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【摘 要】本文阐述了巡检机器人系统是由机器人移动本体、自动控制系统和检测系统组成，研究了其基于不同传感器技术的各种引导方式，并对其优缺点进行比较，设计了一套支持AGV技术的从路径规划、流程设计、系统仿真到项目实施全过程的解决方案。
【关键词】AGV技术 巡检机器人本体 导引方式
AGV是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。在国内电力领域已经开始研制变电站自动巡检机器人，这种机器人系统一般主要有移动机器人本体、自动控制系统、信息检测系统等部分。其采用了GPS定位、光码盘校正定位、激光雷达扫描、路径跟踪技术、本体控制技术、临场感应遥控辅助、无线通信局域网和物联网等技术划分出相应的子系统模块，实现了自控机器人在变电站现场自主巡检的功能。机器人本体能够携带多种仪器和传感器，以自主或遥控的方式，代替人对室外高压设备进行巡测，及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题如：异物、损伤、发热、漏油等，诊断电力设备运行中的事故隐患和故障先兆，对设备热缺陷，声音异常、移动目标、人与动物闯入，烟雾能自动判断和报警，以便及时采取措施消除事故隐患。AGV 的导引技术是AGV 控制的核心技术，它决定了AGV 的导引方式。AGV 导引方式按导引线路的形式主要分固定路径导引和自由路径导引两大类。固定路径导引是在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV 通过车体上的传感器检测出它的信息而得到导引。具体的线路可以是电磁感应方式中的导引电缆、机械方式中的轨道、磁导引方式中的磁条及光导引方式中的反光带等。自由路径导引方式是指AGV 上存储着布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位，自主地决定行驶路径。自由路径导引方式主要有惯性导引、信标定位、位姿积算及计算机视觉等几种。
一、导引方式
（一）电磁导引方式。利用电磁感应的原理，在沿运行线路的地面上设置一条寬约8mm、深约20mm 的浅沟，浅沟中敷设导线，馈以5-30kHz 的交变电流，以形成沿导线扩展的交变电磁场，车上的捡拾传感器接收此信号，并根据信号场强度的判断使车辆正确地沿埋线跟踪导向运行。电磁导向有单频制导向和多频制导向两种方式。单频制方式是在整个线路上均提供单一频率振荡电磁信号，通过接通或断开各线路段的馈送电流来规定运行线路，引导车辆运行。这种导向方式要求有集中的控制站，并在各线路交叉和分支处装设传感标志（如磁铁等）和分支线段的通断接口。多频制方式是线路中每个环线或分支线都设置自己的线路频率，分别由不同频率的振荡器来馈电。
（二）光学控制带导引方式。光学导向系统有识别式和反射式两种。它是在线路上敷设一种具有稳定反光率的专门漆带。导向车上装备有发射和接收功能的红外光源，用以照射漆带，同时还设有接收反射光的光电传感器，均匀分布在漆带及两侧位置上，通过对由传感器检测到的光信号进行比较计算，调整小车的运动方向，从而达到导向运行的目的。
（三）激光测距与测角导引方式。该方法的主要特点是在AGV 行走空间的特定位置处，布置一批激光光束的反射镜模型计算AGV 的位置，实现引导。AGV 行驶过程中，车上的激光扫描头不断地扫描周围环境，当扫描到行驶路径周围预先垂直设定好的反射板时，即“看见”了“路标”。只要扫描到三个或三个以上的反射板，即可根据它们的坐标值，以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角，由定位计算机算出AGV 当前在全局坐标系中的X 、Y 坐标，距离和当前行驶方向与该坐标系X 轴的夹角，实现准确定位和定向。该导引方法的特点是，当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后，AGV 导引与定位精度十分高，地面无需其他辅助定位，且路径灵活，适合多种环境。
（四）超声波制导方式。该方法类似于激光测量方法，不同之处在于不需要设置专门的反射镜面，而是利用一般的墙面或类似物体就能进行引导，因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的方案。
