基于激光导航路径识别的电力巡检智能机器人设计

高新技术　Ｎ　Ｔｅｗ——　　ｅｅｈｎｏｌｏｌｚ；ｙ　Ｎ　＆ｅ２０ｗ　１　６—ＰｒｏｄｕｃｔｓＮ０　．１２（＿０ｆ　Ｃｈｋ＿）ｉｎａ口匝蕊圈墨圃■■■誓■■■■■■■■■■一　　基于激光导航路径识别的电力巡检　智能机器人设计　贤家洁’林阳坡　赖斌　陈如洲　（１．广西电网有限责任公司北海供电局，广西北海５３６０００；２．厦门红相电力设备股份有限公司，福建厦门：３６１００１）　摘要：本文介绍了激光定位与制导的基本原理，描述了基于激光导航的智能机器人的工作过程，按照当前应用广泛的　激光导航机器人基本功能，提出了硬件系统和软件系统的设计方案，并对激光导航机器人在电力巡检与诊断领域中的应　用提出展望Ｊ】生构思。　关键词：机器人；定位；激光；导航　中图分类号：ＴＰ２４　文献标识码：Ａ　机器人的广泛应用了生产力，　之一，也是机器人研究和攻克的重点。　准确性。　同时又促进了人类对机器人的研发重　激光导航机器人通常内嵌激光雷达和高　（二）激光导航机器人构成及工作　视。机器人从普通的单一功能逐步发展　分辨率激光扫描仪，探测其周围环境并　过程　到具备模仿人类“大脑”的功能。导航　进行定位，并通过ＡＩＣＵ系统生成３Ｄ地　激光导航机器人的硬件部分由微　系统则是机器人“大脑”的一项重要功　图，从而进行路径规划。激光导航机器　计算机、激光雷达和激光扫描系统、导　能，近年来，激光导航机器人研究成为　人可配备高清摄像机和红外热像仪等检　航系统、控制系统、无线通信系统、信　炙手可热的重要课题。　测装置，在该导航系统支持下实行全自　号采集系统、机器人本体组成。激光导　主自动巡检、红外诊断和外观检测。能　航机器人导航系统工作时，激光雷达和　一、激光导航机器人综述　够及时发现设备热缺陷和外观问题，将　激光扫描系统每隔数１０ｍｓ旋转一周，发　（一）激光导航机器人　数据实时自动检测、传输、分析和告　出经过调制的激光束，收到经调制的反　自主导航技术是机器人的核心技术　警，大大提高巡检自动化水平和检测的　射板的反射光后，经过调解解码，得到　钥更新、关键数据的加解密、消息认　题，从而构建完善的电力营销方式。　息、电价等，并其还能以图像的方　证、数据验证等，从而保证用电信息的　３．大量的数据处理以及应用　式进行记录，保证用户用电的合理性。　安全性。　电力企业的不断发展，使得其相关　同时，此技术还能为用户提供相应的增　三、用电信息采集系统的发展方　业务开展的范围也在逐渐扩大，因此，　值服务，推动电力企业的发展。　向　应该积极以用电采集系统为基础，构建　五、实例分析　完善的了全业务数据模型，能够满足不　１通信网接入技术　同业务的需求。相关工作开展过程中，　在实际的应用过程，本文以福建地　在实际的用电信息采集过程中，相　由于用户数量较大、相应的数据信息较　区为例进行分析，在福建地区电力用户　关工作的开展都需要一定的技术作为基　多，工作人员应该及时对多线程处理、　用电信息采集系统建设过程中　主要对　础，才能提高工作效率以及工作质量。　并行数据处理、批量数据处理、集群、　居民住宅区、低压台区、三相用户等计　接入通信技术的应用，能够使得接口变　负载均衡、分区存储、容灾备份等技术　量点进行设计，并且还采用光纤主网接　得更加灵活多变，并且还能实现数据、　进行研究分析，才能从根本上保证相关　入用户端的设计方案，实现了信息共享　语音、图像等工作的一体化，能够提高　与融合技术，在正式投入使用以后，取　用电信息采集、负荷监测等工作的安全　工作开展的有效性。　性。因此，工作人员应该积极对现阶段　４．移动作业技术　得了良好的经济效益。　的工作现状进行研究分析，研究出能够　在传统的电能计量过程中，工作人　结语　满足现阶段用电信息采集工作需求的技　员需要打印工作单，再依据相应发指导　综上所述，在电力企业发展过程　术，才能推动电力企业的持续发展。　规范进行工作，最后经相关数据手动输　中，积极地对电能计量中用电信息采集　２．信息共享与融合技术　入到服务器中，此种工作方式工作效率　的实践进行研究，能够明确其中存在的　就目前来说，我国用电信息采集系　较低，并且还容易出现误差，不能保证　问题，提出有针对性的措施，保证相关　统，依旧处于相应的建设阶段，不能及　工作质量。移动作业技术的应用，能够　工作开展的有效性。在实际工作过程　时地和其他业务进行有效地融合，使得　实现对电力移动营销业务的分类应用，　中，工作人员应该从用电信息采集工作　企业整体集成化水平较低，影响了相关　能够依据工作现场实际状况制定完善的　的实际状况出发，加强对先进技术的应　工作的开展。因此，在相关工作开展过　用电检查、业务办理、计量作业等工作　用，不断地对用电信息采集系统的工作　程中，工作人员应该从实际出发，构建　措施，能够保证相关数据的准确性，提　方式进行创新，才能保证良好的工作质　完善的工作措施，不断对资源共享模式　高了计量工作质量。　量，保证相关数据的准确性，保证电力　进行创新，通过对采集方式以及数据处　５．