【摘 要】本文闡述了巡檢機器人系統(tǒng)是由機器人移動本體、自動控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)組成，研究了其基于不同傳感器技術(shù)的各種引導方式，并對其優(yōu)缺點進行比較，設計了一套支持AGV技術(shù)的從路徑規(guī)劃、流程設計、系統(tǒng)仿真到項目實施全過程的解決方案。

【關(guān)鍵詞】AGV技術(shù) 巡檢機器人本體 導引方式

AGV是自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。在國內(nèi)電力領(lǐng)域已經(jīng)開始研制變電站自動巡檢機器人，這種機器人系統(tǒng)一般主要有移動機器人本體、自動控制系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)等部分。其采用了GPS定位、光碼盤校正定位、激光雷達掃描、路徑跟蹤技術(shù)、本體控制技術(shù)、臨場感應遙控輔助、無線通信局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)劃分出相應的子系統(tǒng)模塊，實現(xiàn)了自控機器人在變電站現(xiàn)場自主巡檢的功能。機器人本體能夠攜帶多種儀器和傳感器，以自主或遙控的方式，代替人對室外高壓設備進行巡測，及時發(fā)現(xiàn)電力設備的內(nèi)部熱缺陷、外部機械或電氣問題如：異物、損傷、發(fā)熱、漏油等，診斷電力設備運行中的事故隱患和故障先兆，對設備熱缺陷，聲音異常、移動目標、人與動物闖入，煙霧能自動判斷和報警，以便及時采取措施消除事故隱患。AGV 的導引技術(shù)是AGV 控制的核心技術(shù)，它決定了AGV 的導引方式。AGV 導引方式按導引線路的形式主要分固定路徑導引和自由路徑導引兩大類。固定路徑導引是在行駛的路徑上設置導引用的信息媒介物，AGV 通過車體上的傳感器檢測出它的信息而得到導引。具體的線路可以是電磁感應方式中的導引電纜、機械方式中的軌道、磁導引方式中的磁條及光導引方式中的反光帶等。自由路徑導引方式是指AGV 上存儲著布局上的尺寸坐標，通過識別車體當前方位，自主地決定行駛路徑。自由路徑導引方式主要有慣性導引、信標定位、位姿積算及計算機視覺等幾種。

一、導引方式

（一）電磁導引方式。利用電磁感應的原理，在沿運行線路的地面上設置一條寬約8mm、深約20mm 的淺溝，淺溝中敷設導線，饋以5-30kHz 的交變電流，以形成沿導線擴展的交變電磁場，車上的撿拾傳感器接收此信號，并根據(jù)信號場強度的判斷使車輛正確地沿埋線跟蹤導向運行。電磁導向有單頻制導向和多頻制導向兩種方式。單頻制方式是在整個線路上均提供單一頻率振蕩電磁信號，通過接通或斷開各線路段的饋送電流來規(guī)定運行線路，引導車輛運行。這種導向方式要求有集中的控制站，并在各線路交叉和分支處裝設傳感標志（如磁鐵等）和分支線段的通斷接口。多頻制方式是線路中每個環(huán)線或分支線都設置自己的線路頻率，分別由不同頻率的振蕩器來饋電。

（二）光學控制帶導引方式。光學導向系統(tǒng)有識別式和反射式兩種。它是在線路上敷設一種具有穩(wěn)定反光率的專門漆帶。導向車上裝備有發(fā)射和接收功能的紅外光源，用以照射漆帶，同時還設有接收反射光的光電傳感器，均勻分布在漆帶及兩側(cè)位置上，通過對由傳感器檢測到的光信號進行比較計算，調(diào)整小車的運動方向，從而達到導向運行的目的。

（三）激光測距與測角導引方式。該方法的主要特點是在AGV 行走空間的特定位置處，布置一批激光光束的反射鏡模型計算AGV 的位置，實現(xiàn)引導。AGV 行駛過程中，車上的激光掃描頭不斷地掃描周圍環(huán)境，當掃描到行駛路徑周圍預先垂直設定好的反射板時，即“看見”了“路標”。只要掃描到三個或三個以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標值，以及各塊反光板相對于車體縱向軸的方位角，由定位計算機算出AGV 當前在全局坐標系中的X 、Y 坐標，距離和當前行駛方向與該坐標系X 軸的夾角，實現(xiàn)準確定位和定向。該導引方法的特點是，當提供了足夠多反射鏡面和寬闊的掃描空間后，AGV 導引與定位精度十分高，地面無需其他輔助定位，且路徑靈活，適合多種環(huán)境。

（四）超聲波制導方式。該方法類似于激光測量方法，不同之處在于不需要設置專門的反射鏡面，而是利用一般的墻面或類似物體就能進行引導，因而在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低成本的方案。

（五） 磁導引方式。這種方式和電磁導引比較類似，只是把導引線換成磁條。

（六） 視覺導引方式。視覺導引是通過CCD 攝像機生成AGV 周圍場景的圖象，與計算機系統(tǒng)中存儲的環(huán)境地圖進行特征匹配，從而可以確定出車體的當前位姿。

（七） GPS導引方式。GPS導引方式通過全球定位系統(tǒng)對非固定路面系統(tǒng)中的控制對象進行跟蹤和制導。

AGV有以上多種制導原理，其中，工廠AGV 大多采用電磁制導，而激光、視覺導航具有引導柔性好、工作可靠和智能化水平高的特點，已成為技術(shù)先進、性能優(yōu)越AGV 的發(fā)展趨勢。實驗室一般采用光學制導，其運行范圍大，運行精度高，地面費用低，但要求工作環(huán)境清潔，不適于工作條件比較惡劣的環(huán)境。

二、系統(tǒng)構(gòu)成和意義

AGV控制系統(tǒng)中的三個主要技術(shù)：導航、路徑規(guī)劃和導引控制。為了能夠解決好這些問題，控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車載（單機）控制系統(tǒng)及導航/導引系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設備，主要負責任務分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負責AGV的導航計算，導引實現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能；導航/導引系統(tǒng)為AGV單機提供系統(tǒng)絕對或相對位置及航向等。該系統(tǒng)的研制將大大降低電廠變電站相關(guān)工作人員的勞動強度，能在第一時間監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)安全隱患，對突發(fā)事故能第一時間響應并處置，從而避免或降低事故風險。

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