《基于PC104的巡线机器人控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PC104的巡线机器人控制系统设计（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要：本文介绍了高压输电线巡线机器人控制系统，实现了高压输电线巡线机器人的越障、线路检测、实时监控等功能。实验结果表明该系统运行良好，具有良好的可靠性和实用价值。 关键字：PC104；检测机器人；控制系统；高压输电线1.引言高压输输电线及杆塔塔附件长期暴暴露在野外，因因受到持续的的机械张力、电电气闪络、材材料老化的影影响而产生断断股、磨损、腐腐蚀等损伤，如如不及时修复复更换，原本本微小的破损损和缺陷就可可能扩大，最最终导致严重重事故。因此此，电力公司司需要定期对对线路设备进进行巡检，及及时发现早期期损伤和缺陷陷并加以评估估，根据评估估结果安排必必要的维护和和修复，从而而确保供电的的安全可靠性性
2、。传统的人人工巡检方法法不仅工作量量大而且条件件艰苦，特别别是对于山区区和大江大河河等的输电线线路巡检存在在很大困难，甚甚至一些巡检检项目靠常规规方法都难以以完成。因此此，采用机器器人自动巡线线成为保障高高压输电线安安全运行的一一种必要手段段。高压输输电线路巡线线机器人属于于特种机器人人的研究范畴畴，主要完成成高压供电线线缆的无损探探伤、悬垂绝绝缘子绝缘特特性检测、输输电线附件输输电性能测试试、机械连接接牢固性检查查、线缆异物物清除等高空空作业。国外外在巡线机器器人领域的研研究起步较早早，研究水平平较高，19988年，日日本东京电力力公司的Saawada等等人研制了光光纤复合架空空地线巡检移移
3、动机器人，该该机器人可以以沿地线爬行行，遇到障碍碍物时，可以以通过弧形手手臂辅助跨越越。加拿大魁魁北克水电研研究院的Moontambbault等等人于20000年研制成成功了输电线线遥控机器人人，该遥控机机器人可以消消除电力传输输线上的积冰冰，并可以用用来线路巡检检平台。国内内关于输电线线路巡线机器器人的研究还还处于起步阶阶段，只有武武汉水利大学学、山东大学学、中科院等等作过一些研研究。2.机器人概述述由于高高压输电线的的线缆附件种种类多、形状状复杂，因此此，越障成为为巡线机器人人要具备的首首要功能。本本文所述的机机器人采用33个自由摆动动的吊臂跨越越线缆附件，当当遇到障碍物物时摆动3个吊臂，
4、使使3个吊臂依次次通过障碍物物。机器人本本体如图1所示，该机机器人可以在在四分裂、二二分裂、单股股等高压输电电线缆上爬行行，可自主跨跨越悬垂绝缘缘子、隔离棒棒、防振锤、线线夹等线缆附附件，具有输输电线缆的检检测功能。机机器人综合性性能指标如下下：1）本体外形形：8503007700mm；2）本体重量量45Kg；3）缆径适应应性1025mmm；4）移动速度度025m/mmin；5）爬升角度度030；6）控制方式式：自主运行行和主从遥控控操作；7）故障处理理：手动/自动。图1机器人本本体示意图3.控制系统的的设计机器人人的控制系统统分本体控制制系统和地面面监控系统两两部分，如图图2所示。本本体控制
5、系统统用来规划机机器人的运动动轨迹，控制制机器人运动动构件，确保保机器人可靠靠快速的越过过障碍物，并并实现与地面面基站的命令令、数据的远远距离传输；地面监控系系统实现机器器人的手动/自动控制，并并监控机器人人的稳定运行行。为机器人人设计自动和和手动两套控控制系统的增增加了机器人人的灵活性与与可靠性，当当其中一套系系统发生故障障时可启动另另一套控制系系统，另外在在某些特殊的的场合可只用用手动系统，降降低了机器人人野外作业的的难度，增加加了机器人的的应用性。3.11机器人本体体控制系统的的设计机器人人本体的控制制系统以嵌入入式PC1004工控机为为核心,并配有输入入输出扩展板板HT-7550和A/
