地鐵站機(jī)房智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

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1、地鐵站機(jī)房智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 摘要：現(xiàn)今以IT平臺為依托，大數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過不斷完善管理和優(yōu)化程序，提升運(yùn)營水平已成為主要趨勢。本文首先分析地鐵站機(jī)房智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的方案設(shè)計，然后探討系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計，以期為地鐵站機(jī)房智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用提供參考。 關(guān)鍵詞：智能巡檢機(jī)器人;地鐵機(jī)房;磁導(dǎo)航系統(tǒng);模塊化設(shè)計 中圖分類號：TP242;TP308文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168〔2021〕32-0029-03 DesignandApplicationofIntelligentInspection RobotforSubwayStationRoom

2、 HOUNa 〔ChinaRailwaySevenBureauGroupElectricalEngineeringCo.，Ltd.，ZhengzhouHenan450000〕 Abstract：Nowadays，basedonITplatformandbigdata，ithasbecomethemaintrendtoimprovetheoperationlevelbyconstantlyimprovingmanagementandoptimizationprocedures.Firstly，thispaperanalysedtheschemedesignoftheintelligentp

3、atrolrobotsysteminthemachineroomoftheMetrostation，andthendiscussedthehardwarecircuitdesignandsoftwaredesignofthesystem，inordertoprovidereferencefortheapplicationoftheintelligentpatrolrobotsysteminthemachineroomoftheMetrostation. Keywords：intelligentpatrolrobot;subwayengineroom;magneticnavigationsys

4、tem;modulardesign 1研究背景 通常鐵路配電室、配電所、繼電柜室、機(jī)房等采用724h專人值守的方式，工作人員需按時巡查機(jī)房根底設(shè)施，并對根底運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查核對分析。這種耗時費(fèi)力的方式，導(dǎo)致工作效率低下，巡檢標(biāo)準(zhǔn)化程度也相對難以得到保證。機(jī)房設(shè)備數(shù)量大、類型多，需要巡檢人員具有相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識背景，新進(jìn)人員必然需要相當(dāng)?shù)臅r間進(jìn)行培訓(xùn)和實習(xí)，而地鐵站數(shù)量繁多且不斷增加，現(xiàn)有熟練工種數(shù)量往往跟不上高速開展的需求。而提高監(jiān)測手段、提升綜合管控效率，引進(jìn)智能巡檢機(jī)器人必將成為解決這一問題的最正確方案。 應(yīng)用于鐵路及地鐵站室內(nèi)工作區(qū)〔機(jī)房、繼電柜室、配電室及配電所等〕的巡檢機(jī)器人：擁

5、有可升降1.8區(qū)間并360任意水平角度旋轉(zhuǎn)的紅外熱成像和高清視頻雙視結(jié)合技術(shù)的機(jī)頭;采用全模塊化高封閉式機(jī)器人，無需維護(hù)，全自動化充電、自動化作業(yè)，出現(xiàn)問題部件可直接更換相應(yīng)模塊，簡單快捷高效，且可以自由添加開發(fā)各種新功能;能按照提前規(guī)劃的巡查線路自主行走;可以對機(jī)房各類數(shù)據(jù)分別搜集并集中處理，定期對各種設(shè)備儀表進(jìn)行巡檢，集中排查，發(fā)現(xiàn)故障后及時通知后端處理并記錄，也可以對接機(jī)房出入管理系統(tǒng)，局部替代人工隨工監(jiān)督。很多原本需要人工處理的工作，被智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)取代后，不但節(jié)省了人工本錢，還防止了漏檢、檢測不仔細(xì)等情況，從而實現(xiàn)機(jī)房管理自動化。 這些看似簡單的功能，想要通過機(jī)器人全部完美實現(xiàn)

6、并沒有想象中那么簡單。而相對地鐵機(jī)房工作的特殊要求，機(jī)器人需要進(jìn)行更復(fù)雜、更精細(xì)的工作。比方，機(jī)器人需要在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)房中自如穿行，并到達(dá)一定的移動速度，機(jī)房工作人員往來，通道寬度有限，機(jī)器人需要對運(yùn)動物體有良好的避障能力【1】。 2系統(tǒng)方案設(shè)計 此方案先期模擬規(guī)劃城際場信號繼電器區(qū)和京廣場信號繼電器區(qū)的機(jī)器人〔自動/手動遙控〕巡檢任務(wù)。配置1～2臺巡檢AGV和1套自動充電樁，巡檢AGV機(jī)器可每天自動巡檢并將巡檢情況報送至上位機(jī)，也可手動控制AGV巡檢機(jī)器人去檢查某個位置的繼電器柜工作情況。AGV巡檢機(jī)器人配置可升降攝像裝置，當(dāng)需要檢查對面電器柜工作情況時，機(jī)器人攝像裝置自動旋轉(zhuǎn)一定角度實

