变电站智能巡检机器人控制系统研究与设计

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近年来,随着我国对用电量需求的增加,国家对电力建设力度逐渐加大,人工巡检已经无法满足变电站系统巡检的需要,使用智能移动机器人代替人工对变电站设备进行巡检是未来发展的必然趋势。本文设计了一种集多传感器融合、路径规划、机器视觉、导航定位、无线传输、智能控制等技术于一体的电力系统巡检机器人。  通过对系统的需求及性能指标的分析,确定了巡检机器人总体系统方案。采用上位机+下位机控制结构,上位机通过巡线算法实现对机器人巡检路径的规划,以及各类传感器的信息融合处理,从而实现机器人的正常巡检任务;下位机采用DSP+CPLD主从控制模式实现对巡检机器人的速度和方向的控制。采用基于“全驱动+全导向”的传动结构,分析底盘驱动系统、动力系统和传感系统,对机器人进行运动学分析并建立运动控制模型。  为有效实现巡线控制,利用激光导航系统构建地图信息从而自主引导前往目的地进行巡检;采用可见光相机和红外相机采集变电站现场图片并结合其他传感器检测的信息来完成巡检任务;采用基于粒子滤波的蒙特卡洛定位方法构建变电站的栅格地图,并采用基于扩展Kalman滤波器的SLAM方法,实现机器人并发建图与定位,最终实现机器人在变电站的自主运行。  采用模块化思想完成巡检机器人软件系统,设计并实现各个模块,主要包括运动控制模块、激光检测模块、红外相机模块、可见光相机模块、导航模块、任务管理模块、自检模块、日志模块等。  完成客户端软件系统框架构建和开发,客户端采用无线通讯方式,监控界面实时显示各被测点的温度、图像等数据,最终实现对机器人巡检任务的远程监测与控制。  最后,通过在实际场地对巡检机器人系统的整体调试,成功实现了对变电站设备的巡检任务,验证了该巡检机器人系统的设计有效性、可行性。
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