6、D采集扩扩展板PM-516。采采用PC1004作为核核心模块,可将主要精精力放在软件件和接口的设设计上,而且PC1004的开发发、维护和扩扩展都非常方方便。PC1104与通用用PC和PC/ATT标准（IEEEEP9996）完全兼容,可以很快掌掌握其软、硬硬件的使用,并且具备备嵌入式控制制的特殊要求求,为嵌入式应应用提供了标标准的系统平平台1。3.11.1故障检检测输电线线缆附件种类类多，形状复复杂，对机器器人判断障碍碍物类型带来来了极大的困困难。因此有有必要携带多多种传感器，将将多种线路故故障检测器集集成到巡线机机器人移动平平台上，运用用多传感器信信息融合技术术，以便提高高故障探测的的效率、精
7、度度和准确度。主主要的传感器器有CCD视觉模模块、红外温温度传感器、超超声波传感器器等。视觉检检测CCD模块使使用PC1004上的COM22串口，用于于识别高压输输电线各类附附件，从原始始图像中找到到目标（防振振锤、绝缘子子、连接金具具、隔离棒等等附件）所在在区域，利用用图像处理技技术，提取障障碍物特征尺尺寸，自动判判断输电线路路上的障碍物物类型、距离离，并向机器器人运动控制制单元提供越越障信息22，形成下下一步的越障障策略。另外外，视觉检查查一般能发现现架空线表面面故障现象，如如输电线表面面损伤，连接接金具松脱等等；红外温度度传感器则利利用高压输电电线在故障点点会产生异常常温升的特点点，检测
8、线缆缆的异常温升升。本文使用用PerkiinElmeer公司的A2TTPMI-3334传感器器来检测线缆缆的异常温升升，以达到检检测线缆故障障的目的。3.11.2运动控控制由于机机器人的动作作较复杂，多多数吊臂式巡巡线机器人采采用多电机驱驱动方案，即即用6个电机实现现摆动吊臂与与行走轮转动动。这种方案案机器人较为为灵活，但多多电机增加了了机器人的重重量，不利于于机器人自身身平衡。本文文用2个电机实现现需要的动作作，通过3个电磁离合合器与图2中的电机1配合控制三三个吊臂的摆摆动，用电机机2控制机器人人行走。为了了增加检测的的灵活性，在在机器人上增增加了两个可可升降的传感感器支架，分分别用电机33
9、和电机4带动。驱动动框图如图33所示，用SiiliconnLab公公司的高性能能单片机C88051F0047和H桥组件LMDD182000T来驱动电电机。LMDD182000T是美国国国家半导体公公司（NS）推出运运动控制专用用H桥组件,内部集成了了CMOS控制制电路和DMMOS驱动电电路，峰值输输出电流高达达6A,连续输输出电流3AA，工作电压压高达55VV，具有温度度报警和过热热与短路保护护功能。本文文所选电机的的连续堵转电电流在3A左右，因因此选用LMMD182000T芯片可可以满足使用用要求。电机11与电机2使用数字PIID算法调速速。数字PIID算法是一一种常用的控控制算法，由由等间
10、隔时间间光电编码器器的数值与给给定的速度值值进行比较，通通过PID算法，改改变C80551F0477的PWM的占空空比，实现电电机的闭环控控制，即：（1）其其中Kp为比例系数数，Ki为积分系数数，Kd为微分系数数，T为采样周周期3。电机机3和电机4只用来控制制支架升降，对对速度无具体体要求，因此此只需采集编编码器脉冲数数。3.11.3数据传传输机器人人爬行时，要要将自身状态态信息、采集集到的数据、抓抓拍的图片等等信息发送给给监控系统；而在特殊情情况下，监控控系统也要向向机器人发送送指令，这就就需要在两者者之间传输数数据。设计传传输距离22Km,本文文使用一对无无线数传模块块SRWF-108完成
