轮式智能巡检机器人在电力隧道环境应用-AGV吧

0引言

随着国民经济水平的提高，日用电量节节攀升，推动了电力隧道的发展。良好稳定的电力隧道环境能给企业、居民等提供良好的供电需求，因此需要通过巡检来保障电力隧道的安全性、稳定性[“，电力隧道的环境复杂多变，人工巡检的危险系数极高，因此本文将以A市的电力隧道为例，设计出一款能够替代人工巡检的机器人，从而提高巡检效率，保障电力隧道平稳安全的运行，这对社会具有一定的实际意义。

1电力隧道的环境分析

本文对A市的电力隧道进行了现场勘测，并拍摄相应的图片，如图1、图2所示。同时，本文还提出了以下几点设计要求：机器人需要拥有轻松越过门槛的能力；在使用机器人巡检时需要将拍摄装置的视角调制妥善；机器人巡检时需要一直行驶在水泥路面上，当驶离指定的轨道时，应当拥有能够回到指定的轨道中的能力；机器人有足够的驱动力；机器人投放到隧道中时，需要符合观察井的尺寸；提供良好的信号覆盖范围。

2巡检机器人机构设计

2.1设计要求

电力隧道环境多变且复杂，因此必须设计出能够在各种电力隧道环境下进行巡检的机器人（SCIR），从而保障电力隧道巡检工作能够正常顺利地进行。

通过对电力隧道进行实地考察后，对设计的轮式智能巡检机器人提出以下设计要求：不管SCIR是如何投放到电力隧道中，其尺寸必须符合竖井口的规模（900mm）；减少SCIR的驱动数量，在巡检期间能够轻松的越过具有一定高度的防火隔离门门槛，同时能够在斜坡为20°的隧道中行驶；当接收到驶离路面的信号时能够有效地向侧面台阶撤离；SCIR必须有足够的续航能力；根据电力隧道的构造来看，其竖进口之间的间隔为4000m，因此SCIR的信号感应需要大于2500m。

2.2总体设计

2.2.1概念提出

由上述设计要求和实际现场勘查可知，该巡检机器人的设计将以移动结构和移动装置上搭载的所有设备为主，所涉及的原理方案设计主要划分：

（1）移动方式。由于隧道中行驶的水泥路比较平缓，防火隔离门的门槛高度也大致相同，适合轮式驱动的巡检机器人。

（2）驱动方式。本文选取的驱动方式是伺服电机驱动，这是因为该驱动方式具有多种优质的特点，例如辅助装置少、高精度以及高效率等。

（3）转向方式。本文选取的是滑动转向机构，但这款转向设备在横向转移时可能会产生较大的阻力，因此需要对其驱动模式进行改进，使其运行期间能够实现差速转向，减少产生的阻力。

2.2.2整体布局

本文为了迎合下放井口尺寸和线缆拍摄视角，将巡检机器人设计为两种形态：收放模式的巡检机器人，其长宽高分别为400mm、500mm、400mm；展开模式的巡检机器人，其长宽高分别为400mm、500mm、980mm。其模型图如图3所示。

电力隧道智能巡检机器人由上层机构和移动机构构成。其中，移动机构使用以往的轮式结构，为了得到最大化的驱动力，本文还借助同步带将前后两个轮进行连接。箱体使用的是中空结构，箱体内部用来安装传动、通信以及控制等模块，外部安装摄像头、超声传感器以及气体传感器设备。上层机构安置了升降手臂，并在手臂上安置了摄像头，同时，手臂的灵活度较好，为巡检提供多个角度拍摄，并能带动脚轮升降，为差速驱动与四轮驱动之间的切换提供有利的条件。

3智能巡检机器人在电力隧道中的应用

3.1地形适应实验

机器人在电力隧道中的水泥路平稳行驶能够快速地完成巡检任务，但水泥路面与两侧砂石路面存在高度差，当出现操作失误时，机器人一侧的轮子会驶入砂石路面，因此本文对机器人的轮子做了相应的改进，使其在面对这种突发事件时能够平稳地回到水泥路面，如图4所示。

3.2环境监测实验

智能巡检机器人视角如图5所示。该机器人总共有两个摄像头，位于车体部位的摄像头（如图5a）位置）主要负责勘测路况，便于机器人行驶，位于机器人手臂顶部的摄像头，主要用作电力隧道的巡检工作。在实验过程中发现，位于车体部位的摄像头拍摄到的环境太过于狭险，只拍摄到了机器人前端的路况，无法对周边状况进行全面覆盖，导致极易驶离指定的轨道，因此对该摄像头进行调试，最终将其安置在图5b）的位置，不但能观察到机器人轮子的运行轨迹，而且还能为操作者提供较好的操作视角。

3.2.1图像采集