机器人论文
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机器人论文
摘要：针对隧道巡检机器人巡检过程中环境密闭、强磁干扰、长距离传输、信号延迟、通信不稳定等问题设计了隧道巡检机器人通信系统，分别从网络通信及内部通信两方面设计了基于Labview的软件控制的网桥通信、以太网络通信与串口通信结合的隧道巡检机器人通信系统。有效解决了隧道巡检环境干扰问题，使通信更加快速，信号更加稳定，保障了隧道巡检机器人巡检过程信息交互的稳定与可靠。
关键词：隧道巡检机器人;通信系统;网络通信
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00
0引言
随着经济的发展，电缆发生故障引发的事故的几率也在相应地增加，为了保障电力电缆在地下隧道内的稳定安全运行，隧道巡检机器人孕育而生[2]。隧道巡检机器人具有可长时间不间断工作，保证了巡检过程中的实时可靠性，复杂环境中适用性等。隧道巡检机器人在进行巡检时需要与外界搭建可靠的通信，由于隧道区域空间狭小，存在拐角和岔口，加上内部有大量的电力电缆，构成了一种闭域空间环境，这些都将给隧道巡检机器人的通信带来严重困难，因此有必要对隧道巡检机器人的通信系统进行设计[1]。
1通信系统整体设计
通信系统分为网络通信和内部通信，其中网络通信为了避免因直角弯产生的信号延迟等问题，主要由两个部分组成分别为有线、无线传输[3]
由于隧道巡检系统的硬件结构可分为三层：上层-上位机、中层-微控制器、下层-用于执行的驱动单元和用于反馈的采集单元。因此隧道巡检机器人的通信系统流程图如图1所示，上层上位机与中层微控制器通过网络通信完成指令的传输及相应处理;中层微控制器与下层单元选用串口通信方式完成信息交互[4]。
2网络通信设计
通信系统中运用网络通信传输者着上层上位机和中层微控制器之间的指令，同时负责与机器人所携带的摄像头之间的画面反馈工作。因为隧道空间密闭同时存在强磁干扰，所以需要传输距离较长并且稳定的信号传输，为稳定完成通信任务，实现较长距离信号传输，为实现对机器人动作位置调整和实时监控等功能，设计了以网桥为中继的网络通信模式[6]。
网桥可以在较长的距离上正常工作，其主要在数据链路层工作，连接LAN的方法是不同的MAC地址發送帧[5]。由于考虑到在网络通信的过程中会有障碍物出现的可能，为降低对信号的影响将中继单元（网桥）放置在隧道内，与上位机的连接由于不需要移动所以选用了有线传输更加稳定。传输网桥有2.4G和5.8G两种型号传输方式，由于5.8G传输距离长、传输速率块、传输稳定等优势选用5.8G网桥进行信号传输。
上位机和微控制器及上位机和摄像头之间为单独通信，因为与上位机间的通信都需要通过双绞线形式进行连接并且在于机器人内部，并且稳定性能要求高，所以选择国电龙源电气路由器搭建网络，即能接入控制器进行指令传输，也能连接摄像头增加控制灵活性。具体参数如表1所示。
3串口通信设计
中层的微控制器与下层的电机及三个驱动器之间的信号通信采用的是串口通信模式，因为RS232应用简便、成本较低、通信质量稳定、应用领域广泛等特点所以设计选用了RS232串口协议通信方式。
RS232串行接口主要用于完成中层微控制器与下层部分模块之间的通信，选用的中层的微控制器与下层的驱动器上均有可以用于进行RS232通信的DB9串行接口。组网时应在发送线与地线之间连接一个10kΩ的电阻，为保障工作电路和驱动器的安全。通过对三个驱动器的组网方法就可以实现机器人各个电机之间的联动控制，实现灵活操作控制。
4结论
本文完成了基于Labview的软件控制的5.8GHz的外部网桥通信、以太网络通讯与RS232串口通信结合的隧道巡检机器人巡检系统的通信系统设计。此通信系统可以保证网络传输的快速可靠，有效降低隧道内的强磁干扰
参考文献
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机器人论文
机器人课程的开发与应用会充分启发学生智力、拓展学生思维，同时在学习文化课程的过程中，学习机器人课程还可以适当缓解学生的学习压力。尤其是对高中学生来说，其学习比较紧张，利用一部分时间来学习与机器人相关的课程，可以适当降低学生的学习压力。由于高中学生思维发散性较强，在学习与机器人课程相关的内容时，其主观能动性得以发挥，还可以培养学生的学习兴趣。本文结合高中教学实际以及机器人课程与开发进行相关研究的分析。
机器人 开发与应用 研究
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1005-8877（2019）02-0002-01
