电力巡逻机器人

篇一：巡检机器人的调研报告

上海电力学院

关于巡检机器人的调研报告

院（系部） 自动化工程学院

专业名称: 电 机 与 电 器

学生姓名: 杨 雪 莹

导 师: 薛阳

2013年12月

目录

1 巡检机器人的发展状况 ...................................................................................... 1

2 巡检机器人的应用 .............................................................................................. 3

2.1 高压线路巡检机器人 ............................................................................... 3

2.2.1 机器人仿真 .................................................................................... 4

2.2.2 巡检机器人越障 ............................................................................ 5

2.2 变电站巡检机器人 ................................................................................... 7

2.3 校园巡逻机器人 ....................................................................................... 8

3 总结 .................................................................................................................... 11

参考文献 ................................................................................................................ 12

1 巡检机器人的发展状况

目前巡检机器人已在多个领域中应用，它的智能化推动着它在应用领域的市场前景将是越来越广，尤其是在电力行业。它在多种场合发挥着作用，如变电站，高压线路中等等。

2013年12月9号中山供电局经过三个多月的试运行，该局将“智能巡检机器人”正式投入到500千伏桂山巡维中心使用，开创南方电网公司首例无轨化设备巡视工作。传统的机器人需要铺设类似于火车轨道那样的磁轨，机器人就只能沿着磁轨作运动。而最新投入使用的机器人实现了无轨化运作，不需要铺设任何轨道，也无需进行任何基建工程，机器人就可以直接在日常的路面上运作，既省下基建施工的时间，又节约了投入成本。凭靠机器人配备的四驱越野底盘，还可以爬上30度的陡坡。该机器人上配备了激光扫描设备，可将站内的设备位置，道路扫描为地图，我们在后台为它规划好巡视路径后，它就可以按照指示去工作了。

机器人巡线最大的优点则是，无论白天黑夜还是刮风下雨，它都可以在没有人看管的情况下能自动自觉并出色完成一般日常巡视所包含的工作内容。这样一来，机器人不但减轻了工作量，而且在遇到严重故障或者恶劣天气时，它还可以降低工作人员的安全风险。

智能机器人还具有自动续航功能，当蓄电池电量低于设定值时，它将自动驶入存放室进行充电。据悉，中山供电局通过对智能巡检机器人进行了三个月的试用，已经收到不错的成效。此次正式投入使用，在南方电网公司尚属首例。

2013年11月11日上午，在国家知识产权局与世界知识产权组织举办的第十五届中国专利奖颁奖大会上，由国网山东电力科学研究院申报的外观专利“变电站巡检机器人”荣获外观专利金奖，成为5个金奖之一。这是国家电网公司历史上获得的第一个中国外观专利金奖，也是中国电力行业惟一当选的金奖。

变电站巡检机器人能够全天候全方位全自主对变电站设备进行无人值守巡检,从而代替繁重的变电站设备人工巡检,提高了变电站巡检的自动化、智能化水平,确保了智能电网的安全可靠运行。

该变电站巡检机器人产品外壳采用无污染、抗冲击、高绝缘的ABS树脂材料，具有较好的环保性和安全性；产品外观采用了“仿人”化创新性设计，整体颜色融合变电站“环境”因素，同时配以红色的机器人颈部绕圈与多色的告警指示灯

点缀，使得整体设计简约而富有活力。该产品控制系统具有过流过压充放电保护、待机低功耗、远程唤醒等功能，具有较好的节能性和经济性。变电站智能巡检机器人的专利群，包括10项核心发明专利，33项外围专利。

目前，国内已经投用的57台变电站巡检机器人。传统的变电站值班员进行人工巡检，受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、技能技术水平等影响较大，存在漏巡，缺陷漏发现的可能性，并存在较大的巡视过程风险，巡视效率低下。贵州省凯里供电局研制的变电站智能巡检机器人，根据操作人员在基站的任务操作或预先设定任务，操作人员只需通过后台基站计算机收到的实时数据、图像等信息，即可完成变电站的设备巡视工作，从而代替人工巡检。

