【正文】 版本，所以只有電源單元、信號處理核心單元、無線數(shù)傳單元和控制終端幾個基 本部分。 29 高 性 能 磷 酸 鐵 鋰 電 池 組電 源 管 理 單 元3D搖桿3 G 網(wǎng) 卡鍵 盤視 頻 采 集 卡無 線 視 頻接 收 單 元觸 摸 屏 附 件USB單元U S B 擴(kuò) 展 接 口信 號 處理 核 心無 線 數(shù) 據(jù)傳 輸 單 元信 號 處理 核 心L C D觸 摸液 晶顯 示L C D液 晶主 顯示 器速度滑桿控制按鍵LED 圖 3–錯誤 !未找到 引用源。該部分硬件構(gòu)架原理如 圖 3–錯誤 !未找到 引用源。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 遠(yuǎn)程交互平臺硬件設(shè)計 遠(yuǎn)程交互平臺實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的遠(yuǎn)程控制、機(jī)器人本體狀態(tài)參數(shù)的顯示以及視頻圖像的顯示等，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要裝備。界面主體背景為黑色，線條為綠色。主監(jiān)控界面和副顯示界面，主顯示界面中涵蓋了云臺視頻監(jiān)控界 面、機(jī)器人本體驅(qū)動電機(jī)監(jiān)控界面、車載電源和控制箱電源監(jiān)控界面、電子羅盤監(jiān)控界面、障礙物信息監(jiān)控界面以及車燈啟閉監(jiān)控界面。 控制箱實(shí)打開控制箱，上側(cè)為主監(jiān)控界面，下側(cè)為副監(jiān)控界面，副控制界面兩側(cè)為操作搖桿和操作按鈕，下側(cè)為金屬鍵盤?？刂葡溆袃蓚€控制手柄，分別內(nèi)置在控制箱下箱體的左右兩邊，由于手柄為全方位手柄，手柄的四周留有一定的間隙?？刂葡錇橄粕w結(jié)構(gòu)，主顯示屏為于上箱面，副顯示屏和鍵 盤位于下箱面。 控制箱設(shè)計效果圖 28 考慮到其特殊的應(yīng)用場合和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其外形為鋁合金，表面經(jīng)噴砂氧化處理，不僅增加了表面抗氧化性，還增加了使用者觸摸時的手感。 所示。 27 機(jī)器人主控軟件數(shù) 學(xué) 運(yùn) 算 庫（ 數(shù) 列 、 矩 陣 、 四 元 數(shù) 等 ）機(jī) 器 人 語 言 庫（ 語 法 檢 查 、 指 令 語 言 解 釋 器 ）機(jī) 器 人 庫（ 運(yùn) 動 學(xué) 、 動 力 學(xué) 等 ）軌 跡 規(guī) 劃 庫（ 關(guān) 節(jié) 空 間 、 笛 卡 爾 空 間 ）運(yùn) 動 控 制 庫（ 伺 服 控 制 、 智 能 控 制 等 ）網(wǎng) 絡(luò) 通 訊 庫（ 客 戶 端 、 外 圍 設(shè) 備 等 ）文 件 管 理 器（ 系 統(tǒng) 參 數(shù) 、 軌 跡 文 件 等 ）系 統(tǒng) 診 斷 及 故 障 處 理 庫（ 系 統(tǒng) 檢 查 、 故 障 處 理 等 ） 圖 3–錯誤 !未找到引用源。運(yùn)動控制卡 PMAC 和無刷直流伺服電機(jī)控制器之間可以通過自制線路板實(shí)現(xiàn)信號連接。為了達(dá)到最優(yōu)的控制效果，可以采用位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)（力矩環(huán)）三閉環(huán)控制策略，三閉環(huán)在交流電機(jī)伺服控制器和 PMAC 控制卡中的分配根據(jù)控制要求而定。 此外，還有和 PMAC 配套使用的附件，如 ACC34AA32in/32/out I/O 光電隔離板 ，A/D， D/A 板等。 PMAC運(yùn)動控制卡 PMAC2APC/104 8 軸控制卡具有以下功能： 標(biāo)準(zhǔn) 40MHz DSP 主時鐘，可選 60/80MHz， PC104 總線； 帶有 Flash Memory 存儲運(yùn)動程序等； 標(biāo)配 4/8 路 PWM 數(shù)字量輸出，可變?yōu)?pulse+dir 數(shù)字量信號或 DAC177。 無刷直流電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)部模型 位置控制采用 PMAC 多軸運(yùn)動控制卡，由于機(jī)器人本體有 8 軸 ，所以選用PMAC2APC/1048 軸運(yùn)動控制卡，該卡與 PCM3350 嵌入式工控機(jī)均符合 PC/104 總線規(guī)范。 ，電流環(huán)主要實(shí)現(xiàn)電流控制和功率放大，速度環(huán)采用 PI 控制器，提高抗負(fù)載擾動能力，抑制速度波動，位置環(huán)用于保證動態(tài)跟蹤性能和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度。 