一种基于磁导航的智能巡检机器人系统设计

一种基于磁导航的智能巡检机器人系统设计

摘要：本文通过对一种磁导航巡检机器人系统的设计，给出了一种磁导航机器人的巡检方式的实现结构，通过系统原理和现场实验得到了有效验证。

关键词：磁导航机器人系统设计

1.引言

长期以来，国内外电力行业针对变电站室外设备一直是采用人工巡检作业方式，在高压、超高压及雨、雪、雾等恶劣气象条件下，不仅对巡检人员的自身安全危害大，同时对电网安全运行也带来一定隐患，经常是因无法及时了解出现问题的设备情况，而失去优先安排检修的机会。巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的所有巡检作业，是未来变电站智能化的发展趋势。

本文对一种基于磁性导航的自主巡检智能移动机器人系统进行论述，该机器人主要应用于变电站环境中，它融合了机器人智能导航技术和智能监控技术实现对变电站内各种设备的巡检监控，适用于各电压等级变电站设备场区的全天候、全地形等复杂条件。

2.系统设计

智能巡检控制系统包括人机交互系统，数据存储系统，机器人运动控制系统，无线通信系统，车体移动系统和智能采集系统组成；其中能够直接显示给用户的是人机交互系统和车体移动系统，其余均是通过计算机软件实现的数据处理过程，只有通过特殊操作才能够展示给用户。人机交互系统、数据存储系统和机器人运动控制系统结合起来构成控制中心，控制中心通过无线通信系统控制机器人进行巡检和检测，最终机器人将检测的数据信息再经过无线通讯系统回传给控制中心，达到无人值守变电站的目的。

2.1人机交互系统

人机交互系统用于实现信息的录入，巡检计划的制作等，通过此系统能够将用户需要机器人执行的所有操作告诉给计算机，也能够通过此系统将机器人反馈给用户的信息显示给用户，同时数据存储系统将所有的操作和反馈信息进行存储，为用户查看厂区情况提供数据依据。

人机交互系统硬件由以下几部分组成：

1）上位机主机；

2）客户监控模块，用于显示摄像机图像和热成像图像；

3）数据处理模块，用于处理机器人返回的检测信息和状态信息等

4）远程控制模块，用于向机器人发送远程控制命令和接收处理机器人行走反馈信息。

2.2数据存储系统

数据存储系统用于将机器人检测信息和用户操作信息进行分类存储。

2.3机器人运动控制系统

机器人运动控制系统是连接监控系统和机器人的纽带，它将需要机器人进行的动作以指令的方式发送给移动机器人，机器人解析命令并做出相应动作，并向机器人运动控制系统发送反馈信息，比如动作完成，动作执行中遇到障碍等；同时根据机器人反馈信息来决定对机器人的下一步操作，比如停止运行，继续行走等；该系统在接收到控制中心的操作指令后会根据路况选择到达目的地的最优路径，能够智能选择通过交叉路口，在检测到电量低时能够自动回到充电位置进行充电。

2.4无线通讯系统

无线通讯系统提供从控制中心到机器人运行厂区的无线覆盖，建立控制中心到机器人的无线通道，给控制中心和机器人之间提供稳定的数据传输，遇到信号弱的路段自动增加信号增益，具有自动重连机制，满足全自动化需求。

2.5移动机器人系统

移动机器人是本地执行系统，是整个智能巡检系统的执行体，它接收控制系统发送的移动命令，作出相应的响应，完成巡检工作，机器人上安装微处理器（Mcu），用来处理控制中心的指令，并将命令下达给行走机构和检测机构。

它包含以下部分：

2.5导航模块

导航模块，本发明导航方式为磁导航，采用的导航传感器是磁导航传感器，事先在机器人运行的道路上铺设特殊规格的磁条，导航传感器上设有若干个监测点，由于磁性有方向性，离磁条越近检测到的磁性越强，因此当传感器置于磁条正上方时，就能够检测到一系列的磁性值，通过该值判断小车的位置，并对跑偏的情况进行及时矫正，时刻保持机器人行走在磁条的中心上方，当遇到意外移动机器人脱离磁道时，机器人检测不到磁条会自动停车，直到人工将车开回磁道才能继续自动行驶。

2.7壁障模块

壁障模块用于移动机器人在自动巡检过程中遇到道路上有人或者其它障碍物时，能够提前检测到，及时停车，并通知用户遇到障碍进行处理，保证人员安全，车辆安全和厂区设备的安全。

2.8远程命令处理模块

远程命令处理模块是一个微型处理器（MCU），采用WINCE操作系统，用于对接收到的控制中心的命令进行翻译个分解，控制机器人相应的结构执行动作，同时将检测到的信息整理后封装回传给控制中心。

2.9显示系统

显示系统包括液晶显示和键盘按键两部分，显示机器人的运动状态，导航检测状态，网络通信状态，主要用于现场人员能够观察到对机器人的操作，遇到特殊情况能根据显示提醒进行处理。

2.10智能充电模块

智能充电模块是由充电保护控制器，充电端子组成，配合导航传感器，在不充电时，充电端子与电源分离，处于不带电状态，当机器人运行到充电位置且需要充电时，微处理器（MCU）控制充电保护控制器将充电端子与电源连通，准备充电，提供安全可靠的充电功能。

2.11机器人智能检测模块

智能检测用于检测厂区的环境和设备，同时也检测自身的故障。

厂区设备检测分别由厂区拍照模块、厂区红外成像模块和声音采集模块三部分组成，拍照功能由带云台的可见光摄像机实现，红外成像为一台安装在云台上的红外热像仪，用来拍摄设备触电的温度值，形成热像图片传送给控制中心，控制中心可以实时通过图像分析设备是否正常，同时当设备温度超过设定的正常值时控制中心的监控系统会提醒用户设备温度异常请及时维修，短信模给用户发维修通知。声音采集模块采集现场变电站的工作声音，对采集到的声音进行压缩后传送给控制中心，通过比对分析最后将不正常现象提醒给用户。

车内告警检测包括自身电压检测、、电机检测、伺服检测、通信检测和车内烟感检测，道路状况检测由一台安装在车前的摄像机完成，实时将前方道路情况传输给控制中心。

3.系统结构图