陳江堯 俞佳樂(lè) 陳冰惲 楊健一 陳明強(qiáng) 汪力

摘要：控制系統(tǒng)是基于主體、客體以及媒體綜合構(gòu)成的一種綜合控制體系，其最終目的是保證控制對(duì)象滿足期望需求或?qū)崿F(xiàn)其在某些方面的功能提升和管理。本文就基于調(diào)控中心自動(dòng)化智慧機(jī)房巡視、檢查的需求，基于機(jī)器人的前提下，設(shè)計(jì)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的巡檢、監(jiān)控等，實(shí)時(shí)掌握調(diào)控中心自動(dòng)化智慧機(jī)房的整體情況，例如消防巡檢、防盜巡檢等，保障調(diào)度中心自動(dòng)化智慧機(jī)房的安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：調(diào)控中心;智慧機(jī)房;機(jī)器人巡檢;控制系統(tǒng)

1 系統(tǒng)架構(gòu)

該巡檢系統(tǒng)以分布式控制的方式完成調(diào)控中心自動(dòng)化智慧機(jī)房巡檢。系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層獲取巡檢區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)信息和數(shù)據(jù)，將其傳送至控制層，該層通過(guò)無(wú)線通信模塊將現(xiàn)場(chǎng)層獲取的數(shù)據(jù)和信息實(shí)行相應(yīng)處理，通過(guò)控制模塊向機(jī)器人終端下達(dá)控制指令，機(jī)器人完成指令后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將結(jié)果傳送至管理層，實(shí)行監(jiān)控以及管理。系統(tǒng)分為三個(gè)層次，現(xiàn)場(chǎng)層、控制層和管理層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

現(xiàn)場(chǎng)層：該層主要包含傳感檢測(cè)模塊、執(zhí)行電機(jī)模塊、巡檢設(shè)備、供電模塊以及其他設(shè)備模塊，該層以嵌入式技術(shù)部署在機(jī)器人終端內(nèi)，該層也可看作為機(jī)器人終端。

（1）傳感檢測(cè)模塊：該模塊通過(guò)數(shù)個(gè)光電傳感器和限位開(kāi)關(guān)組成，用于實(shí)現(xiàn)巡檢目標(biāo)設(shè)定、障礙物的識(shí)別、人員匹配，同時(shí)，可用于完成機(jī)器人的姿勢(shì)定位。

（2）執(zhí)行電機(jī)模塊：該模塊包含驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路，該模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)器完成機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)完成機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)控制，保證機(jī)器人在直線行駛、轉(zhuǎn)彎行駛、加速、減速以及停止操作時(shí)穩(wěn)定、精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)巡檢。

（3）供電模塊：該模塊包含直流電源、電池以及穩(wěn)壓器等設(shè)備，其用于機(jī)器人整體運(yùn)行的電源提供，保證機(jī)器人的運(yùn)行;同時(shí)也用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電保障。

（4）其他設(shè)備模塊：該模塊包含散入設(shè)備、復(fù)位開(kāi)關(guān)以及取點(diǎn)裝置，其中復(fù)位開(kāi)關(guān)是用于機(jī)器人復(fù)位的控制，該復(fù)位指令是由控制層下達(dá)。

控制層：該層主要通過(guò)主控制器模塊和無(wú)線通信模塊構(gòu)成，以嵌入式控制芯片為核心，主要完成傳感數(shù)據(jù)的處理、巡檢圖像處理等;通過(guò)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與管理層間的通信以及數(shù)據(jù)傳輸，可通過(guò)該層下達(dá)機(jī)器人巡檢指令[，同時(shí)該層也用于保存自主巡檢列表的存儲(chǔ)。

管理層：該層主要用于系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)部分，實(shí)現(xiàn)巡檢結(jié)果的監(jiān)控、系統(tǒng)相關(guān)設(shè)置、維護(hù)、管理等，該層包含地面基站和PC客戶(hù)端，可通過(guò)監(jiān)控顯示器查看機(jī)器人巡檢現(xiàn)場(chǎng)的圖片以及視頻[11]，根據(jù)查看結(jié)果通過(guò)控制層下達(dá)相應(yīng)指令或者處理。