（五） 磁导引方式。这种方式和电磁导引比较类似，只是把导引线换成磁条。
（六） 视觉导引方式。视觉导引是通过CCD 摄像机生成AGV 周围场景的图象，与计算机系统中存储的环境地图进行特征匹配，从而可以确定出车体的当前位姿。
（七） GPS导引方式。GPS导引方式通过全球定位系统对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导。
AGV有以上多种制导原理，其中，工厂AGV 大多采用电磁制导，而激光、视觉导航具有引导柔性好、工作可靠和智能化水平高的特点，已成为技术先进、性能优越AGV 的发展趋势。实验室一般采用光学制导，其运行范围大，运行精度高，地面费用低，但要求工作环境清洁，不适于工作条件比较恶劣的环境。
二、系统构成和意义
AGV控制系统中的三个主要技术：导航、路径规划和导引控制。为了能够解决好这些问题，控制系统分为地面（上位）控制系统、车载（单机）控制系统及导航/导引系统，其中，地面控制系统指AGV系统的固定设备，主要负责任务分配，车辆调度，路径（线）管理，交通管理，自动充电等功能；车载控制系统在收到上位系统的指令后，负责AGV的导航计算，导引实现，车辆行走，装卸操作等功能；导航/导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向等。该系统的研制将大大降低电厂变电站相关工作人员的劳动强度，能在第一时间监测和发现安全隐患，对突发事故能第一时间响应并处置，从而避免或降低事故风险。
参考文献：
[1]叶菁.磁导式AGV控制系统设计与研究[D]武汉理工大学 ， 2006 .
[2]徐海贵， 王春香， 杨汝清， 杨明. 磁传感系统在室外移动机器人导航中的研究[J]. 机器人 ， 2007，29（1）：61-66
[3]徐海贵， 王春香， 杨汝清， 杨明. 磁传感系统在室外移动机器人导航中的研究[J]. 机器人 ， 2007，29（1）：61-66
[4]Kinmura I ，Tang J ， li D ， et al. Remote Control of Guide and Carry Robot for Hospital Use. Proc 9th Ann Conf of Robotics Soc of Japan ，1991. 343～346.
【关键词】AGV技术 巡检机器人本体 导引方式
AGV是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。在国内电力领域已经开始研制变电站自动巡检机器人，这种机器人系统一般主要有移动机器人本体、自动控制系统、信息检测系统等部分。其采用了GPS定位、光码盘校正定位、激光雷达扫描、路径跟踪技术、本体控制技术、临场感应遥控辅助、无线通信局域网和物联网等技术划分出相应的子系统模块，实现了自控机器人在变电站现场自主巡检的功能。机器人本体能够携带多种仪器和传感器，以自主或遥控的方式，代替人对室外高压设备进行巡测，及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题如：异物、损伤、发热、漏油等，诊断电力设备运行中的事故隐患和故障先兆，对设备热缺陷，声音异常、移动目标、人与动物闯入，烟雾能自动判断和报警，以便及时采取措施消除事故隐患。AGV 的导引技术是AGV 控制的核心技术，它决定了AGV 的导引方式。AGV 导引方式按导引线路的形式主要分固定路径导引和自由路径导引两大类。固定路径导引是在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV 通过车体上的传感器检测出它的信息而得到导引。具体的线路可以是电磁感应方式中的导引电缆、机械方式中的轨道、磁导引方式中的磁条及光导引方式中的反光带等。自由路径导引方式是指AGV 上存储着布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位，自主地决定行驶路径。自由路径导引方式主要有惯性导引、信标定位、位姿积算及计算机视觉等几种。
一、导引方式
