变电站巡检机器人总体设计方案

变电站巡检机器人总体设计方案内容摘要：

吸振。 减少机器人机械松动，零件疲劳，电子元器件松动接触不良等故障，延长机器人的维修周期；同时避免机器人上云台震动过大过剧烈，保证捕获的视频稳定清晰。 驱动轮 驱动轮采用 台湾得胜风硬轮， 10寸风硬轮（实心轮胎） 承受最大 负载高，适用于水泥路面或凹凸 不平等复杂地面，所配得胜风硬轮（实心轮胎），采用优质橡胶制成，荷重高，耐磨耐冲击防穿刺、免充气等优点。 实心轮胎（风硬轮）具有免充气、防穿剌、载重高的优点，适合安装后难拆卸的台车或设备下面。 图 2 驱动轮 7 轮胎规格 3504， 配置 6203 规格轴承，轴承内径 17mm 轮胎直径： 250mm(10 英 寸） 胎面宽度： 77mm 轮组净重： 单轮承载： 280kg 万象轮 本方案中机器人从动万向轮 选用聚氨酯轮，能够满足要求。 并配有防尘帽、密封圈、和防缠绕盖能够保持脚轮转动部位的清洁。 采用底板型稳定性好 图 3 万向轮几何参数 图 4 万向轮实物图 =20424164144 承载： 145kg； 支架表面处理：镀锌； 8 自主导航及定位系统设计 以磁传感器 +双 编码器 +RFID 的多传感器融合的全场定位方式 变电站巡检机器人的导航目前主要有以下几种方式：  巡线方式：在地面划线，采用光电传感器、摄像头等传感器检测划线，使机器人循线运行，机器人完全依赖地面划线，一旦划线有缺损或被遮挡，机器人将无法正常运行，可靠性大幅度降低，维护工作量很大；  电磁感应巡线方式：在变电站地面埋设磁钉或通电线圈，采用磁感应传感器或霍尔传感器检测埋设的磁钉或通电线圈，使机器人沿着埋设的了磁钉或通电线圈的路径运行。 该种方式循线稳定可靠；  轨道方式：在变电站地面铺设轨道，让机器人像火车一样沿着轨道 运行。 该种方式机器人运行稳定可靠，但存在现场施工工作量较大，巡检路径一旦发生变化，需重新施工铺设轨道，成本较高；  全场定位方式：该种方式采用高精度正交编码器、高精度陀螺仪、激光传感器、超声传感器、激光雷达等传感器，实时检测机器人的运动轨迹， 通过伺服控制系统实时调整，使机器人沿着既定路径运行。 该种方式机器人运行稳定可靠，现场施工工作量很小，巡检路径一旦发生变化，只需修改机器人的目标路径，几乎没有维护成本。 结合巡检机器人工作环境，拟采用 以磁传感器 +双编码器 +RFID的多传感器融合的全场定位方式 ，其工作原理如 图 图 6所示。 9 图 5 RFID标签及横磁条埋设方法 图 6 多传感器融合全场定位的系统连接图； 其中： BFID标签， 横碰条， 路径， 机器人， 工控机， 运动控制器，电机编码器， 导航磁传感器组， ll、 RFID阅读器、 1定位触碰传感器。 如 图 2所示，在机器人 4运行路径 3上的转弯等特殊位置预先埋设 RFID标签 l，用来校验机器人的全场定位坐标。 在每一段路径内铺设横磁条 2作为机器人前进方向坐标的修正点，每个定位点通过其在该段路径内的物理位置进行标识。 每一段路径 3的信息和坐标的 修正点的信息预先存储在工控机 6中。 如 图 3所示，工控机 6负责机器人 4运行路径 3相关信息的存储，并向运动控制器 7下发运动命令；运动控制器 7控制机器人 4运动，同时通过电机编码器 8采集机器人 4速度和位置信息，计算机器人 4的全场坐标； RFID阅读器 ll读取 RFID标签 l信息，主动上传至工控机 6以便对机器人全场坐标进行校验；导航碰传感器组 9通过检测与行走路径的偏差来实时控制机器人跟踪路径，同时修正全场定位坐标中垂直与路径方向上的误差；定位磁传感器 12检测定位横磁条 2，用于机器人修正全场定位坐标中沿路径方向上的误差。 