学生在高中阶段的学习不应仅仅接受基础文化科目的讲解，通过适当的内容拓展与延伸来巩固学生的学习热情也是非常重要的。在高中阶段的教学过程中，机器人课程的开发和应用不仅能够弥补传统教学模式的不足，还能够提高学生的学习兴趣。由于机器人是在智能技术不断发展的前提下所出现的新事物，在应用过程中，学生对于智能技术有新的认识，这对拓展学生的思路来说也是非常重要的。人工智能的发展为我们的生活带来了极大的便利，将与机器人相关的课程引入到高中教学过程中，结合高中学生的兴趣和学习特征完成教学设计，可有效开发学生思维。
1.结合智能技术系统讲解机器人，让课程开发与应用更深入
随着科学技术的发展，人工智能应用越来越广泛，与此同时，机器人课程的开发也受到越来越多的重视和应用。在高中阶段的教学过程中，机器人课程的开发与应用可以大大提高学生的学习热情，虽然高中阶段学生需要具备较强的文化科目学习能力来应对各种类型的考试。但是除此之外，为了启发学生的思维，让学生对社会新型事物产生较强的兴趣和好奇心，结合人工智能技术来讲解与机器人相关的内容同样重要。在进行机器人课程的开发过程中，教师不仅仅要讲解机器人相关的内容。
例如在向学生介绍机器人的工作原理以及设计构思时，教师可以结合人工智能技术的基础性内容进行适当的讲解，让学生了解机器人作为人工智能技术的产物，其设计原理是什么，在具体的设计过程中应该遵循怎样的思路与原则。相较于直接进行机器人的介绍来说，以人工智能技术为切入点，逐步引入到机器人的介绍过程中，能够让学生对该门课程产生由浅入深的了解。采取这种讲解形式，也可以降低学生的学习难度，同时充分激发学生对于人工智能以及机器人的学习兴趣。
2.发挥多种辅助教学工具的作用，让课程开发与应用更深入
在各门课程的教学过程中，充分发挥多种辅助性教学的工具作用是非常重要的。由于很多课程难度较大，涉及到比较复杂的知识，需要学生进行深入学习与理解才能掌握，仅仅通过口头语言和文字的形式进行讲解，会造成学生理解方面的问题。针对这部分内容，教师可以发挥多种辅助教学工具的作用，来增进学生了解，其中多媒体是非常普遍的应用形式。在机器人课程的设计过程中，借助多媒体技术来展示机器人的整体构造以及设计原理非常直观，有助于学生理解。
例如在向学生介绍与扫地机器人相关的具体内容时，由于具体条件的限制，教师很难将扫地机器人直接带到课堂上，让学生进行直接了解，而采取口头讲解与文字解析的形式又不够直观，此时发挥多媒体教学的作用是非常有效的。教师可以搜集与扫地机器人相关的动画和视频展示给学生，先让学生熟悉扫地机器人的工作原理，然后通过适当的动画解析，增进学生对于扫地机器人构成的了解，启发学生思考。除此之外，教师也要注意与学生之间的互动，采取多媒体辅助教学的同时，将语言交流的作用发挥到最大。
3.巧妙结合机器人设计比赛，让课程开发与应用更深入
机器人课程开发与设计的最终目的不仅仅是让学生了解机器人的工作原理和基础知识，开发学生思维、启发学生自主完成机器人的设计也是非常重要的教学目标。因此，在具体的课程应用于研究过程中，组织学生完成机器人设计比赛是比较有效的形式之一。在将与机器人相关的基础设计原则和结构讲解给学生之后，教师可以组织学生进行设计大赛，这也可以作为高中阶段学生的拓展活动之一，缓解学生的学习压力。针对学生的能力与实际，教师可以确定是否进行自主命题，确定符合学生实际情况的比赛形式和比赛机制。由于机器人设计需要学生进行较长时间的构思和设计才能完成，难度也比较大，教师可以让学生通过合作的形式，充分利用课余时间进行自主设计。
例如，在与机器人相关的基础知识讲解完毕之后，教师可以组织学生以小组合作的形式来设计小型机器人。考虑到学生的实际能力，教师可以让学生只完成简单机器人的设计，能够完成简单的动作与指令即可。虽然这一设计难度不大，但是对于刚刚入门的学生来说，仍然会花费较多的时间，而且考虑到高中阶段学生的文化科目的学习压力，教师可以组织学生以多人合作的形式来完成。在实际的比赛过程中，由学生利用课下时间完成设计，教师抽出课堂教学时间，让学生按自己的分组情况展示自己所设计的机器人，分别介绍具體的设计思路和原理。
4.结语
总之，在设计具体的机器人课程应用与研究的过程中，教师可以结合人工智能技术，系统性地讲解机器人的有关基础性内容，为学生打下良好的基础，方便学生以后进行自主探究与学习。在介绍与机器人相关的内容时，也要发挥多种辅助性教学工具的作用，提高学生的实际应用能力，让学生对机器人的认识更加全面且深刻，同时充分激发学生的参与热情。为了发挥机器人课程开发与研究的最终目的，让学生参与机器人设计比赛，通过实践的形式来检验学生的学习效果是非常有效的。
参考文献
[1]郝建豹.工业机器人技术及应用课程建设的探索[J].广东职业技术教育与研究，2017（1）：28-31.