用电双向交互技术　企业良好的经济效益，推动电力企业的　理方式的改变，针对系统的异构性，构　此种方式在应用中，主要依据相关　发展。　建向服务架构的用电信息采集系，从而　技术构建光纤信道和小区内电力线载波　参考文献　能够有效实现用电信息的贡献，能够有　信道，能够各种用电状况进行分析，向　…１林骞．电能计量管理体系及用电信息采　效缓解不同系统之间数据不能共享的问　用户提供停电信息、缴费信息、告警信　集系统的研究与应用口［）］．山东大学，２０１４．　鱼　Ｑ：　（　２　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｎｅｗ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　高新技术　有效的信号，计算机可以及时读人当时　能。各功能子程序主要包　收到的反射信号时激光器的旋转速度及　括遥控驱动、读取遥控信　倾斜角，从而描出周边“地图”实现导　号、激光传感位置获取、　航。激光导航机器人构成如图１所示。　激光导航位置信息显示、　二、激光定位导航工作原理　模糊控制算法和自动驱动　等子程序。激光导航机器　（一）激光定位原理　人软件系统设计方案如图４　激光定位是利用旋转激光传感器检　所示。　测路标，经三角几何计算确定位置和方　图１激光导航机器人系统构成图　向，并依此进行定位的方式，即通过测　四、激光导航机器人　量已知路标与机器人之间的距离来实现　在电力巡检中的应用展望　机器人定位。通常，需要在目标环境中　激光导航机器人是　固定位置设定若干路标，建立坐标系，　集光电、机械和计算机与　以激光传感器转动中心建立传感器坐　一体的高科技产物，近年　标，记录传感器每扫描一周所形成的夹　来，由于激光导航机器人　角，从而经计算出目标所处坐标的具体　在工业、农业、医学、航　位置。机器人激光定位系统原理如图２所　天和人类生活的各个方面　示。　显示了越来越广泛的应用　（二）导航控制原理　前景。在电力工业领域，　一般而言，机器人移动路径大多　嚣　由于激光导航机器人安　数为直线，对于行走路径中长距离转弯　全、自动、省时、精准、　则可简化为直线路径代替，因此机器人　高效的优势，已成为电力　导航控制就可归结为对机器人相对于当　系统巡检和诊断故障的必　前运行路径的位置偏差和航向偏差的控　不可少的工具。有统计数　移　制。在实际应用过程中，正是利用激光　据显示，在电力系统巡检　定位传感器解码并实时输出的高精度位　领域，机器巡检时间量占　图２机器人激光定位系统原理图　置坐标数据，对当前位置及目标环境位　巡检时间总和的６０％。随　置进行精准定位，通过微计算机向机器　着科技的不断进步，激光　人控制系统下达指令信号，从而控制机　机器人的已逐步实现产业　器人左右两轮速度与方向，使其始着预　化生产，激光机器人在不　三　卜　机器人内嵌　先设定的路径运行。　久的将来或完全代替人工　微计算机　三、基于激光导航电力巡检机器　进行电力系统巡检和故障　无线通信系统｝Ｈ　　Ｉ人系统设计　诊断。　参考文献　图３激光导航机器人硬件设计方案　（一）硬件系统设计方案　［１１（美国）尼库拉．］库克．机　激光导航电力巡检机器人主要由微　器人学导论一分析、控制　计算机、智能控制系统、驱动系统、无　及应用（第２版）　．北京：　线通信系统、传感与导航系统、人机交　电子工业出版社，２０１３．　互系统等组成。驱动系统主要为满足驱　［２］张毅，罗元，郑太雄．移　动机器人本体之需要；无线通信系统主　动机器人技术及其应用［Ｍ］．　要用于下达控制命令；传感与导航系统　北京：电子工业出版社，　主要机器人内外环境感知与运动操控；　２００７．　人机交互系统则是方便人类监控和介入　【３】黄博，赵建文，孙立宁．基　机器人的相应状态和运行之需。５激光导　于静平衡的四足机器人直行　航机器人硬件设计方案如图３所示。　与楼梯爬越步态０】．机器人，　（二）软件系统设计方案　２０１０，３２（２）：４６－４７．　根据机器人硬件总体设计方案和　［４］周学才，李卫平，李强．开　激光导航机器人功能可知，系统软件要　放式机器人通用控制系统　实现对显示屏、机器人本体驱动器、无　Ⅱ】．机器人，１９９８，２０（１）：　线通信接收系统、光电传感器等硬件系　２５－３１．　统的控制（包括初始化、控制信号的输　［５】孟江华，朱纪洪，孙增　出和返回信号的获取等），还包括信息　圻．未知环境下基于传感器　显示、传感器信号的处理和模糊控制算　的移动机器人路径规划新　法等。系统软件设计采用模块化设计方　方法Ⅱ］．机器人，２００５，２７　法，整个系统主要由系统主程序和各功　（４）：３１９－３２４．　能子程序组成。主程序主要完成系统初　［６］樊尚春．传感器技术及　始化、界面的显示（包括欢迎界面、模　应用（第二版）［ＭＩ．北京：　式选择界面和模式信息界面等）、各模　北京航空航天大学出版社．　式之间的切换、遥控信号的接受等功　２０１０．　图４激光导航机器人软件系统设计方案