11、成此功能。机机器人本体的的SRWF-108占用用PC1044上的COM11端口4，波特特率96000bps，8位数据位，共共有状态帧、指指令帧和文件件帧三种格式式。3.11.4电源源设计巡线机机器人在高空空作业，只能能使用自备电电源。本文使使用4节12V铅酸蓄蓄电池，由BB1205SS、B12122S、LM26778等电源转转换芯片得到到系统需要的的+12V,5V等等电平。为了了保证机器人人有充足的能能源，有必要要监控电池电电量，本文使使用DS24438Z芯片片，DS24438Z芯片片是DALLLAS公司司推出的新一一代智能电池池监测芯片，具具有功能强大大、体积小、价价格低廉等优优点，并且用用
12、1-Wirre总线传输输数据，硬件件接线简单，可可用来检测电电池温度，电电压剩余电量量等参数。当当发现电池电电量不足时，机机器人本体会会向监控系统统发出报警，提提示更换电池池。3.11.5控制系系统的软件PC104控制制系统的软件件用C语言编程，开开发周期短，效效率高。程序序需实现数据据采集、系统统状态检测、串串行通讯、动动作输出、故故障处理、异异常情况处理理、电源监测测等功能，其其程序流程图图如图4所示。与监监控系统的数数据传输可以以采用查询或或中断方式，查查询方式的优优点是编程容容易，但会占占用较多的系系统资源，中中断方式则与与之相反。机机器人除了要要进行串口通通讯还要完成成电机控制、故故
13、障处理等功功能，因此查查询方式不宜宜使用，本文文使用中断方方式。初始化化COM1和COM1中断断处理程序5如下：voiidIniitCOM（）/初始化COMM1串口，设设置串口参数数/outpoortb（0x3fbb,0x800）;/将将设置波特率率/outtportbb（0x3f88,0x0cc）;/波波特率96000/outtportbb（0x3f99,0x000）;outtportbb（0x3fbb,0x033）;/8个数据位，11个停止位、无无奇偶校验/outtportbb（0x3fcc,0x088|0x0bb）;/设置MCRR/outtportbb（0x3f99,0x011）;/开中
14、断断/voiidintterrupptfarrasynncint（）charrch;ch=inporrtb（0x3f88）;/ch为接收收到的字符数数据/3.22监控系统的的设计监控系系统用VissualBBasic6.0软件件开发，VBB具有面向对对象的可视化化设计工具、事事件驱动编程程机制、强大大的数据库操操纵功能、AActivee技术以及应应用程序集成成开发环境等等优点。根据据机器人系统统的要求，采采用模块化思思想开发了较较完善的监控控系统，其可可扩展性较强强，具有电池池电量监测、运运动状态监测测、线缆故障障数据库查询询、手动自动动切换等功能能。能将输电电线的故障信信息保存在AAcces
15、ss数据库中，并并对故障类型型、时间进行行查询。4.结束语本文提提出了一种以以PC1044模块为核心心的机器人控控制系统，解解决了机器人人的自主越障障问题，并能能识别部分线线缆附件，进进行无线数据据传输,检查线缆状状况等,为高压输电电线的自动检检测提供了便便利。参考文献1钱陆均均,沈希.基于PC1004总线的嵌嵌入式温度控控制系统JJ.现代电电子技术，22004（15）:87-991.2熊晓明明,梁自泽,谭民.输电线路路障碍物的自自动识别系统统J.高技术通讯讯,20005,15（2）:39-442.3张秀丽丽,郑浩峻,赵里遥.一种小型型管道检测机机器人J.机器人,22001,77:626-629.4张稳稳稳,欧阳娴,白永林.PPC104串串口通讯在工工程中的应用用J.微计算机信信息,20006,2:57-599.5龚建伟伟