图1 智能机器人在巡检变电站

2 巡检机器人的应用

当前，机器人在电力系统得到了越来越广泛的应用，其中用于无人值守变电站设备巡检机器人对高压设备检测的关键技术之一是给机器人的运动控制系统提供连续、实时、精确的位置、航向等导航信息，使其沿预定的路径行驶并完成检测任务。机器人有多种导航方式，这些导航方式各有其特点，适用于不同的应用环境，其中GPS/DR组合导航系统是一种较为成熟的导航方法，已经广泛应用于陆地车辆（装甲战车、轨道列车等）组合导航系统中。

2.1 高压线路巡检机器人

高压输电线路是电力传输的主要途径，对输电线路定期巡检，及时发现和消除隐患，预防重大事故，对电力系统有重要意义。传统巡检方法主要有人工目测法和直升机航测法。人工巡线费用低廉但效率低，复巡周期长，且由于地理环境因素存在巡检盲区，巡检数据准确率也不高；直升机航巡效率较高，但存在飞行安全隐患且费用极其昂贵。针对这些缺陷，高压巡线机器人应运而生。机器人巡线具有近距离、高精度特点，不存在巡检盲区，巡检费用相对于直升机低廉很多，因此已成为特种机器领域的研究热点。

从20世纪80年代末开始，日本、美国、加拿大等国在巡线机器人领域的研究先后展开。1988年，东京电力公司的Jun Sawada等人研制了光纤复合架空地线巡线移动机器人。该机器人可以借助导轨越塔，但总重达100kg，并且不能爬30度以上斜坡，所以无法广泛应用。1999年，美国TRC公司研制了一台悬臂自治巡线机器人原型。但这种机器人仍然无法攀爬30度以上斜坡。2000年，加拿大魁北克水电研究院的Montambault等人研制了一台HQ LineROVer遥控小车。这种遥控小车非常轻便，但没有越障能力，只能在两塔之间工作。1991年，Hisato Kobayashi 等设计了一种具有防震构造的自治分散控制机器人。1998年Jaydev P Desai 等人给出了一种光纤架空地线机器人设计，之后泰国的S．Peungsungwa1 等也设计了一种应用红外探测技术、具有视觉导航能力的巡线机器人。但这些巡 线机器人都存在功耗过高或只能跨越特定类型障碍等种种问题。

国内巡线机器人的研究始于20世纪90年代末。2002年，武汉大学吴功平等研制成功具有沿220kV单分裂导线全程线路行驶和作业的巡检机器人样机，并在

篇二：电力巡线机器人产品价值

产品价值：

一、

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。电力线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失，因此，电力公司要定期对线路设备巡检，及时发现早期损伤和缺陷并加以评估，然后根据缺陷的轻重缓急，以合理的费用和正确的优先顺序，安排必要的维护和修复，从而确保供电可靠性。

目前，对输电导线进行巡检的方法主要有两种：（1）地面目测法：采用肉眼或望远镜对辖区内的电力线进行观测。由于输电线路分布点多面广、地理条件复杂，巡线工人需要翻山越岭、涉水过河、徒步或驱车巡检。这种方法劳动强度大，工作效率和探测精度低，可靠性差。（2）航测法：直升飞机巡线。直升飞机沿输电线路飞行，工作人员用肉眼或机载摄像设备观测和记录沿线异常点的情况。这种方法尽管距离接近，提高了探测效率和精度，但电力线从观察者或摄录设备的视野中快速通过，增加了技术难度，运行费用较高。

移动机器人技术的发展，为架空电力线路巡检提供了新的移动平台。巡线机器人能够带电工作，以一定的速度沿输电线爬行，并能跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、杆塔等障碍，利用携带的传感仪器对杆塔、导线及避雷线、绝缘子、线路金具、线路通道等实施接近检测，代替工人进行电力线路的巡检工作，可以进一步提高巡线的工作效率和巡检精度。因此，巡线机器人成为巡线技术研究的热点。

二、

电能传输必须依靠高压输电线路。由于输电线路分布点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，电力线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，必须及时修复或更换。所以，必须对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况，线路周围环境和线路保护区的变化情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡检，存在很大的困难，