（一）电磁导引方式。利用电磁感应的原理，在沿运行线路的地面上设置一条寬约8mm、深约20mm 的浅沟，浅沟中敷设导线，馈以5-30kHz 的交变电流，以形成沿导线扩展的交变电磁场，车上的捡拾传感器接收此信号，并根据信号场强度的判断使车辆正确地沿埋线跟踪导向运行。电磁导向有单频制导向和多频制导向两种方式。单频制方式是在整个线路上均提供单一频率振荡电磁信号，通过接通或断开各线路段的馈送电流来规定运行线路，引导车辆运行。这种导向方式要求有集中的控制站，并在各线路交叉和分支处装设传感标志（如磁铁等）和分支线段的通断接口。多频制方式是线路中每个环线或分支线都设置自己的线路频率，分别由不同频率的振荡器来馈电。
（二）光学控制带导引方式。光学导向系统有识别式和反射式两种。它是在线路上敷设一种具有稳定反光率的专门漆带。导向车上装备有发射和接收功能的红外光源，用以照射漆带，同时还设有接收反射光的光电传感器，均匀分布在漆带及两侧位置上，通过对由传感器检测到的光信号进行比较计算，调整小车的运动方向，从而达到导向运行的目的。
（三）激光测距与测角导引方式。该方法的主要特点是在AGV 行走空间的特定位置处，布置一批激光光束的反射镜模型计算AGV 的位置，实现引导。AGV 行驶过程中，车上的激光扫描头不断地扫描周围环境，当扫描到行驶路径周围预先垂直设定好的反射板时，即“看见”了“路标”。只要扫描到三个或三个以上的反射板，即可根据它们的坐标值，以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角，由定位计算机算出AGV 当前在全局坐标系中的X 、Y 坐标，距离和当前行驶方向与该坐标系X 轴的夹角，实现准确定位和定向。该导引方法的特点是，当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后，AGV 导引与定位精度十分高，地面无需其他辅助定位，且路径灵活，适合多种环境。
（四）超声波制导方式。该方法类似于激光测量方法，不同之处在于不需要设置专门的反射镜面，而是利用一般的墙面或类似物体就能进行引导，因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的方案。
（五） 磁导引方式。这种方式和电磁导引比较类似，只是把导引线换成磁条。
（六） 视觉导引方式。视觉导引是通过CCD 摄像机生成AGV 周围场景的图象，与计算机系统中存储的环境地图进行特征匹配，从而可以确定出车体的当前位姿。
（七） GPS导引方式。GPS导引方式通过全球定位系统对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导。
AGV有以上多种制导原理，其中，工厂AGV 大多采用电磁制导，而激光、视觉导航具有引导柔性好、工作可靠和智能化水平高的特点，已成为技术先进、性能优越AGV 的发展趋势。实验室一般采用光学制导，其运行范围大，运行精度高，地面费用低，但要求工作环境清洁，不适于工作条件比较恶劣的环境。
二、系统构成和意义
AGV控制系统中的三个主要技术：导航、路径规划和导引控制。为了能够解决好这些问题，控制系统分为地面（上位）控制系统、车载（单机）控制系统及导航/导引系统，其中，地面控制系统指AGV系统的固定设备，主要负责任务分配，车辆调度，路径（线）管理，交通管理，自动充电等功能；车载控制系统在收到上位系统的指令后，负责AGV的导航计算，导引实现，车辆行走，装卸操作等功能；导航/导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向等。该系统的研制将大大降低电厂变电站相关工作人员的劳动强度，能在第一时间监测和发现安全隐患，对突发事故能第一时间响应并处置，从而避免或降低事故风险。
参考文献：
[1]叶菁.磁导式AGV控制系统设计与研究[D]武汉理工大学 ， 2006 .
[2]徐海贵， 王春香， 杨汝清， 杨明. 磁传感系统在室外移动机器人导航中的研究[J]. 机器人 ， 2007，29（1）：61-66
[3]徐海贵， 王春香， 杨汝清， 杨明. 磁传感系统在室外移动机器人导航中的研究[J]. 机器人 ， 2007，29（1）：61-66
[4]Kinmura I ，Tang J ， li D ， et al. Remote Control of Guide and Carry Robot for Hospital Use. Proc 9th Ann Conf of Robotics Soc of Japan ，1991. 343～346.