機(jī)器人本體控制系統(tǒng)框圖 機(jī)器人各關(guān)節(jié)伺服控制的核心是無刷直流電機(jī)驅(qū)動和 PMAC 多 軸運(yùn)動控制器．無刷直流電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電流控制和速度控制， PMAC 運(yùn)動控制器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置控制。規(guī)劃控制器作為機(jī)器人本體系統(tǒng)的主控制器，通過總線與多通道串口卡及多軸運(yùn)動控制器連接，主要功能是初始化多軸運(yùn)動控制器，并將軌跡規(guī)劃的結(jié)果發(fā)送到多軸運(yùn)動控制器用于軌跡跟蹤控制。伺服控制級由交流電機(jī)伺服驅(qū)動器、多軸運(yùn)動控制卡、多通道串口卡，以及 A/D、 D/A、 I/O 接口組成。 所示。 RS485 串行控制，云臺地址 1～ 255。通過云臺設(shè)置，云臺可以在任意兩點(diǎn)間掃描，描速度連續(xù)可調(diào)。數(shù)據(jù)斷電記憶。 0. 1176。無限位旋轉(zhuǎn)，仰視角度 180176。低速運(yùn)行平穩(wěn)、超低噪聲、畫面無抖動。適用于需要在夜間、惡劣環(huán)境、遠(yuǎn)距離、大范圍實(shí)時監(jiān)控的場合。雨刷設(shè)計，解決灰塵、風(fēng)沙、雨水難題。近景紅外燈自動開啟，遠(yuǎn)景激光光源與一體機(jī)智能同步變焦。同時也便于安裝和維護(hù)，具 有外形美觀、輕巧靈便、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。集萬向變速云臺、激光、紅外、多功能解碼器一體的高科技產(chǎn)品。水平及垂直轉(zhuǎn)動的角度大小可通過限位開關(guān)進(jìn)行調(diào)整。 云臺內(nèi)裝兩個電動機(jī)。水平及垂直轉(zhuǎn)動的角度大小可通過限位開關(guān)進(jìn)行調(diào)整。它帶有承載攝像機(jī) 進(jìn)行水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動的裝置，把攝像機(jī)裝云臺上能使攝像機(jī)從多個角度進(jìn)行攝像。 24 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 紅外熱波無損檢測原理圖 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 所示。 23 圖 3–錯誤 !未找到引用源。適用于起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、冶金、礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門行星系列新品種 WGN 定軸傳動減速器、 WN 子母齒輪傳動減速器 、彈性均載少齒差減速器。是一種具有廣泛通用性的新型減速機(jī)。 行星減速器內(nèi)部齒輪采用 20CrMnTi 滲碳淬火和磨齒具有體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、輸出扭矩大，速比大、效率高、性能安全的特點(diǎn)。 行星齒輪減速機(jī)重量輕、體積小、傳動比范圍大、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。空心杯電機(jī)具有十分突出的節(jié)能、控制和拖動特性， 空心杯電動機(jī)主要有： 1) 節(jié)能特性：能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在 70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到90%以上（鐵芯電動機(jī)一般在 70%） ； 2) 控制特性：起動、制動迅速，響應(yīng)極快，機(jī)械時間常數(shù)小于 28 毫秒，部分產(chǎn)品可以達(dá)到 10 毫秒以內(nèi)（鐵芯電動機(jī)一般在 100 毫秒以上）；在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈敏的調(diào)節(jié) ； 3) 拖動特性：運(yùn)行穩(wěn)定性十分可 靠，轉(zhuǎn)速的波動很小，作為微型電動機(jī)其轉(zhuǎn)速波動能夠容易的控制在 2%以內(nèi) ； 4) 另外，空心杯電動機(jī)的能量密度大幅度提高，與同等功率的鐵芯電動機(jī)相比，其重量、體積減輕 1/31/2 22 圖 3–錯誤 !未找到引用源?？