甚至有一些巡检项目靠常规方法难以完成，因此，利用机器人进行自动巡线成为保障线路安全运行的一种必要手段。

国内外目前见诸报道的输电线路机器人，都是功能单一型机器人，要么只能巡线，要么只能除冰。本方案提出一种以轻量级机器人底盘技术为基础，通过添加模块化功能单元进行功能/性能扩充的机器人设计思路，不仅可实现目前输电线路巡线、除冰的需求，而且系统具备极强的可升级性，适应智能电网未来新需求。

三、

智能巡检机器人携带红外热像仪和可见光摄像机等检测装置，在工作区域内进行巡视并将画面和数据传输至远端监控系统，并对设备节点进行红外测温，及时发现设备发热等缺陷，同时也可以通过声音检测，判断变压器运行状况。对于设备运行中的事故隐患和故障先兆进行自动判定和报警，有效消除事故隐患。目前安防机器人主要运用于电力能源领域。

某变电站的负责人指出，智能机器人的投入使用，将100%替代人工巡检，实现24小时全站全设备安全巡检，不仅可以提高工作效率，减轻运维人员劳动强度，降低运维成本，还为无人值守变电站的推广应用提供创新的技术检测手段，进一步提升设备设施的远程监控能力以及巡检工作质量，最终提高班组的整体运维能力，保障电力安全稳定运行。

篇三：电力系统及其自动化实验报告-机器人

电力系统及其自动化实验报告6

一、 实验目的

1. 通过参观系统科学与技术研究所，了解机器人的操作系统组成，了解其软件、硬件的选取，对机器人系统有一个整体认识。

2. 通过参观接触网与受电弓的模型，对其做一个整体认识。

二、 实验内容

1.基于增强现实技术的移动机器人遥操作系统

1)移动机器人与遥操作系统搭建

图1移动机器人与摇操作系统

2)机器人系统及遥操作硬件

①机器人硬件集成系统

图2机器人硬件集成系统

机器人的核心硬件主要包括：大脚车如图3所示，Hokuyo激光传感器如图4所示，工控机与单片机如图5所示。

1

图3大脚车

图4Hokuyo激光传感器 图5工控机与单片机

②Falcon力反馈设备

a实现远程遥操作

传输操作指令

实施遥操作

b增加操作临场感

力触觉反馈

c可扩展性强

操控机械臂、云台

3)遥操作与GPS定位实现

①基于Player/Stage的数据传输

图6基于player的激光数据传输

②基于Mjpg streamer的视频传输

该部分的功能具有红外功能的广角摄像头，实现夜视探测；当多人协作时，跨平台实时视频传输。

2

图7基于Mjpg streamer的视频传输

③GPS显示与导航界面的上位软件编写与实现

移动机器人及遥操作上位框架如图8所示。

图8移动机器人及遥操作上位框架

图9软件界面

3

图10摄像头捕捉的画面

4)移动机器人系统应用

特殊场景探测

综上所述，我们可以得出移动机器人及遥操作系统特点如下：

1.在自主研发的轮式机器人基础上，采用力反馈设备，实现了基于因特网的机器人遥操作；

2.在环境探测、大型工业设备巡检、抢险救灾和实时安全监控领域具有广泛的应用前景。

在马磊老师的实验室，我们还了解了一点关于韩伯智能车()和四旋翼飞行器的相关知识。

韩伯智能车主要是应用各种各样的传感器以及马达控制练习的驱动体。 四旋翼直升机，国外又称Quadrotor，Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer等等，是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同，四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。

2.接触网与受电弓模型

接触网与受电弓是一个整体，研究接触网不能抛开受电弓；研究受电弓不能抛开接触网。为保证接触线与受电弓间的相互作用不出现故障、受电弓滑板与接触线匹配、降低弓线间的磨损，接触线的布置必须横向偏移于线路中心线。为使接触线和受电弓滑板磨损降到最低程度，应对接触线和受电弓滑板提出要求，这些要求应在设计受电弓和接触网时予以考虑。

受电弓的作用是将电能传输到电动牵引装置上。对于辅助设施、生活设施的

4

固定用电与牵引车辆运行的移动用电两方面来说，电力传输都应安全可靠。受电弓包括主架、臂、弓头和传动装置。

受电弓和接触网相互作用的基本要求是：由于受电弓在运行中相对于接触网作横向运动，而受电弓弓头必须总是超出接触线最不利的位置，只有在运行中接触线不离开受电弓弓头的工作范围才能使系统顺利运行。在正常运行时，接触线在滑板上的滑行是最重要的。

