变电站巡检机器人自主充电装置及对接控制研究

摘要

智能移动巡检机器人是实现变电站自动化巡检的一种重要方式，是在无人值守或少人值守变电站中，自主完成室外高压设备的巡检。自主性是机器人开展巡检工作的重要前提，自主充电技术是解决机器人自主性的关键。论文针对变电站巡检机器人自主充电问题展开深入研究，设计并实现了自主充电系统，包括充电硬件系统和机器人与充电坞的对接技术。主要研究内容包括：
　　1，结合变电站环境的实际特性，根据巡检机器人自身软硬件条件及工作需求，设计了机器人自主充电系统结构，并对该系统的性能需求进行了详细分析。
　　2，详细介绍了自主充电系统的构成部分，包括机器人端的充电插针与固定于充电钨的充电装置。另外，还设计了充电保护装置，可确保机器人与充电装置接触不良或短路等情况下，电路自动断开连接，保护机器人电池与电源的安全。
　　3，研究了巡检机器人与充电装置的自动对接策略。设计了充电坞定位信标和充电装置对接信标，采用基于色块定位的方法实现机器人从远距离接近充电装置，再利用激光测距法及三角形板作为信标，实现巡检机器人与充电装置的近距离对接。
　　4，最后，论文基于实际机器人及设计并制作完成的自主充电系统，对自动对接策略进行了实际实验验证。分别开展了定点与随机试验，以及从工作区域自主返回充电钨进行自主充电的实验，实验结果验证了自主充电系统及自动对接策略的有效性和实用性。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 自充电技术国内外研究现状

1.3 课题来源及主要研究内容

2 自主充电技术及机器人系统

2.1 机器人自主充电技术

2.1.1 移动机器人自主充电条件

2.1.2 机器人信息感知与信息融合技术

2.1.3 移动机器人定位技术

2.2 机器人系统结构

2.2.1 机器人内部单元

2.2.2 机器人外部单元

2.3 机器人感知系统

2.3.1 巡检机器人主控单元

2.3.2 机器人视觉单元

2.3.3 激光传感器单元

2.3.4 声纳单元

2.4 本章小结

3 充电系统设计

3.1 充电装置性能要求

3.2 充电装置的设计

3.2.1 充电电源

3.2.2 充电装置对接窗口设计

3.2.3 充电接口设计

3.2.4 充电支架设计

3.3 对接装置

3.3.1 充电插针设计

3.3.2 充电插针固定板

3.4 充电系统异常对接保护设计

3.4.1 保护电路设计

3.4.2 机器人错位对接

3.5 本章小结

4 巡检机器人充电对接策略

4.1 充电对接要求

4.2 充电装置目标定位与信标设计

4.2.1 充电装置目标定位信标设计

4.2.2 充电装置对接窗口信标设计

4.3 充电装置目标定位与导航

4.3.1 充电装置目标定位

4.3.2 机器人充电导航

4.4 机器人激光对接控制策略

4.4.1 辅助定位装置 － 三角形物体

4.4.2 机器人与充电座对接策略

4.5 本章小结

5 充电系统实验

5.1 实验环境描述

5.2 实验平台及实验步骤

5.2.1 实验平台

5.2.2 实验步骤

5.3 实验分析

5.3.1 机器人位于充电区域左侧临界线

5.3.2 机器人位于充电区域右侧临界线

5.4 综合验证

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献