【摘 要】本文闡述了巡檢機(jī)器人系統(tǒng)是由機(jī)器人移動(dòng)本體、自動(dòng)控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)組成，研究了其基于不同傳感器技術(shù)的各種引導(dǎo)方式，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)了一套支持AGV技術(shù)的從路徑規(guī)劃、流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真到項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程的解決方案。

【關(guān)鍵詞】AGV技術(shù) 巡檢機(jī)器人本體 導(dǎo)引方式

AGV是自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫。在國(guó)內(nèi)電力領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始研制變電站自動(dòng)巡檢機(jī)器人，這種機(jī)器人系統(tǒng)一般主要有移動(dòng)機(jī)器人本體、自動(dòng)控制系統(tǒng)、信息檢測(cè)系統(tǒng)等部分。其采用了GPS定位、光碼盤校正定位、激光雷達(dá)掃描、路徑跟蹤技術(shù)、本體控制技術(shù)、臨場(chǎng)感應(yīng)遙控輔助、無(wú)線通信局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)劃分出相應(yīng)的子系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了自控機(jī)器人在變電站現(xiàn)場(chǎng)自主巡檢的功能。機(jī)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(duì)室外高壓設(shè)備進(jìn)行巡測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的內(nèi)部熱缺陷、外部機(jī)械或電氣問(wèn)題如：異物、損傷、發(fā)熱、漏油等，診斷電力設(shè)備運(yùn)行中的事故隱患和故障先兆，對(duì)設(shè)備熱缺陷，聲音異常、移動(dòng)目標(biāo)、人與動(dòng)物闖入，煙霧能自動(dòng)判斷和報(bào)警，以便及時(shí)采取措施消除事故隱患。AGV 的導(dǎo)引技術(shù)是AGV 控制的核心技術(shù)，它決定了AGV 的導(dǎo)引方式。AGV 導(dǎo)引方式按導(dǎo)引線路的形式主要分固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引兩大類。固定路徑導(dǎo)引是在行駛的路徑上設(shè)置導(dǎo)引用的信息媒介物，AGV 通過(guò)車體上的傳感器檢測(cè)出它的信息而得到導(dǎo)引。具體的線路可以是電磁感應(yīng)方式中的導(dǎo)引電纜、機(jī)械方式中的軌道、磁導(dǎo)引方式中的磁條及光導(dǎo)引方式中的反光帶等。自由路徑導(dǎo)引方式是指AGV 上存儲(chǔ)著布局上的尺寸坐標(biāo)，通過(guò)識(shí)別車體當(dāng)前方位，自主地決定行駛路徑。自由路徑導(dǎo)引方式主要有慣性導(dǎo)引、信標(biāo)定位、位姿積算及計(jì)算機(jī)視覺(jué)等幾種。

一、導(dǎo)引方式

（一）電磁導(dǎo)引方式

利用電磁感應(yīng)的原理，在沿運(yùn)行線路的地面上設(shè)置一條寬約8mm、深約20mm 的淺溝，淺溝中敷設(shè)導(dǎo)線，饋以5-30kHz 的交變電流，以形成沿導(dǎo)線擴(kuò)展的交變電磁場(chǎng)，車上的撿拾傳感器接收此信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)度的判斷使車輛正確地沿埋線跟蹤導(dǎo)向運(yùn)行。電磁導(dǎo)向有單頻制導(dǎo)向和多頻制導(dǎo)向兩種方式。單頻制方式是在整個(gè)線路上均提供單一頻率振蕩電磁信號(hào)，通過(guò)接通或斷開(kāi)各線路段的饋送電流來(lái)規(guī)定運(yùn)行線路，引導(dǎo)車輛運(yùn)行。這種導(dǎo)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(shè)傳感標(biāo)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(gè)環(huán)線或分支線都設(shè)置自己的線路頻率，分別由不同頻率的振蕩器來(lái)饋電。

（二）光學(xué)控制帶導(dǎo)引方式

光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)有識(shí)別式和反射式兩種。它是在線路上敷設(shè)一種具有穩(wěn)定反光率的專門漆帶。導(dǎo)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(shí)還設(shè)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(guò)對(duì)由傳感器檢測(cè)到的光信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算，調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)方向，從而達(dá)到導(dǎo)向運(yùn)行的目的。

（三）激光測(cè)距與測(cè)角導(dǎo)引方式

該方法的主要特點(diǎn)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(jì)算AGV 的位置，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)。AGV 行駛過(guò)程中，車上的激光掃描頭不斷地掃描周圍環(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周圍預(yù)先垂直設(shè)定好的反射板時(shí)，即“看見(jiàn)”了“路標(biāo)”。只要掃描到三個(gè)或三個(gè)以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值，以及各塊反光板相對(duì)于車體縱向軸的方位角，由定位計(jì)算機(jī)算出AGV 當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的X 、Y 坐標(biāo)，距離和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系X 軸的夾角，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向。該導(dǎo)引方法的特點(diǎn)是，當(dāng)提供了足夠多反射鏡面和寬闊的掃描空間后，AGV 導(dǎo)引與定位精度十分高，地面無(wú)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(dǎo)方式

該方法類似于激光測(cè)量方法，不同之處在于不需要設(shè)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(jìn)行引導(dǎo)，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(dǎo)引方式

這種方式和電磁導(dǎo)引比較類似，只是把導(dǎo)引線換成磁條。

（六） 視覺(jué)導(dǎo)引方式

視覺(jué)導(dǎo)引是通過(guò)CCD 攝像機(jī)生成AGV 周圍場(chǎng)景的圖象，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的環(huán)境地圖進(jìn)行特征匹配，從而可以確定出車體的當(dāng)前位姿。

（七） GPS導(dǎo)引方式

GPS導(dǎo)引方式通過(guò)全球定位系統(tǒng)對(duì)非固定路面系統(tǒng)中的控制對(duì)象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo)。

AGV有以上多種制導(dǎo)原理，其中，工廠AGV 大多采用電磁制導(dǎo)，而激光、視覺(jué)導(dǎo)航具有引導(dǎo)柔性好、工作可靠和智能化水平高的特點(diǎn)，已成為技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越AGV 的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)室一般采用光學(xué)制導(dǎo)，其運(yùn)行范圍大，運(yùn)行精度高，地面費(fèi)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(gè)主要技術(shù)：導(dǎo)航、路徑規(guī)劃和導(dǎo)引控制。為了能夠解決好這些問(wèn)題，控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車載（單機(jī)）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動(dòng)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(fù)責(zé)AGV的導(dǎo)航計(jì)算，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能；導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)為AGV單機(jī)提供系統(tǒng)絕對(duì)或相對(duì)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(dòng)強(qiáng)度，能在第一時(shí)間監(jiān)測(cè)和發(fā)現(xiàn)安全隱患，對(duì)突發(fā)事故能第一時(shí)間響應(yīng)并處置，從而避免或降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

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