受电弓有上、下两个工作位置，这两个位置之间的范围便是工作范围。

三、 心得体会

通过这次参观学习实验，对自主机器人的关键技术及其进展和接触网与受电弓有一定的了解。

在马磊老师的实验室，指导老师首先引入自主机器人的概念，并给我们播放了一段视频，展示目前该实验室的自主机器人的各种关键技术和研究动态，指导老师的细心讲解，令我获益匪浅。最后，我看到了马磊老师科研团队的强大科研能力，同时，我感受到理论知识一定要与科学实验相结合，只有时间才能检验理论知识的正确性。

在接触网与受电弓的实验室，我看到了接触网与受电弓的模型，之前对这方面完全没有了解，这次的参观我整体了解到网与弓的不可分割性及其相关性，更感受到在铁路上的作业要非常小心，这是关乎人的生命的一个行业。 在此，非常感谢老师提供我们这样的机会，将理论知识与实际系统的认识相结合，开拓了我们的视野，这让我们在以后的学习中能够更加注重理论联系实际，让我们的思路更加开阔，让我们对所学知识有全面的掌握。

5

篇四：基于GPS的夜间巡逻机器人

基于GPS的夜间巡逻机器人设计

目录

1. 绪论 ..................................................................................................... - 4 -

1.1夜间巡逻机器人的作用和意义 ...................................................... - 4 -

1.2社区安保的现状 ............................................................................ - 4 -

2. 方案设计与论证 ................................................................................... - 4 -

2.1 主控系统....................................................................................... - 4 -

2.2 电机驱动模块 ............................................................................... - 5 -

2.3 预定黑线路径识别模块 ................................................................ - 6 -

2.5 语音模块....................................................................................... - 7 -

2.6电源模块 ....................................................................................... - 7 -

2.7液晶模块 ....................................................................................... - 8 -

3. 硬件设计 .............................................................................................. - 8 -

3.1 总体设计....................................................................................... - 8 -

3.2 驱动电路....................................................................................... - 8 -

3.3 循迹模块..................................................................................... - 10 -

4. 软件设计 ............................................................................................ - 11 -

4.1 可视化界面 ................................................................................... - 8 -

4.2 功能简介....................................................................................... - 8 -

4.3 功能的实现 ................................................................................... - 8 -

5.制作安装与调试................................................................................... - 16 - 结束语 .................................................................................................... - 16 - 致谢 ...............................................................................错误！未定义书签。 参考文献................................................................................................. - 17 -

基于GPS的夜间巡逻机器人设计

摘 要：利用人体红外技术侦测机器人附近的人员；利用GPS导航定位来确定机器人的方位；利用红外技术进行蔽障功能的实现；利用VB软件实现监控中心功能的实现。以STC89C52 为控制芯片控制巡逻机器人的运行状态。其中机器人呢驱动由L293D驱动电路完成，电机的转速由单片机输出的PWM波控制,并在机器人与人员信息交换过程中实现自动语音播报和液晶显示功能。

关键词：自动化运行；STC89C52单片机； L293D；红外对管；语音芯片ISD4004；液晶显示；GPS定位；

1.绪论

1.1巡逻机器人的意义和作用

随着我国经济的快速发展，人民的生活水平有了显著提高。在千家万户安居乐业的同时，如何保障人民的生命财产安全成为摆在我们面前的一个重要问题。机器人主要应用于小区、工厂等地的保卫巡逻任务，具有工作时间长，隐蔽性好，准确率高等优点。替代人员或与人员结合使用可以保证保卫目标的安全。本设计的机器人，是多个自动巡逻轮式机器人，它可以根据监控中心规定的路线巡逻，并且能够发现距它一定距离内的人并发出提醒，若被发现人员不能在规定的时间内给出密码，则机器人会向监控中心发出警报，并利用GPS定位。到目前为止还未发现国内外有相似的装置和研究。