[2]张迪.浅谈虚拟机器人的校本课程开发[J].中国信息技术教育，2017（Z2）：161-163.
机器人论文
摘要：文章阐述了一种室内配电室挂轨式巡检机器人解决方案，该方案有效提高了巡检效率，可以大力解决配网范围广、设备多、人手不足等难题，是一套智能配电房综合在线监测系统，能够清楚展示配电房在线监测情况，包括综合环境、综合电气、设备状态的监控等。
关键词：配电;机器人;巡检;自动化
1公司需求分析
韩泰轮胎有限公司车间配电房共有31个，主变2个，且在地域上分布非常分散，导致对配电房的巡检工作量急剧增加。传统配电室的日常巡检工作以人工为主，通过固定的监控检测设备和手持式检测设备进行辅助巡检。目前传统巡检方式存在很多问题，主要有以下几点。
1.1巡检工作量大
配电房、IDC、繼保室、开关室等数量巨大，巡检内容多，人员巡检难以按照实际业务需求全面覆盖。
1.2缺少提前预测
由于缺少提前预测功能，相关值守人员只能在异常发生之后进行“事后响应”，无法提前进行预警和避免事故的发生。
1.3缺乏统一调度
现场监测未联网，大量现场设备和环境数据未整合，缺乏一个统一的调度单元。
1.4工作安全隐患
人员对现场环境感知度差，在巡检过程中，无法预测有毒有害气体，一些辐射场所也有可能对人体产生重大影响。
2系统方案设计
室内挂轨式巡检机器人系统以巡检机器人为核心，集移动视频巡检、红外测温、环境监控、数据智能分析等功能于一体，实现对巡检区域设备的实时监控、数据分析管理。巡检机器人的配置为巡检机器人本体、智能终端监控软件、轨道及其他辅助设施[1]。
2.1后台管理系统
2.1.1本地监控后台
本地监控后台作为巡检机器人系统的中心，主要由实时监控模块、数据统计模块、报表系统、地图编辑模块、任务管理模块、系统设置模块和系统集成模块等组成;除了能控制机器人执行相关巡逻任务外，还应具有数据采集、储存、统计、检索、报表、智能分析等多种功能。
2.1.2远程集控后台
多个本地监控后台，对多个管道智能巡检机器人进行控制及相关数据分析，对所辖管道进行更高层次的综合控制和管理。
（1）轨道系统：挂轨机器人采用自动行走的悬挂轨道式设计，轨道竖向尺寸小，整体安装尺寸需求空间小，在满足机器人顺畅通行的前提下，增加了耐磨性。
（2）通信系统：挂轨机器人采用PLC通信系统（兼容无线WiFi）与整套控制系统通信。通信系统为机器人提供不小于50Mbps有效网络带宽，可以保证巡检机器人系统所有的控制信号、视频数据、音频数据及报警信息等各类数据实时可靠传输。
（3）供电系统：挂轨机器人采用滑触线的方式进行取电，滑触线安装在铝型材轨道上，供电系统直接从主电气室取电，机器人供电模块采用滤波技术，滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，使机器人获得稳定的电源。
（4）导航定位方式：挂轨机器人在运动过程中通过激光条码扫描、伺服电机里程码盘（脉冲）和RFID结合的方式进行定位和路径校核，RFID定位辅助纠错系统，能够将室内定位精度提高到3cm以内[2]，保证智能巡检机器人和远程中心可以实时了解机器人的位置信息。
2.2方案举例（以韩泰轮胎11PS配电房为例）
2.2.1硬件配置
在配电房布置1套挂轨式智能巡检机器人系统。配电房现场地面距房顶距离6791mm，因层高较高，采用现场加装龙门架作为轨道的支撑，现场采用轨道巡检路径。
变电站巡检机器人具有电机驱控制系统、云台导航定位避障模块可见光摄像机、红外热成仪、视频服务器音编解码工业无线等基本硬件功能模块[3]，此外增加了环境监测模块、应急广播及声光告警模块。
挂轨式巡检机器人配置具体包括：LED补光灯、可见光摄像机、防撞雷达、热成像仪、环境检测模块、行走机构、升降机构、检测机构（双臂型，支持垂直±90°旋转）、扬声器、交互触摸屏、状态灯、云台（支持云台水平360°旋转）。
2.2.2软件配置