7、現(xiàn)拍攝功能。機(jī)器人磁軌路徑規(guī)劃見圖1。 該繼電器智能巡檢機(jī)器人對繼電器柜室內(nèi)外設(shè)備進(jìn)行自主巡檢與數(shù)據(jù)采集;機(jī)器人室便于為機(jī)器人提供充電及儲存;通過無線通信系統(tǒng)，將巡檢數(shù)據(jù)實時傳輸至本地監(jiān)控后臺，完成數(shù)據(jù)的分析處理及預(yù)警、告警等功能;通過遠(yuǎn)程集控后臺實現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程集控管理。 3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 對智能循跡機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，將系統(tǒng)分為主控系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動模塊、速度控制檢測模塊、電源管理模塊、圖像采集模塊、存儲及顯示模塊，對各個模塊進(jìn)行器件選型及相應(yīng)的硬件電路設(shè)計。 其中，電機(jī)驅(qū)動模塊選用德國MOTEC100W直流伺服+驅(qū)動器+CANopen通信。該直流電機(jī)驅(qū)動器件具有很高的集成度，能提供

8、足夠的輸出能力，同時在能耗和運(yùn)行性能方面具備良好的優(yōu)勢。CANopen通信的信號驅(qū)動具有諸多優(yōu)勢：①物理層非常穩(wěn)定;②數(shù)據(jù)鏈路層可靠，因為相比其他所有總線，只有CAN可以到達(dá)漢明間距〔HammingDistanz〕為6，能檢測報文里多達(dá)5個隨機(jī)引入的位錯誤及15位突發(fā)性錯誤;③靈活，兼容性高;④可互操作性高;⑤CAN產(chǎn)品尺寸小，節(jié)省空間;⑥支持冗余備用。 作為智能機(jī)器人“眼睛〞的圖像采集模塊，關(guān)鍵作用是要獲取更多質(zhì)量好的路況信息。 數(shù)字圖像采集方法是利用大分辨率數(shù)字?jǐn)z像頭直接輸出數(shù)字信號，直接讀取傳感器的數(shù)字輸出。 電源電路模塊的設(shè)計對整塊電路的供電是否穩(wěn)定起著決定性作用，除了要分別為各

9、個電路提供穩(wěn)定的電源電壓外，同時也需要防止受到自身電路和其他電路的噪聲干擾和電磁干擾。含固定頻率振蕩器和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，并具有完善的保護(hù)電路、電流限制、熱關(guān)斷電路，輸出電壓穩(wěn)定。 設(shè)計完成的智能車整體實物如圖2所示。 4系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制策略是智能機(jī)器人設(shè)計的核心內(nèi)容。假設(shè)智能機(jī)器人的運(yùn)行速度過快，那么會導(dǎo)致智能機(jī)器人來不及反應(yīng)而沖出軌道。通過參加速度控制單元，使機(jī)器人的運(yùn)行速度和運(yùn)行狀態(tài)得以控制。假設(shè)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)有彎道，那么會減速運(yùn)行，如智能機(jī)器人向左偏離軌道，那么控制左側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，直到機(jī)器人直線行駛。 磁導(dǎo)航是一項應(yīng)用性非常好的技術(shù)，主要通過測量路徑上的磁場信號來獲取車輛自身相對

10、于目標(biāo)跟蹤路徑之間的位置偏差，從而實現(xiàn)車輛的控制及導(dǎo)航。磁導(dǎo)航具有很高的測量精度及良好的重復(fù)性，磁導(dǎo)航不易受光線變化等的影響。在運(yùn)行過程中，磁傳感系統(tǒng)具有較高的可靠性和魯棒性。磁條一旦鋪設(shè)好后，維護(hù)費(fèi)用非常低，使用壽命長，且增設(shè)、變更路徑較容易。 系統(tǒng)整體軟件流程如圖3所示。 平安輔助單元主要包括障礙物接觸緩沖器、接近監(jiān)測裝置、警示裝置、緊急停止按鈕，主要為了防止機(jī)器人之間、機(jī)器人與周圍物體以及機(jī)器人與人之間的碰撞，是確保機(jī)器人平安運(yùn)行的重要系統(tǒng)。 警示裝置包括警示燈和警示蜂鳴器，用以提醒應(yīng)用現(xiàn)場的人們及時發(fā)現(xiàn)正在靠近的機(jī)器人并采取相應(yīng)的措施。操作位置及檢修位置均配置緊急停止按鈕。緊急停