1.2社区安保的现状

目前，比较通用的办法是，小区物业招聘保安，成立夜间巡逻队。实践证明这种方法，虽然能起到一定的作用，但缺陷也是非常明显的。首先，由人构成的夜间巡逻队伍不能保证不遗留死角。其次，人在深夜容易瞌睡，保安人员会发生脱岗漏岗睡岗现象。第三，小区保安即使发现有可疑人员也无法迅速通知监控中心。鉴于此，我们设计制作了基于GPS的夜间巡逻机器人（下称机器人）。

2. 方案设计与论证

购买原材料自行设计搭建，可分为六大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU、GPS、无线通信和提示部分。机器人要实现智能驾驶和定位，除无人驾驶以外，可以监测机器人附近的人员，与监控中心实时通信，GPS定位等功能。加装红外对管检测器，实现对机器人行进路径上障碍物的检测，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对障碍物的智能避让。加装GPS定位系统，可以实现机器人的实时定位。当检测到可以人员以后会立即将此时的经纬度坐标发送至监控中心。这种方案能实现对机器人的运动状态进行实时控制，并且控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

2.1 主控系统

根据设计要求，此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了以

下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下：

方案一：

选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与

处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而列车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，很可能在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。

方案二：

采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的列车，以实现其拟定的

性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现列车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。

针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开

关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选用。根据这些分析,我选定了STC89C52单片机作为本设计的主控装置，该单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间充足，满足本设计的要求。

在综合考虑了传感器、电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用STC89C52单片机的资源。

2.2 电机驱动模块

方案一：

采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对列车的速度进行

调整.此方案的优点是电路比较简单,缺点是继电器的响应时间慢,机械结构易损坏,寿命较短,可靠性不高。

方案二：

采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电

阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵，且可能存在干扰。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。

方案三：

采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结

篇五：智能保安巡逻机器人论文

智能保安巡逻机器人

黄海明 杨雷 宋跃 赖思沅

(东莞理工学院电子工程学院，广东 东莞 523808)

摘 要： 设计一个具有自动远程值守、GPRS遥控、远程监控等功能的智能保安巡逻机器人,其上搭载太阳能动态跟踪系统，配备完善的电源管理系统,以STC12C系列51单片机作为核心控制单元，利用无线射频传输技术和GPRS技术成功地构建了一个可视化的、实时性强的远程无人保安巡逻监控系统。介绍机器人的软硬件设计和工作原理。

关键字：机器人； GPRS； 单片机； 远程监控

中图分类号：TP274；TM935 文件标识码：A

Intelligent security robot to patrol

Huang Haiming Yang Lei Song Yue Lai Siyuan

(Institute of Electronic Engineering, Dongguan University of Technology, Guangdong Dongguan,523808)

Abstract: Designed an intelligent security robot to patrol which Contained automatic remote duty, GPRS remote control, remote monitoring and other functions, with its dynamic solar tracking system, equipped with complete power management system to STC12C series of 51 single-chip microcomputer as the core control unit, the use of wireless RF transmission technology and GPRS technology to build a successful visualization, real-time security patrol unmanned remote monitoring system. Introduced the robot hardware and software design and working principle.