招谋妱訖C(jī)具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運(yùn)行特性，作為高效率 的能量轉(zhuǎn)換裝置，代表了電動機(jī)的發(fā)展方向。 瑞士 Maxon空心杯電機(jī) 圖 3–錯誤 !未找到引用源 。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 ， 圖 3–錯誤 !未找到引用源。為此我們選用質(zhì)量、體積相對較小，且又能提供驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、慣量要求的空心杯電機(jī)（一種特殊的無刷直流電機(jī)）。 電氣驅(qū)動框圖 為了減輕機(jī)器人本體的質(zhì)量，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時對于結(jié)構(gòu)尺寸做了大量的優(yōu)化設(shè)計，各連桿機(jī)構(gòu)、傳動齒輪均進(jìn)行了最小化設(shè)計。 該輪爪式機(jī)器人借助爪組機(jī)構(gòu)和輪組機(jī)構(gòu)交替式行走的流程如下： 19 (1) 舉起爪組機(jī)構(gòu) (2) 翻轉(zhuǎn)爪組機(jī)構(gòu) (3) 橫向移動爪組機(jī)構(gòu) (4) 落下爪組機(jī)構(gòu) (5) 爪組機(jī)構(gòu)抱緊障礙物 (6) 升起輪組機(jī)構(gòu) (7) 翻轉(zhuǎn)輪組機(jī)構(gòu) (8) 橫向移動輪組機(jī)構(gòu) (9) 輪組機(jī)構(gòu)抱緊障礙物 (10) 落下輪組機(jī)構(gòu) 圖 3–錯誤 !未找到引用源。輪組驅(qū)動運(yùn)動指的是機(jī)器人在輪組機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，借助重力作用產(chǎn)生的摩擦力來前進(jìn)或者后退。 移動副轉(zhuǎn) 動 副固 線 夾 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 輪組機(jī)構(gòu) 18 爪組機(jī)構(gòu) 同輪組機(jī)構(gòu)一樣，爪組機(jī)構(gòu)上面安裝一個移動副和一個轉(zhuǎn)動副，另外有兩個固線夾。在沒有越障任務(wù)時該機(jī)構(gòu)為 機(jī)器人提供動力，使機(jī)器人前進(jìn)，同時安裝有鎖緊裝置，機(jī)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。攝像頭有兩種，一種是普通的攝像頭，用于人工監(jiān)控線路或自動記錄線路情況，另外一個是紅外攝像頭，也稱紅外熱波無損檢測機(jī)，用于探測線路內(nèi)部故障 17 移動副轉(zhuǎn) 動 副攝 像 頭電 源控 制 盒輪 組固 線 夾主 控 設(shè) 備 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖 機(jī)器人本體子系統(tǒng)技術(shù)路線 機(jī)械人本體結(jié)構(gòu)方案 如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 各種外圍設(shè)備如云臺攝像機(jī)、紅外熱波探測器、等通過通信接口或者現(xiàn)場總線與機(jī)器人控制器相連，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的通信。 機(jī)器人本體作為巡線機(jī)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(dú)立完整的子系統(tǒng)。因此，人機(jī)接口盡可能的人性化。在巡線過程中，有大量的信息需要實(shí)時或非實(shí)時的顯示出來，同時也有許多控制命令要輸入到控制系統(tǒng)中。 機(jī)器人越障功能：根據(jù)具體高壓電纜上障礙物不同，通過兩個小臂上的抓手結(jié)構(gòu)鎖緊 電纜，配合大臂上輪式結(jié)構(gòu)向前越過障礙物，完成越障動作。 巡線機(jī)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(jī)器人平臺的控制系統(tǒng)有如下功能要求： 機(jī)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(jī)器人本體在電纜上前后平順的滑行。 所示。 巡線機(jī)器人項(xiàng)目從總體上分為兩大部分，包括機(jī)器人本體、遠(yuǎn)程交互平臺兩部分組成。 存在的問題 主要存在的問題如下： 1) 越障方案復(fù)雜，越障與運(yùn)行穩(wěn)定性有待考察； 2) 在架空地線上進(jìn)行巡檢任務(wù)，視野有限，難免會有檢查死角，不能發(fā)現(xiàn)電力線路的故障與隱患。