（1）视频识别。挂轨机器人视频识别是室内挂轨式巡检机器人系统的核心功能之一，通过机器人自身携带的可见光摄像机，完成视频图像的数据采集，通过高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别视频内容。
（2）红外测温。挂轨机器人利用自身携带的红外热成像仪对室内电力设备温度数据进行采集、分析，进而诊断出致热型设备故障及热缺陷，触发相应报警。巡检任务执行完成后会自动生成任务报表，对设备温度进行有效的诊断。
（3）环境检测。挂轨机器人携带的环境监测模块，能够监测环境中的有害气体、温度、湿度、烟雾等环境信息。实时将采集的环境信息传输到控制中心，当监测到有害气体超标时，系统将进行报警，以提示运维人员及时处理。
（4）音频采集。挂轨机器人本体搭载高灵敏度的拾音器，并随云台一同转动，定向采集电力设备的音频信息。机器人采用国际领先的音频降噪算法和声音识别技术，增强音频信息识别的准确性和可靠性。音频数据经过软件压缩后传回服务器进行存储，可双向语音通话。
（5）任务管理。在监控平台中，将任务管理分成全面巡检、例行巡检、专项巡检、特殊巡检、自定义任务、地图选点以及任务展示7大模块，每个大模块又拆分为不同的小模块，可以根据各种情况建立不同类型的任务。在任务系统中既可以手动进行任务的执行，也可按照日程进行任务分配执行，实现自动巡检功能。
2.3软件功能说明
2.3.1自动巡检
自动巡检是挂轨机器人按照预设规划路径自动巡视方式，机器人根据高清摄像机、高灵敏红外热成像仪、拾音器等多种检测设备，按照既定的规则完成室内各处的设备拍照、表计读数、红外测温及环境监测等巡检活动，将巡检数据自动传输到后台管理系统保存，生成检测分析报告。
2.3.2人工遥控巡检
系统可以通过遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。
2.3.2数据统计
平台具备对监控数据进行储存、分析、统计、检索的功能。监控平台对数据进行标准化的整理与排序，支持Excel报表导出保存。运维人员可根据任务或监控点在监控平台内对数据进行检索，快速查看监控数据。
2.3.3报表输出
挂轨机器人在执行完一个任务之后会自动生成報表，运维人员可以在监控平台根据时间、巡检类型、任务名称等进行检索并查看报表。运维人员可根据需求检索、查看、导出各类表报。
2.3.4预警与联动
挂轨机器人在巡检过程中，通过数值分析、阈值对比、趋势分析、数据库等相关技术，对异常数据进行自动预警。预警信息通过界面告警和声光告警两种方式呈现，及时提醒运维人员注意。
3结语
3.1直接效益分析
3.1.1降低设备巡检人工成本
智能机器人的运用，在一定程度上可以替代人工，完成设备的巡检工作，减少运维人员投入，降低人员成本。
3.1.2提高操作、检修快速反应能力，有效控制设备受损率
通过集成红外热成像、声音、高清在线监测功能，为设备的安全正常运行提供可靠的科学依据，从而缩短维修时间。
3.2社会效益分析
3.2.1实现数字化电网，提升整体管理水平
在安全生产领域高效地开展生产工作、提高专业技能水平，实现配电房的数字化管理水平，提高企业竞争力。
3.2.2规范设备操作流程，加强安全管理
采用智能机器人可以规范配电房设备的巡视流程，减少人员人身伤害。人员管理资源得到充分利用，减少生产管理成本。
3.2.3提升企业社会形象
有助于提升公司在行业中的地位，同时带动人力水平的提升，获得良好的社会效益。
[参考文献]
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[3]王凯.变电站巡检机器人关键技术及系统的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2015.
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