Key Words: Robot；GPRS；Minicomputer；Remote Monitoring

1前言 目前国内外的机器人主要采用高端器件作为主控器，如ARM、DSP、FPGA等，以实现高速的处理

[1、2]能力，但其开发难度和成本也是很高的，鉴于

此本文介绍以51单片机为核心主控器开发的智能

保安巡逻机器人，以更低的成本实现了多种功能，

采用射频模块和

GPRS模块作为无线通信底层，

保证了远程无线通信的可靠性，具有人工操作模

式和自动值守模式，人机界面友好，可以通过本

地电脑上的监控中心软件实现实时的监控操作。

2 系统结构设计

从图1整体结构框图中可以看出，智能保安

巡逻机器人系统以模块化的设计思想为主导，主

要包括太阳能跟踪控制模块、太阳能充放电控制

模块、主控CPU模块、远程遥控接收控制模块、

传感器模块、本地监控模块和无线视音频传输模

块等。各个模块相对独立运作，这样即使有一个

功能模块出现故障也不会对全局系统造成致命的

影响。模块间通过预定的通信协议进行沟通协调

第 1 页 共 5 页 图1 系统结构框图 Fig.1 Frame diagram of system structure

工作，并且可以将系统的实时情况反馈会监控中心。本系统主要使用STC12C系列增强型51单片机作为各个模块的微控制单元，充分利用了该单片机内部集成PWM、ADC功能的特点，以最简单的外围电路实现了完善的操控功能，系统还使用了超声波、红外线、光敏电阻、热释红外等传感器，可以检测人体、障碍物等，并且可以扩展各种传感器以实现环境检测、自动巡逻等功能。机器人上搭载的太阳能跟踪平台为系统提供绿色环保的太阳能，以补充系统的电能，当系统的电源电量不足时，机器人会给控制中心发回报警信号。机器人的远程操控通过GPRS通信技术实现，在本地电脑上就可以发送操作指令给机器人，控制其运动或控制上面的摄像头的运动，而摄像头的图像和现场的声音信号则是通过一个大功率的视音频发射器发送出来，在本地监控中心进行接收处理，为了实现更好的人机操作界面，我们开发了两个在本地电脑上运行的监控软件，一个是视频接收监控窗口，通过这个窗口可以观察到机器人现场的实时图像，并能通过耳机听到现场的声音。另一个软件就是机器人和其上搭载的CCD摄像头的操控软件，通过这个软件我们既可以实时控制机器人，也可以实时控制摄像头进行跟踪拍摄。该智能保安巡逻机器人可以在学校、广场、高级住宅区或某些特殊场合完成流动监控摄像头的任务，并且通过进一步的完善改进，可以实现更强大的功能。 [3]

3 硬件电路设计[4，5]

3.1 电源管理

由于系统子模块较多，高效稳定的电源

管理起着至关重要的作用。机器人以两个大

容量12V和6V铅酸蓄电池为主要供电源，

另外搭载太阳能动态跟踪系统，高效率地采

集太阳能作为辅助补充电源，图2是12V电

源的充放电控制电路，主要利用LM358运

放搭配STC12C5410AD单片机内置的10位

高精度AD对蓄电池进行监控，并将数据送

到LCD显示，同时通过继电器切换蓄电池

的工作状态。其中12V蓄电池主要为系统的

各个模块供电，而6V蓄电池则专门为机器

人的电机和控制模块供电。给无线影音发射

器和CCD摄像头等特殊器件供电时，考虑

到负载对电源功率、电压和纹波的要求，一

图2 太阳能充放电电路原理图 般的稳压芯片无法满足要求，所以选用型号

为VRB1212D-20W的工业级宽输入电压范Fig.2 Solar charging and discharging circuit schematic 围的DC/DC隔离电源模块，能提供

12V1666mA电流。其他稳压电源选用78XX系列的稳压芯片

即可达到要求。

3.2太阳能自动跟踪部分

该部分主要通过四个CDS光敏电阻对光强进行采集并且

转化成电压送到单片机的AD输入口，STC12C5410AD单片

机通过对电压的分析比较来判断太阳的方向，然后驱动云台实

时跟踪定位太阳，从而最大效率的获取太阳能能量。系统结构

简单，跟踪效果良好，该系统的原理框图如图3所示。

3.3 GPRS和远程视音频监控 图3 太阳能自动跟踪框图 系统利用GPRS无线网络通信进行控制命令和机器人反

馈信息的传输，

监控中心通过由北京驿唐公司

MD-609G GPRS Fig.3 Block diagram of automatic tracking solar

第 2 页 共 5 页

DTU终端提供的网络通信控件编写一个命令发送和信息接收应用软件，将该应用软件所在的主机服务器IP地址映射到MD-609G GPRS DTU数据终端内设置的数据服务中心IP地址，并对数据终端内部进行相应的网络识别码、DNS、串口等各项参数的设置。MD-609G GPRS DTU终端带有标准的RS—232串行接口，下位机通过该接口与MD-609G GPRS DTU终端通信，下位机是以单片机为核心的数据读取、发送、摄像头控制和机器人行走控制的核心电路，下位机通过串口，接收来自数据中心服务器发来的控制指令，发送由车载传感器反馈回来的信息到数据服务中心。