机器人平面运动有三个自由度，如果仅采用磁传感器，则只能检测机器人传感器与 路径 的偏差，不能得到机器人的位置和方向信息，不利于灵活控制调度机器人；如果仅采用双编码器进行全场定位，则会有累计误差，长距离定位误差会越来越大。 通过一定的算法可以将两者的优点结合起来，既能够使机器人的定位及可靠精准又能提供足够的位置信息便于灵活的机器人控制。 10 RFID标签的作用是校验机器人的全场定位坐标，进一步提高机器人定位的可靠性。 一般 RFID标签用来检验机器人全场定位的坐标，如果机器人在半路遇到故障、磁传感器 +双编码器地位突然丢失历 史数据或者人为重启，则可以通过 RFID标签来读取机器人的当前位置，重新恢复全场定位，达到校正机器人全场定位的坐标的目的。 该种方式的定位精度为 2cm左右，可以保证机器人在检测点的位置误差在允许范围内。 巡检机器人要正常运行，必须做如下初始化： （ 1） 通过遥控机器人遍历所有的路径，得到巡检路径的电子地图及监测点的位置信息。 （ 2） 在相应的监测点处确定各检测点双视云台相应的姿态参数并保存。 机器人运动控制及路径规划 有了上述信息后，在正常情况下，机器人就可以执行巡检任务了。 控制机器人执行任务的指令信息为到达某 一坐标并执行相应任务。 机器人巡检巡检任务包括常规巡检任务和临时巡检任务。 当机器人接收到控制中心发来的临时巡检任务时机器人便通过 floyd算法找到一条最优路径去执行相应的任务。 如果检测到前方有障碍则机器人暂停，等待一段时间障碍还未消除，则重新规划一条路径继续完成任务。 相关传感器及参数 （ 1） 导航磁条 导航磁条是铁氧体磁材系列中的一种，由粘结铁氧体料粉与合成橡胶复合，经压延成型等工艺制成的，具有柔软性、弹性及可扭曲的条状磁体。 主要作为磁导航线铺设在地面，引导自动导引车 AGV、自动手推车 AGC、无轨移 动货架的运行。 该型磁条柔韧性强，可弯曲折叠，不损害磁性；可塑性强，可随意剪裁成需要的长度。 用来为巡检机器人导航更为可靠。 规格 有 宽 50mmX厚 、宽 30mmX厚。 11 图 7 导航磁条 图 8 贴于地面的磁条抛面示意图 导航磁条 技术参数 磁条表面剩磁 200— 300Gs 检测距离（ mm） 剩磁（ Gs） 100 1 80 2 60 5 40 10 20 20 （ 2）磁传感器 深圳市佳顺伟业科技有限公司专业研发生产自动导引车 AGV、自动手推车 AGC、无轨移动货架、物流拣选 AGV小车上应用的磁导航传感器、地标传感器、导航磁条等产品，可以直接替代明电舍公司简易 AGV上使用的 ME9014A、 ME9006AM1，以及日本 MACOME公司的 SMR100B、 SW192GS2744B等产品。 可以根据客户需求开发设计磁导航检测产品。 本公司产品价格合理、供货期短，温漂、磁饱和 等性能指标均优于进口产品。 12 图 9 磁导航传感器 CA16D型 AGV磁导航传感器，安装在 AGV车体前方的底部，距离磁条表面 20— 40mm，磁条宽度为 30— 50 mm，厚度 1mm。 CA16B型 AGV磁导航传感器利用其内部间隔 10mm平均排布的 16个采样点，能够检测出磁条上方 100 gauss以下 的微弱磁场，每一个采样点都有一路信号对应输出。 AGV运行时，磁导航传感器内部垂直于磁条上方的连续 3—。