基于PC104的架空高压线巡检机器人硬件平台的设计与实现

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定期对架空高压输电线路进行故障的检测与修复,是供电可靠性的基本保证。传统的人工目测法巡检效率和精度较低,直升机航测法也存在成本昂贵、精度不高的问题。架空高压线巡检机器人的研制给输电线路的维护和检测提供了崭新的概念,它将极大地改善检测的精度和效率,提高电力系统的自动化水平。   本文首先深刻剖析了巡线机器人的各项关键技术,回顾了国内外研究巡检机器人的成果与不足,确定了本文的研究重点--巡检机器人硬件平台的设计与实现。在详细分析巡线机器人运行过程与作业任务的基础上,进一步明确了机器人硬件平台的设计要求,并从实际应用角度出发,提出了切实可行的硬件平台设计方案。该硬件平台设计方案采用模块化的设计思想,以嵌入式PC104计算机作为系统核心,将整个硬件平台分成功能上相对独立的模块--运动控制、数据采集、无线通讯等部分。PC104继承了台式PC机在软硬件开发上的优势和开放性的总线结构,同时,小尺寸、低功耗和堆栈式连接的特性使其满足嵌入式领域的应用要求。   针对本课题中自主研制的巡线机器人机械结构,本文相应的设计了能灵活协调多自由度的运动控制系统,根据PC104总线特征扩展了基于CPLD的运动控制卡,并提供了丰富的运动控制函数库,方便巡检机器人软件系统的开发。同时,为了配合巡线机器人识别障碍物、执行越障和检测线路故障的需要,以CCD摄像系统、热电堆探测器、加速度传感器、接近开关等组成巡检机器人的传感器系统,并自主设计了基于PC104总线的多通道数据采集卡及其驱动函数库。本文选用工业级的无线数据传输模块作为巡线机器人的无线通讯系统,并进行了巡线机器人远程控制越障试验的研究,验证了设计方案的实用性。本文设计的巡线机器人硬件平台不仅能满足系统功能需求,而且具有开发周期短、易于升级、可移植性强的显著优点。
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