本系统的视频监控采用的摄像机是30万像素的索

雅利SYL-510DN全方位云台CCD摄像机，具有红外夜

视15米左右的功能，并且可以在电路的控制下半球面定

位监控，其输出的是标准PAL制式的电视信号，可以通

过无线视频设备发射出去或直接用普通电视机接收。声

音采集则由一个驻极体麦克风把声音信号转变为电信号

图4 远程视音频监控框图 经放大后送到无线发射器即可。影音传输系统是一种可

以把图像和声音信号无线传输到你的电视或电脑上的无Fig.4 Diagram of the remote video and audio monitoring 线设备，它可以和各种摄像机配合使用。本系统选用的

是百通1.2G 2.5W 无线影音发射接收机，实测无线传输效果良好。接收机输出的是AV信号，可以用一般支持PAL制式的电视机直接接收，但为了方便用电脑监控现场情况，在接收机的输出端接入一个USB接口的视频采集卡，本系统选用浦科特的PX-AV100U数字视频采集卡，在本地电脑上安装了采集卡的驱动，再配合我们编写的操作和监控软件，即可实现在电脑上观看现场视频图像，并且可以听到现场的声音，还可以通过相应软件实现远程无线控制机器人和摄像头。

3.4 传感器

系统主要使用了超声波、红外线、光敏电阻、TOP_3224热释红外等传感模块，可以检测人体、障碍物等，并且可以扩展各种传感器以实现环境检测、自动巡逻等功能。

超声波测距部分采用TR40超声波探头，而红外检测则采用了L5IR3-30红外发射二极管和IRM38BL-2一体化接收头，其具有衰减低、可靠性高等特点。在利用超声波测距的同时，利用红外线检测弥补超声波检测的角度精度，因为超声波发射头的发射角度较大，而红外线发射头的发射角度相对较小，将两者结合可以更准确地检测出前方物体的具体位置和距离，甚至可以扫描出前面物体的大体轮廓。

在机器人进入自动值守模式时，两侧的热

释红外传感器开始工作，当有人在传感器警戒范

围内走动时，由人体发出的微量红外线通过菲涅

尔透镜聚焦后，在热释电人体红外线传感器的内

部敏感元件上引起温度变化而产生极化，从而在

传感器的外接电阻两端输出传感信号。此传感信

号相当微弱，经二级放大、双向鉴幅、延时处理

后，再送往单片机处理，从而实现摄像头自动检

测拍摄移动人体的功能。

3.5

机器人电机驱动控制

机器人的方向盘电机和后轮电机参数分别

是20W6V240rpm和

50W6V150rpm，其控制电

路由两个独立的部分组成：一个是后轮动力部

分，另一个是方向部分。图5中的MG1是一个

带动后轮前进后退的直流减速电机，而MG2则

图5 电机驱动模块原理图 为控制方向的减速电机。单片机的四个控制I/O

口由J1接入驱动电路。该电路利用四个继电器Fig.5 Motor drive module schematic

第 3 页 共 5 页

组成双H桥电路，分别驱动两个电机，当两个控制信号电平不同时电机正转或反转，电平信号相同时则起到刹车停机的效果。

4 软件设计

4.1 系统软件

系统软件主要采用C语言编写，其流程图如图6，整个系统的程序分底层软件和上位机软件。上位机软件是一个由VB编写的监控中心软件，底层软件主要以主控CPU和遥控CPU为核心，协调各个模块执行相应的程序。

4.2 监控中心

监控中心软件由VB编写，主要调用北京驿唐公司提供

的控件HDDSCocx来编写，该控件是针对MD-609G GPRS

DTU数据终端网络通讯功能编写的，该空间包含有许多功

能强大的函数方法，本软件主要调用的函数有：启动底层服

务方法StartServer、停止服务方法 StopServer、向DTU发送

数据DoSendUserData、DTU数据上报事件 GetDTUData。

由以上函数编写的监控中心软件界面如图7所示，输入相应

的通信串口，应用软件就会自动被接入网络中的数据终端检

测到，数据终端检测到运行应用软件的服务器之后就会与服

务器建立联系，应用软件将本服务器信息和数据终端反馈信

息显示在列表框中，用户ID号码可以使操作员选择需要传

输数据的数据终端，实现多点控制。数据终端接收到服务器

发送的指令之后自动向下位机传送控制指令信息，下位机的

主控单片机接收数据终端的指令信息后，根据事先规定好的

指令编码对外部设备进行相应的操作。四个方向键根据功能

选择进行指令编码发送控制。

4.3 AD转换程序片段

在太阳能充电控制、机器人电量采集、光线数据采集等

多处地方都要用到AD转换，下面是AD转换配置程序片段。 void ADC_Power_On()

