臺攝像頭監(jiān)控畫面，其它監(jiān)控界面分布在它左右和下側(cè)。 遠(yuǎn)程控制箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。 鋰電池實物圖 由于鋰電池供電電壓不穩(wěn)定， 24V 等級的磷酸鐵鋰電池輸出電壓為 而控制箱和輔助控制器 內(nèi)大多元器件需要恒壓供電，所以選用的鋰電池電源電壓要比使用的電壓高一個等級，經(jīng)恒壓 DCDC 模塊將其轉(zhuǎn)換成電壓較為穩(wěn)定的電壓水平。 24V 受控電源轉(zhuǎn)換電路圖 主控單元控制系統(tǒng)用電設(shè)備需要 5 V 和 V 兩種電源。該器 件還有其他一些特點：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在177?？刂葡溆袃蓚€搖桿，搖桿一主要實現(xiàn)機器人本體機器人本體行進(jìn)和差速轉(zhuǎn)向控制；搖桿二實現(xiàn)云臺兩自由度的轉(zhuǎn)動和彩色一體機焦距的遠(yuǎn)近控制。主控單元電路如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 STM32F103VBT6 控制核心 控制軟件設(shè)計 遠(yuǎn)程控制箱作為整個智能機器人本體系統(tǒng)的控制平臺，需要為操作人員提供充分并且直觀的參考信息及數(shù)據(jù)，盡量多的考慮人機功效設(shè)計，使其符合操作人員的控制習(xí)慣，減少操 作人員的工作負(fù)擔(dān)和精神壓力。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。并且該界面搭配方式具有簡單醒目、直觀及隱蔽性好的特點，因此被廣泛應(yīng)用于各種軍用顯示器及儀表當(dāng)中。 遠(yuǎn)程交互平臺監(jiān)控顯示程序列表 程序模塊 說明 視頻監(jiān)控程序 實時顯示智能無人機器人本體上傳的視頻圖像數(shù)據(jù) 通過視頻切換可以顯示兩個攝像頭中的任意一個視頻數(shù)據(jù) 障礙數(shù)據(jù)顯示 實時顯示機器人本體前后的障礙物距離信息 羅盤信息顯示 實時顯示機器人本體航向信息 電機數(shù)據(jù)監(jiān)控 實時顯示機器人本體 電池狀態(tài)監(jiān)控 實時顯示機器人本體 搖 桿狀態(tài)監(jiān)控 實時顯示機器人本體控制搖桿 紅外檢測顯示 通過視頻切換可以顯示紅外無損檢測圖像顯示 姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示 分別顯示機器人本體航向、俯仰及橫滾數(shù)據(jù) 速度調(diào)節(jié)顯示 實時顯示機器人本體速度調(diào)節(jié)及云臺速度調(diào)節(jié)數(shù)據(jù) 觸控按鍵 設(shè)計有 6 個觸摸屏控制按鍵，實現(xiàn)攝像頭的切換等功能 實施方案 本項目以產(chǎn)學(xué)研合作模式完成，由深圳市先進(jìn)智能技術(shù)研究所 香港中文大學(xué)團(tuán)隊共同完成