一种变电站智能巡视机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种变电站智能巡视机器人。
【背景技术】
[0002]长期以来，我国电力行业沿用的变电站设备人工巡检作业方式，在高压、超高压环境下，不仅对人身危害大，而且对电网安全运行带来一定隐患。变电站设备巡视机器人可代替人工完成变电站设备的巡视工作，巡视机器人可以根据预先设定的任务指令或工作人员在基站的任务操作，自动导航、定位和路径规划，对设备进行巡视。工作人员只需通过后台基站计算机接收到的实时数据、图像等信息，即可了解变电站设备的工作情况。变电站设备巡检机器人导航定位系统是实现设备巡检工作的关键技术之一。GPS导航定位精度高，单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。但是GPS系统不足之处是:GPS接收机的工作受到变电站高压电场和强磁场干扰，以及当地地形和周围建筑物等因素的影响，存在受环境因素影响较大，抗干扰能力低，盲区较多，灵敏度低，安装复杂，费用较高等缺陷，严重制约着变电站巡检机器人的实用性和可靠性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种变电站智能巡视机器人，旨在解决GPS定位过程中受地形和周围建筑物等因素的影响，存在受环境因素影响较大，抗干扰能力低，盲区较多，灵敏度低，安装复杂，费用较高等缺陷，严重制约着变电站巡检机器人的实用性和可靠性的问题。
[0004]本发明是这样实现的，该一种变电站智能巡视机器人包括:单片机、GPS模块、电子罗盘模块、激光测距模块、超声波模块、传感器模块、摄像模块、驱动模块、通信模块、遥控模块、报警模块、电源模块；
[0005]单片机用于数据的运算和处理，进行信息通讯和指令的发送；GPS模块与单片机相连接，用于机器人的定位；电子罗盘模块与单片机相连接，用于读取机器人小车运行方向；激光测距模块与单片机相连接，用于检测机器人与设备之间的距离；超声波模块与单片机相连接，用于探测到机器人运动过程中的有关障碍物的信息发送给单片机；传感器模块与单片机相连接，用于在变电站巡视的过程中检测火灾信息，将检测到的火灾报警信号传送到单片机；摄像模块与单片机相连接，安装在机器人上端，检测机器人周围的图像信息，并将图像信息传送到单片机；驱动模块与单片机相连接，用于接收单片机发送运行的信号，驱动直流电机控制机器人进行巡视；遥控模块与单片机相连接，用于控制驱动模块按照设定的轨迹运行；报警模块与单片机相连接，用于接收单片机发出的信号，产生声光报警信息；通信模块与单片机相连接，用于将单片机检测到的数据信号和产生的报警信息传输到监控终端；电源模块与单片机相连接，用于为单片机提供电力供应。
[0006]本发明还采取如下技术措施:
[0007]所述的单片机为Atmegal28单片机。
[0008]所述的GPS模块包括4个GPS定位器和I台计算机，4个GPS定位器的相对位置固定且已知，它们安装在机器人上，并且与计算机相连接，GPS定位器接收internet发送相关协议命令，并进行卫星定位；GPS定位器中安装有GPS芯片，GPS芯片由一块数字信号处理电路、一块射频集成电路和标准嵌入式软件构成；计算机将4个GPS定位器观测得到的坐标值转换为空间直角坐标，并将其作为坐标初始值，采用自由网平差方法进行平差解算，得到精确的坐标。
[0009]所述的电子罗盘模块包括:二维GMR传感器，二维GMR传感器通过滤波器连接MCU单元，MCU单元设有Δ - Σ A/D转换模块；滤波器为低通滤波器，MCU单元连接接口电平转换丰旲块。
[0010]所述的激光测距模块包括频率算法模块、定位光源、定位终端；频率算法模块用于检测定位光源发射的不同调制频率的激光，根据激光频率和需定位区域位置坐标的对应关系确定定位终端的位置，实现定位；定位光源，用于产生和发射被调制到不同频率上的激光阵列，通过在已标定坐标的需定位区域上投影大小相同的圆形光斑实现对定位区域添加频率标签，供定位终端检测和处理；定位终端，用于接收由定位光源发射的不同频率的激光，在对进行滤光、光电转换和A/D转换后利用频率标签算法得出定位终端的位置信息并显不O