//AD转换开关

{ ADC_CONTR|=0x80;

delay(5);

}

void get_ad_result() //获取AD转换10次的平均值

{ int i,q=0;

for(i=0;i<10;i++)

{ tp=0;

ADC_DATA=0; //高八位数据清零

ADC_LOW2=0; //低两位清零

ADC_CONTR|=0x08; //启动AD转换

while(!tp) //判断AD转换是否完成

{ tp=0x10;

tp&=ADC_CONTR;

}

ADC_CONTR&=0xe7;

ad_average_result=ADC_DATA;

第 4 页 共 5 页 图7 监控中心软件界面 Fig.7 Monitor center software interface //必要的延时 [6，7]图6 系统软件流程图 Fig.6 Flow chart of system software

q=q+ad_average_result;

}

ad_average_result=（unsigned int）q/10;

}

5 研制结果

按以上思路研制的机器人样机的基本性能指标为：太阳能自动跟踪部分的跟踪角度大于30度；采用7AH的动力电池时机器人充满电运行时间大于60分钟；在GPRS网络覆盖范围内遥控信号均能准确到达；无线视音频传输距离大于1Km，开阔无障碍环境大于3Km；超声波测距距离大于2m（分辨力为1cm）；热释红外传感器检测距离大于8m；CCD摄像头水平扫描范围大于340度等。

通过对机器人的反复测试证明利用GPRS进行遥控控制，具有地域广、距离远等优势，且传输信道具有高可靠性，计费方式也很灵活，但由于GPRS网络有一定的网络延时，所以遥控的流畅性还不够，可选用实时性更强的网络实现遥控功能，并且视音频传输系统也可以根据实际要求选择更好的传输方式。为了进一步提高机器人的自动控制能力，可为其增加GPS导航、图像识别等先进的测感功能等。

参考文献：

[1] Lee S S,Williams J H.A fast tracking error control method for an autonomous mobile robot[J].Robotic,1993,11:209-215.

[2] 郝卫东，陈亮，曹德新.基于嵌入式技术的智能机器人系统研究[J].电子技术应用.2009,2:30-34.

[3] 李剑锋，原魁，王永玲，邹伟.一种低成本高性能的巡逻保安机器人[J].高技术通讯.2007,17（8）:814-818.

[4] Zoran Salcic,Asim Smailagic.DIGITAL SYSTEMS DESIGN AND PROTOTYPING USING FIELD PROGRAMMABLE LOGIC[M].KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS,1999.38-77.

[5]孙敏，顾德英，汪晋宽，基于OPC技术的监控组态程序的开发[J]，仪器仪表学报(增刊)，2003.8

[6]Shivendra S.Panwar,Shiwen Mao,(美)Jeong-dong Ryoo,Yihan Li .TCP/IP Essentials:A Lab-Based Approach 北京:人民邮电出版社,2006.12

[7]关光富，计算机机房环境设备监控系统与设计分析[J]，电工技术杂志，2004.2

资助项目：国家自然科学重大基金项目10890095，广东省工业攻关计划（2005B10101042）、广东省高等教育教学改革项目BKJGYB2008096，东莞理工学院2009年精品课程建设项目。

作者简介：

黄海明，男，1985年2月生，汉族，广东茂名人，本科生，主要研究方向自动控制、机器人等。

杨 雷，男，1964年4月生，教授，河南南阳人，教授，主要研究方向为机器人、测控系统等。

宋 跃，男，1963年9月生，汉族，湖南邵阳人，教授，主要研究方向为电路与系统、电测仪器仪表等。

通讯地址： 523808 广东省东莞松山湖 东莞理工学院电子工程学院 宋跃 黄海明

联系电话：13790351992（宋跃手机） 15899681210（黄海明手机）

电子邮箱：eda815@163.com（宋跃E-mail） haiminghuang2002@yahoo.com.cn（黄海明E-mail）

第 5 页 共 5 页

小学作文