11、止按鈕用以在緊急情況下中斷機(jī)器人的運(yùn)行，為便于緊急情況下操作，磁導(dǎo)航小車在地面控制中心、小車車用遙控器和小車車身兩側(cè)設(shè)置紅色的急停按鈕。當(dāng)緊急停止按鈕按下后，機(jī)器人切斷一切設(shè)備的動力供給，啟動制動器并報警，在排除緊急停止原因之前機(jī)器人維持停止?fàn)顟B(tài)。 頭部成像端部具有自動升降功能，可升降最大高度1.8m，可檢測最高位置2.2m，旋轉(zhuǎn)360;還具有端部旋轉(zhuǎn)功能：根據(jù)現(xiàn)場需要檢測對面電器柜式，端部檢測裝置可旋轉(zhuǎn)360實現(xiàn)水平任意角度的檢測。根據(jù)現(xiàn)場需要，攝像頭端部可升降，可旋轉(zhuǎn)，適應(yīng)1.8m高度內(nèi)對稱擺放的電器柜巡檢。智能巡檢機(jī)器人成品圖見圖4。 所有故障信息發(fā)生時間及試驗進(jìn)程的歷史記錄

12、可在計算機(jī)上查詢;軟件設(shè)置具備工程密碼，需要專業(yè)人員可進(jìn)入。巡檢點(diǎn)ID，即在地圖中設(shè)置的機(jī)器人工作站點(diǎn)，一個巡檢點(diǎn)包含多個監(jiān)視點(diǎn)。 “巡檢統(tǒng)計〞模塊分為“數(shù)據(jù)統(tǒng)計〞和“曲線圖〞兩個界面。 ①數(shù)據(jù)統(tǒng)計：數(shù)據(jù)統(tǒng)計局部以每個儀表名稱〔監(jiān)視點(diǎn)ID〕為主鍵，包括巡檢時間、監(jiān)測數(shù)值、儀表屬性〔量程，類型〕、云臺拍攝的圖片路徑。 篩選功能：用戶可根據(jù)監(jiān)視點(diǎn)ID、儀表類型、巡檢時間篩選出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，也可根據(jù)需求進(jìn)行打印，導(dǎo)出Excel表格和PDF文檔。 ②曲線圖：曲線顯示局部以每個巡檢點(diǎn)為主鍵，顯示每個巡檢點(diǎn)下的監(jiān)視點(diǎn)數(shù)據(jù)。巡檢時間為橫軸，監(jiān)測數(shù)值為縱軸。 5結(jié)語 地鐵各類機(jī)房機(jī)器煩瑣，各種儀表數(shù)

13、量頗多，加之準(zhǔn)確率、排查率和平安性要求極高，人工巡查很難保證完全不出錯漏，而且對巡檢人員職業(yè)知識和專業(yè)性要求很高，需要其有相應(yīng)的工作經(jīng)驗及責(zé)任感，且需要多人24h不間斷輪流巡查，各項本錢也相應(yīng)較高。而應(yīng)用于鐵路及地鐵站室內(nèi)工作區(qū)〔機(jī)房、繼電柜室、配電室、配電所等〕的巡檢機(jī)器人：擁有可升降1.8區(qū)間且360任意水平角度旋轉(zhuǎn)的紅外熱成像和高清視頻雙視結(jié)合技術(shù)的機(jī)頭;采用全模塊化高封閉式機(jī)器人，無需維護(hù)，全自動化充電、自動化作業(yè)，對出現(xiàn)問題的部件可直接更換相應(yīng)模塊，簡單快捷高效，且可以自由添加開發(fā)各種新功能;機(jī)器人替代人工巡查既可以大大降低各項本錢，也能通過各項功能和系統(tǒng)提高準(zhǔn)確率和排查率，從而進(jìn)一

14、步確保地鐵系統(tǒng)的平安運(yùn)營。 在今后的開展過程中，要為機(jī)器人執(zhí)行模塊添加更多新功能，如在巡檢過程中，使機(jī)器人實時感知機(jī)房內(nèi)的溫濕度，并能很“聰明〞地將數(shù)據(jù)分析消化，然后自動繪制出熱能分布圖和濕度分布圖。 此外，未來更會突破每臺主機(jī)只能操作一臺機(jī)器人的限制，可以一臺主機(jī)同時監(jiān)控超過20臺巡視機(jī)器人，可同時在該主機(jī)上對其所控制的所有巡查機(jī)器人進(jìn)行信息錄入與問題篩檢。不斷改進(jìn)和強(qiáng)化機(jī)器人巡查系統(tǒng)，使其替代人工巡查，將是未來地鐵機(jī)房巡查的必然趨勢。未來地鐵運(yùn)營業(yè)將因此更加平安可靠。 參考文獻(xiàn)： 【1】劉順明.機(jī)房低壓供配電系統(tǒng)的可靠性設(shè)計[J].中國金融電腦，2021〔3〕：84-88.