【文章內(nèi)容簡介】 行檢測。在路徑轉(zhuǎn)彎處，機(jī)器人也能夠讀取轉(zhuǎn)彎標(biāo)識(shí)從而使機(jī) 器人能夠做出正確的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。 設(shè)備監(jiān)測 在監(jiān)測點(diǎn)，機(jī)器人本體可通過實(shí)現(xiàn)設(shè)定的預(yù)置位將可見光攝像儀和紅外熱像儀自動(dòng)對準(zhǔn)待監(jiān)測電氣設(shè)備，并對其運(yùn)行狀態(tài)、溫度等進(jìn)行監(jiān)測，之后將采集的視頻圖像、紅外圖像以及溫度等參數(shù)傳送至控制中心，工作人員通過控制中心軟件窗口在線檢測電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在巡檢 25 過程中，用戶還可以對云臺(tái)位置和焦距等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可使用錄像和圖像截取功能，還可對紅外熱像儀的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 數(shù)據(jù)采集 機(jī)器人本體通過各種傳感器采集機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需的各種數(shù)據(jù)，包括超聲波、磁傳感器、 RFID 標(biāo)簽、 溫度，這些數(shù)據(jù)能夠傳送到控制中心軟件并顯示出來。 機(jī)器人本體硬件檢測 機(jī)器人本體軟件實(shí)現(xiàn)對自身硬件的檢測，包括超聲波、磁傳感器、RFID 讀寫器、網(wǎng)絡(luò)等，確保系統(tǒng)各硬件能夠正常工作。一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用故障處理程序來作出相應(yīng)的處理。 故障報(bào)警處理 針對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，故障報(bào)警處理程序會(huì)根據(jù)不同故障的類別給出報(bào)警提示信息并采取相應(yīng)的故障處理，這樣就保證了系統(tǒng)的可靠性。 參數(shù)設(shè)置 機(jī)器人本體軟件允許用戶對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這樣使得系統(tǒng)可以運(yùn)行在不同的配置環(huán)境下，從而提高了系統(tǒng)的靈活性。 開機(jī)自啟動(dòng) 機(jī)器人系統(tǒng)加電后，下位機(jī)軟件自動(dòng)啟動(dòng)，讀取設(shè)定的配置信息， 26 進(jìn)入工作狀態(tài)。 遠(yuǎn)程控制 控制中心軟件能夠?qū)C(jī)器人本體和監(jiān)測設(shè)備（攝像儀和紅外熱像儀）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。工作人員通過操作遠(yuǎn)程控制界面或鍵盤控制機(jī)器人本體前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止。 控制中心軟件提供對可見光攝像儀和紅外攝像儀遠(yuǎn)程操作面板，可對其進(jìn)行云臺(tái)控制、焦距控制、錄像、圖像截取以及紅外攝像儀各種功能的遠(yuǎn)程控制。 預(yù)置位設(shè)置 系統(tǒng)提供對監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)置位設(shè)置，在監(jiān)測點(diǎn)用戶可以記錄下云臺(tái)的方位、俯仰角等信息，在實(shí)際巡檢 時(shí)機(jī)器人根據(jù)預(yù)置位自動(dòng)將云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的方位，便于工作人員對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。 電子地圖展現(xiàn) 該功能根據(jù)機(jī)器人本體回傳的數(shù)據(jù)展現(xiàn)機(jī)器人的巡檢狀況。這使得工作人員以非常直觀的方式了解現(xiàn)場的情況，也使得人機(jī)界面十分友好。 視頻和紅外圖像的顯示 機(jī)器人本體采集的變電站設(shè)備視頻和紅外圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后在窗口中顯示，工作人員可以通過視頻窗口紅外窗口觀察電氣設(shè)備的運(yùn)行狀 27 態(tài)。 數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。?shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，機(jī)器人本體軟件和控制中心軟件能夠發(fā)送和接收不同格式、 不同類型的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行正確的處理和顯示。 用戶管理 系統(tǒng)提供用戶登錄、添加、刪除、用戶信息修改等基本用戶管理功能。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 5 測試情況 通過對變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的測試，所有功能都能正常執(zhí)行，機(jī)器人能夠沿著指定巡檢路線行進(jìn)，能夠完成電氣設(shè)備的巡檢任務(wù)，可靠性、穩(wěn)定性和安全性較高。 控制中心能夠完成對現(xiàn)場的監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器人和監(jiān)測設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，能夠以電子地圖的方式展現(xiàn)機(jī)器人現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)。