2執(zhí)行電機(jī)模塊

巡檢機(jī)器人的本體控制是由現(xiàn)場(chǎng)層的執(zhí)行電機(jī)模塊完成，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)主要通過(guò)不同類(lèi)型的板卡，板卡中設(shè)有兩種通道，分別為轉(zhuǎn)換和計(jì)數(shù)通道，用于完成各類(lèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和格式轉(zhuǎn)換;同時(shí)還設(shè)有開(kāi)關(guān)量輸入輸出，其為可編程。其中，智能驅(qū)動(dòng)器用于控制機(jī)器人的行駛效率以及行駛安全，控制執(zhí)行是依據(jù)設(shè)定或者實(shí)時(shí)指令，通過(guò)串口和工控機(jī)的連接完成執(zhí)行命令的傳送[12];其他部分的控制通過(guò)驅(qū)動(dòng)器組完成，但其不用于控制速度伺服，工控機(jī)的加、減速，行駛方向和剎車(chē)的控制，通過(guò)D/A等控制驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。

3嵌入式芯片

機(jī)器人在巡檢過(guò)程中軌跡跟蹤的實(shí)現(xiàn)是以該芯片完成。其軌跡跟蹤包含兩部分，分別為速度跟蹤、軌跡跟蹤。兩者均嵌入在機(jī)器人內(nèi)部，通過(guò)主機(jī)對(duì)其實(shí)行控制[13]。主機(jī)完成軌跡設(shè)定后，將其傳送至控制器，速度控制器接收速度控制指令，其來(lái)自由軌跡跟蹤器;輸入電壓通過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)完成輸入，完成機(jī)器人巡檢的軌跡跟蹤。

嵌入式芯片作為驅(qū)動(dòng)核心，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是基于其控制完成，文中選擇輸出時(shí)最大電流可達(dá)到5 A的MC33886芯片。為保證良好的驅(qū)動(dòng)效果，需連接兩塊同樣型號(hào)的芯片，以并聯(lián)模式完成，可將最大輸出電流提升一倍，達(dá)到10 A。

依據(jù)PWM信號(hào)完成芯片的驅(qū)動(dòng)，PWM的擴(kuò)展通過(guò)單片機(jī)完成，并且通信的實(shí)現(xiàn)是基于串行接口，可提升控制信號(hào)的傳輸效率。依據(jù)PWM信號(hào)完成芯片的驅(qū)動(dòng)，PWM的擴(kuò)展通過(guò)單片機(jī)完成，并且通信的實(shí)現(xiàn)是基于串行接口，可提升控制信號(hào)的傳輸效率。

4結(jié)語(yǔ)

由于電力系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備數(shù)量較大、調(diào)度使用的相關(guān)服務(wù)器較多，導(dǎo)致機(jī)房管理、監(jiān)控等相關(guān)工作量日益增多，人員作業(yè)已經(jīng)無(wú)法滿足全部管理和監(jiān)控需求，智能化、自動(dòng)化的機(jī)器人巡檢成為主要方式。為保證機(jī)器人在該機(jī)房的巡檢效果，本文設(shè)計(jì)用于控制機(jī)器人巡檢的控制系統(tǒng)，保證機(jī)房區(qū)域的有效、可靠監(jiān)測(cè)。經(jīng)測(cè)試：該系統(tǒng)控制性能良好，可控制機(jī)器人準(zhǔn)確完成巡檢軌跡跟蹤，具備精準(zhǔn)的障礙識(shí)別以及測(cè)距功能，按照設(shè)定巡檢路線以及巡檢內(nèi)容，精準(zhǔn)完成區(qū)域巡檢，并可監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)人員匹配情況，可用于完成防盜竊問(wèn)題出現(xiàn)。除此之外，系統(tǒng)可精準(zhǔn)控制機(jī)器人的巡檢行駛速度，提升巡檢效率，并且可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主巡檢，實(shí)時(shí)保證機(jī)房的安全。

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