地鐵站機房智能巡檢機器人系統(tǒng)設計與應用

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1、地鐵站機房智能巡檢機器人系統(tǒng)設計與應用 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，提升運營水平已成為主要趨勢。本文首先分析地鐵站機房智能巡檢機器人系統(tǒng)的方案設計，然后探討系統(tǒng)硬件電路設計和系統(tǒng)軟件設計，以期為地鐵站機房智能巡檢機器人系統(tǒng)的應用提供參考。 關鍵詞：智能巡檢機器人;地鐵機房;磁導航系統(tǒng);模塊化設計 中圖分類號：TP242;TP308文獻標識碼：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、機房等采用724h專人值守的方式，工作人員需按時巡查機房根底設施，并對根底運行數(shù)據(jù)進行檢查核對分析。這種耗時費力的方式，導致工作效率低下，巡檢標準化程度也相對難以得到保證。機房設備數(shù)量大、類型多，需要巡檢人員具有相當?shù)膶I(yè)知識背景，新進人員必然需要相當?shù)臅r間進行培訓和實習，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，引進智能巡檢機器人必將成為解決這一問題的最正確方案。 應用于鐵路及地鐵站室內(nèi)工作區(qū)〔機房、繼電柜室、配電室及配電所等〕的巡檢機器人：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合技術的機頭;采用全模塊化高封閉式機器人，無需維護，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;可以對機房各類數(shù)據(jù)分別搜集并集中處理，定期對各種設備儀表進行巡檢，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、檢測不仔細等情況，從而實現(xiàn)機房管理自動化。 這些看似簡單的功能，想要通過機器人全部完美實現(xiàn)

6、并沒有想象中那么簡單。而相對地鐵機房工作的特殊要求，機器人需要進行更復雜、更精細的工作。比方，機器人需要在結構復雜的機房中自如穿行，并到達一定的移動速度，機房工作人員往來，通道寬度有限，機器人需要對運動物體有良好的避障能力【1】。 2系統(tǒng)方案設計 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)的機器人〔自動/手動遙控〕巡檢任務。配置1～2臺巡檢AGV和1套自動充電樁，巡檢AGV機器可每天自動巡檢并將巡檢情況報送至上位機，也可手動控制AGV巡檢機器人去檢查某個位置的繼電器柜工作情況。AGV巡檢機器人配置可升降攝像裝置，當需要檢查對面電器柜工作情況時，機器人攝像裝置自動旋轉(zhuǎn)一定角度實

7、現(xiàn)拍攝功能。機器人磁軌路徑規(guī)劃見圖1。 該繼電器智能巡檢機器人對繼電器柜室內(nèi)外設備進行自主巡檢與數(shù)據(jù)采集;機器人室便于為機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)的分析處理及預警、告警等功能;通過遠程集控后臺實現(xiàn)系統(tǒng)遠程集控管理。 3系統(tǒng)硬件電路設計 對智能循跡機器人系統(tǒng)進行模塊劃分，將系統(tǒng)分為主控系統(tǒng)、電機驅(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，對各個模塊進行器件選型及相應的硬件電路設計。 其中，電機驅(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可以到達漢明間距〔HammingDistanz〕為6，能檢測報文里多達5個隨機引入的位錯誤及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。 作為智能機器人“眼睛〞的圖像采集模塊，關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)字攝像頭直接輸出數(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穩(wěn)壓器，并具有完善的保護電路、電流限制、熱關斷電路，輸出電壓穩(wěn)定。 設計完成的智能車整體實物如圖2所示。 4系統(tǒng)軟件設計 控制策略是智能機器人設計的核心內(nèi)容。假設智能機器人的運行速度過快，那么會導致智能機器人來不及反應而沖出軌道。通過參加速度控制單元，使機器人的運行速度和運行狀態(tài)得以控制。假設機器人發(fā)現(xiàn)有彎道，那么會減速運行，如智能機器人向左偏離軌道，那么控制左側電機轉(zhuǎn)速下降，直到機器人直線行駛。 磁導航是一項應用性非常好的技術，主要通過測量路徑上的磁場信號來獲取車輛自身相對

10、于目標跟蹤路徑之間的位置偏差，從而實現(xiàn)車輛的控制及導航。磁導航具有很高的測量精度及良好的重復性，磁導航不易受光線變化等的影響。在運行過程中，磁傳感系統(tǒng)具有較高的可靠性和魯棒性。磁條一旦鋪設好后，維護費用非常低，使用壽命長，且增設、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，主要為了防止機器人之間、機器人與周圍物體以及機器人與人之間的碰撞，是確保機器人平安運行的重要系統(tǒng)。 警示裝置包括警示燈和警示蜂鳴器，用以提醒應用現(xiàn)場的人們及時發(fā)現(xiàn)正在靠近的機器人并采取相應的措施。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器人的運行，為便于緊急情況下操作，磁導航小車在地面控制中心、小車車用遙控器和小車車身兩側設置紅色的急停按鈕。當緊急停止按鈕按下后，機器人切斷一切設備的動力供給，啟動制動器并報警，在排除緊急停止原因之前機器人維持停止狀態(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1.8m高度內(nèi)對稱擺放的電器柜巡檢。智能巡檢機器人成品圖見圖4。 所有故障信息發(fā)生時間及試驗進程的歷史記錄

12、可在計算機上查詢;軟件設置具備工程密碼，需要專業(yè)人員可進入。巡檢點ID，即在地圖中設置的機器人工作站點，一個巡檢點包含多個監(jiān)視點。 “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ID、儀表類型、巡檢時間篩選出對應的數(shù)據(jù)，也可根據(jù)需求進行打印，導出Excel表格和PDF文檔。 ②曲線圖：曲線顯示局部以每個巡檢點為主鍵，顯示每個巡檢點下的監(jiān)視點數(shù)據(jù)。巡檢時間為橫軸，監(jiān)測數(shù)值為縱軸。 5結語 地鐵各類機房機器煩瑣，各種儀表數(shù)

13、量頗多，加之準確率、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，需要其有相應的工作經(jīng)驗及責任感，且需要多人24h不間斷輪流巡查，各項本錢也相應較高。而應用于鐵路及地鐵站室內(nèi)工作區(qū)〔機房、繼電柜室、配電室、配電所等〕的巡檢機器人：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合技術的機頭;采用全模塊化高封閉式機器人，無需維護，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模塊，簡單快捷高效，且可以自由添加開發(fā)各種新功能;機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)提高準確率和排查率，從而進一

14、步確保地鐵系統(tǒng)的平安運營。 在今后的開展過程中，要為機器人執(zhí)行模塊添加更多新功能，如在巡檢過程中，使機器人實時感知機房內(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只能操作一臺機器人的限制，可以一臺主機同時監(jiān)控超過20臺巡視機器人，可同時在該主機上對其所控制的所有巡查機器人進行信息錄入與問題篩檢。不斷改進和強化機器人巡查系統(tǒng)，使其替代人工巡查，將是未來地鐵機房巡查的必然趨勢。未來地鐵運營業(yè)將因此更加平安可靠。 參考文獻： 【1】劉順明.機房低壓供配電系統(tǒng)的可靠性設計[J].中國金融電腦，2021〔3〕：84-88.