因此系統(tǒng)整體工作情況良好，達(dá)到超高壓局的 技術(shù)和功能要求。 28 6 總結(jié) 通過對系統(tǒng)的調(diào)試、測試、試運(yùn)行，變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對變電站設(shè)備的巡檢功能和集中控制管理，使對電氣設(shè)備的巡檢得到統(tǒng)一、有效、及時(shí)、正確的監(jiān)管，其系統(tǒng)功能是值得肯定和相信的，且具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。 29 重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng) 技術(shù)報(bào)告 變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)項(xiàng)目小組 30 1 整體架構(gòu) 圖 系統(tǒng)整體架構(gòu) 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：變電站控制中心軟件、無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場巡檢機(jī)器人?？刂浦行能浖\(yùn)行在變電站控制室的計(jì)算 機(jī)上，主要功能是對巡檢現(xiàn)場的情況進(jìn)行監(jiān)控。該軟件包括以下幾個(gè)主要功能： 電子地圖的展現(xiàn)。控制中心軟件根據(jù)繪制出的變電站電子地圖， 31 對巡檢機(jī)器人的工作過程進(jìn)行展現(xiàn)。 視頻、紅外圖像的顯示。機(jī)器人采集的視頻圖像信息和紅外圖像信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心軟件就?huì)在相應(yīng)的窗口中顯示視頻圖像和紅外圖像。工作人員可以通過這兩個(gè)窗口監(jiān)視現(xiàn)場的工作情況和設(shè)備的運(yùn)行情況。 機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示。控制中心軟件能夠接收機(jī)器人回傳的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并將其在窗口中顯示出來。這樣工作人員 可以及時(shí)地了解現(xiàn)場的巡檢狀況。 遠(yuǎn)程遙操作。控制中心軟件允許工作人員通過軟件提供的操作面板對機(jī)器人本體、攝像儀和紅外熱像儀實(shí)施遠(yuǎn)程遙操作，不僅可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人行走而且可以控制攝像儀和紅外熱像儀的云臺(tái)、焦距等。 無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)中心軟件和巡檢機(jī)器人之間的通訊。無線網(wǎng)絡(luò)要求高帶寬、高可靠性和低延遲，能夠穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中誤碼率低。 巡檢機(jī)器人主要承擔(dān)設(shè)備巡檢的任務(wù)并將采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)上傳到控制中心。其主要功能包括： 機(jī)器人導(dǎo)航定位。機(jī)器人要能夠沿著巡檢路線巡游，同時(shí) 還要能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的位置進(jìn)行定位。 機(jī)器人本體故障診斷和自保護(hù)。機(jī)器人本體軟件系統(tǒng)對硬件進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息并采取相應(yīng)措施進(jìn)行自我保 32 護(hù)。 電力設(shè)備的監(jiān)測。機(jī)器人通過其所攜帶的攝像儀和紅外熱像儀對電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，并將采集的圖像數(shù)據(jù)和紅外數(shù)據(jù)上傳至控制中心。 2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) A PA P交 換 機(jī)交 換 機(jī)全 向 天 線全 向 天 線攝 像 頭視 頻 編 碼 器機(jī) 器 人紅 外 測 試 儀攝 像 頭 圖 機(jī)器人系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 機(jī)器人本體攜帶導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?？刂浦行能浖\(yùn)行在監(jiān)控室的服務(wù)器上。服務(wù)器與機(jī)器人之間采用點(diǎn)對點(diǎn)的無 線網(wǎng)絡(luò)連接。在機(jī)器人上安裝全向天線，確保在任何方向上都能夠接收到無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。服務(wù)器通過交換機(jī)和無線 AP 相連，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上保證機(jī)器人和服務(wù)器處于同一個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段中，這樣機(jī)器人和服務(wù) 33 器就能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信。 