[0011]所述的超声波模块包括:超声波发送电路和超声波接收电路，超声波发送电路包括三极管、RS232芯片以及超声波换能器，三极管的基极连接外设的GP1接口，三极管的集电极连接RS232的电源接口，RS232的输出端连接超声波换能器的输入端；所述超声波接收电路包括超声波换能器、程控运算放大器和比较器，所述超声波换能器的输出端连接程控运算放大器的输入端，程控运算放大器的输出端连接比较器的输入端，比较器的输出端连接外设的控制单元；所述程控运算放大器包括双运放和数字电位器，数字电位器的输出端连接外设的控制单元控制器的GP1接口，数字电位器的高低电位端分别与双运放的两个运算放大器的输出端连接，所述双运放采用TS461，数字电位器采用MAX5467，比较器采用LMV331o
[0012]所述的传感器模块包括火焰传感器和烟雾传感器，火焰传感器和烟雾传感器分别设置在机器人的四个角部，每个角部设置I个火焰传感器和I个烟雾传感器，分为四个方向，通过对火焰和烟雾的检测两种方式检测火灾。
[0013]所述的摄像模块采用CXD摄像机，CXD摄像机通过A/D转换器与单片机相连接，CXD
摄像机上安装有亮度调节器。
[0014]所述的驱动模块包括:数据获取方式模块、目标距离计算模块、起动门限计算模块、软停门限计算模块、起动控制模块；数据获取方式模块，用于获取设定的数据获取方式，并通过设定的数据获取方式获取仪表控制数据；目标距离计算模块与数据获取方式模块相连接，用于根据控制数据获取方式模块获取的控制数据，计算仪表指针到目标位置的距离值；起动门限计算模块与目标距离计算模块相连接，用于根据仪表目标距离计算模块计算的仪表指针到目标位置的距离值确定仪表起动门限参数值；软停门限计算模块与目标距离计算模块相连接，用于根据所述仪表目标距离计算模块计算的仪表指针到目标位置的距离值确定仪表软停门限参数值；起动控制模块与起动门限计算模块及软停门限计算模块相连接，用于以仪表起动力矩较大为特征，在起动过程中采用较大功率PWM输出控制及柔性的控制算法，计算出仪表指针实现精确平滑起动的驱动数据。
[0015]所述的电源模块由5V，2000mAh的锂电池供电组构成的UPS电源，电源模块包括:
[0016]用于将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出的电压转换模块；
[0017]与所述电压转换模块相连接，用于检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出的电压检测模块；
[0018]与所述电压检测模块相连接，用于接收所述电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号的主机控制模块；
[0019]与所述电压转换模块及主机控制模块相连接，用于进行充电及放电转换的充放电切换模块。
[0020]报警机器人通过遥控模块启动后，根据变电站的平面布置图绘制电子地图，建立坐标系，在坐标图中标示道路，杆/柱的坐标，包括经玮度和电气设备之间的距离，检测运行轨迹，将轨迹信息传递到单片机，由单片机发送运行信号给直流电机驱动模块，直流电机驱动模块控制机器人运动，机器人进行巡视工作时，读出所在位置的GPS数值，确定机器人在坐标系中的定位。二维GMR传感器感测磁场，相比其他传感器方案保证了精度同时可以有效提高响应速度降低功耗，△ - ΣΑ/D转换模块采用自主研发的校准算法，结合滤波优化处理，使得该罗盘具有较高的抗干扰能力，可以应用在干扰较大的环境中。根据电子罗盘模块读出罗盘的值，确定机器人小车车头方向；根据所述机器人的定位位置，通过摄像模块确定机器人在车头前方270°度范围内，从电子地图中选巡视范围，并将检测图像传送到控制终端，值班人员通过通信模块控制驱动模块在允许的范围内巡视。当机器人遇到障碍物时，超声波模块将探测到的有关障碍物的信息发送给单片机，由单片机重新确定能绕过障碍物的最近的运行轨迹，并向驱动模块发出指令，使直流电机驱动发出信号，控制传动系统按新的运行轨迹运动；当变电站内发生火灾灯灾害时，传感器模块将检测到的火灾信号发送给单片机，单片机将火灾信号处理后，将报警指令发送到报警模块，并通过通信模块向监控终端发出报警信息。电压转换模块将信号发生器的信号变为电压信号，并进行显示及输出，电压检测模块检测电压转换模块输出电压，并对获取的电压检测信号进行输出，主机控制模块接收电压检测模块输出的电压检测信号，并根据电压检测信号输出相应充放电控制信号，