3 機(jī)器人控制技術(shù) 控制系統(tǒng)總體方案 是 否 接 收 到 轉(zhuǎn) 彎命 令前 方出 現(xiàn)障 礙檢 測電 氣設(shè) 備超 溫是 否 停 車 命 令啟 動(dòng)現(xiàn) 場 處 理收 到 處 理 結(jié) 束 命 令轉(zhuǎn) 彎轉(zhuǎn) 彎 是 否 完 成直 線 運(yùn) 動(dòng)Y E SN ON OY E SY E SN O停 車 原 因 分 析 圖 控制框圖 從圖 中可以看出，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制主要分為三部分：一、停止運(yùn)動(dòng)：由于出現(xiàn)緊急情況（如前方出現(xiàn)障礙物或者機(jī)器人內(nèi)部溫度過高）以及需要檢測電氣設(shè)備時(shí)，機(jī)器人會(huì)停止前進(jìn)，等現(xiàn)場排除故障或電氣檢測 結(jié)束時(shí)，機(jī)器人會(huì)繼續(xù)前進(jìn)。二、轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)：當(dāng)機(jī)器人收到由導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)彎命令后，便開始轉(zhuǎn)彎，當(dāng)轉(zhuǎn)彎結(jié)束后，機(jī)器人會(huì)開始直線運(yùn)動(dòng)。三、直線行走運(yùn)動(dòng)：當(dāng)機(jī)器人沒有收到停車命令或者轉(zhuǎn)彎命令時(shí)，機(jī)器人按直線行走。 34 直線運(yùn)動(dòng)自動(dòng)控制 控制基本原理 機(jī)器人行走 控制原理如圖 所示： 圖 直線自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制控制原理圖 采用內(nèi)環(huán)為主，外環(huán)為輔的控制方式：內(nèi)環(huán)控制小車直線移動(dòng)，外環(huán)校正小車的前進(jìn)方向。 內(nèi)環(huán)控制 根據(jù)兩輪的速度差，通過 PID 運(yùn)算，校正兩輪速度， 保證小車直線行走。如果出現(xiàn)偏差，控制程序計(jì)算出偏離的角度和偏移距離，從而調(diào)整機(jī)器人兩驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整輪子的轉(zhuǎn)向和機(jī)器人前進(jìn)速度，盡量避免機(jī)器人按蛇形路徑前進(jìn)。 校正過程如圖 所示。 PID 控制器 電機(jī) 速度 位置信息 35 圖 PID 控制流程框圖 外環(huán)控制 外環(huán)控制主要是前進(jìn)方向的校正。如果出現(xiàn)偏差，控制程序計(jì)算出控制量 ()uk ，根據(jù)傳感器檢測的小車的偏離角度 ， 確定小車的轉(zhuǎn)向。偏離角度可以做用來預(yù)測小車的運(yùn)動(dòng)趨勢，當(dāng)小車偏離角度與偏離距離同號(hào)，小車向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)二者異號(hào)，小車先不做 偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，等運(yùn)行一段時(shí)間再判斷。確定小車轉(zhuǎn)向后再根據(jù)控制量 ()uk ，給控制器相應(yīng)端口送電壓，從而調(diào)整機(jī)器人兩驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輪子的轉(zhuǎn)向，從而校正小車的前進(jìn)方向。 轉(zhuǎn)彎控制 36 轉(zhuǎn)彎控制采用原地直角轉(zhuǎn)彎方式，具體過程是，當(dāng)傳感器（磁傳感器與 RFID）檢測到轉(zhuǎn)彎標(biāo)志時(shí)，小車延時(shí)一段時(shí)間（盡量保證小車中心轉(zhuǎn)彎的中心位置）停下來，一個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)輪子停止原地轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)完成轉(zhuǎn)彎時(shí) ，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。具體流程如 圖 所示 ： 檢 測 到 轉(zhuǎn) 彎 標(biāo) 志小 車 延 時(shí) 一 段 時(shí) 間 停 止 運(yùn) 行判 斷 小 車 轉(zhuǎn) 向 （ F R I D 標(biāo) 志 位 判 斷 ）原 地 轉(zhuǎn) 彎 （ 一 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 一 輪 停 止 ）結(jié) 束結(jié) 束是否轉(zhuǎn) 動(dòng) 輪 里 程到 ？ 圖 小車轉(zhuǎn)彎控制流程 避障控制 當(dāng)安裝在 機(jī)器人 上的超聲波 傳感器 檢測 到 機(jī)器人周圍的障礙物時(shí)，工控機(jī)可以通過獲取超聲波雷達(dá)的輸出信號(hào)來判斷是否有障礙物。一旦發(fā)現(xiàn)前方有障礙物，工 控 機(jī)通過板卡向控制器發(fā)出停車指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速，直至機(jī)器人停止運(yùn)行，停車距離可以通過試驗(yàn)測得。當(dāng)障礙物消除后，超聲波傳感器將此信息傳遞給工控機(jī)，工控機(jī)通過板卡向控制器發(fā)出啟動(dòng)指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速，直至機(jī)器人勻速行駛?？刂屏鞒倘鐖D 所示： 37 接 收 到 停 車 指 令轉(zhuǎn) 入 前 進(jìn) 控 制主 程 序是否收 到 前 進(jìn) 指 令 嗎 ？小 車 前 進(jìn) 停 止 圖 緊急停車控制流 程 緊急故障停車控制（如超溫控制等）與避障控制相類似。 控制流程如圖 所示。 開 始轉(zhuǎn) 入 前 進(jìn) 控 制主 程 序否是機(jī) 箱 溫 度 是 否 超 溫 ？小 車 前 進(jìn) 停 止機(jī) 箱 溫 度 是 否 超 溫 ？否是 圖 超溫停車控制流程 4 機(jī)器人導(dǎo)