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鐵塔機器人的無線遙控模塊設(shè)計
四川大學(xué)錦城學(xué)院機器人工程系 王一舒 2020/2/8 14:15:22
摘 要：電力鐵塔攀爬機器人是一種用于檢查鐵塔故障的裝置，采用機器人的方式可以減少工人的勞動強度，保障工人的人生安全，提高了檢測效率和準確性。由于攀爬機器人工作地方是野外工作，工作環(huán)境比較特殊，論文提出針對攀爬機器人的遙控方案，以確保機器人正常工作和出現(xiàn)故障時，通過人機交互的方式復(fù)原機器人狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：電力鐵塔 攀爬機器人 運動控制 串口通信
電力是一個國家的經(jīng)濟動脈，由于電力傳輸系統(tǒng)長期暴露在惡劣的環(huán)境中使得材料老化，或者由于一些自然災(zāi)害的破壞，會使得輸電線路出現(xiàn)故障。如果這些故障沒有被及時檢測并修復(fù)，可能會引起嚴重的后果。因此安排必要的維護和修復(fù)，對確保線路的安全正常運行具有十分重要的意義[1]。傳統(tǒng)的檢查方法主要是通過工人來檢測。有人工目測和攀爬上鐵塔檢測兩種方式。
1 攀爬機器人無線遙控模塊設(shè)計
電力鐵塔攀爬機器人的研制為輸電線路的檢測和維修提供了一種新的途徑和理念[2]。除一般安裝在機器人上的控制系統(tǒng)之外，需要無線的方式來與機器人通訊。本文通過在地面發(fā)送指令，機器人上的上位機系統(tǒng)接收指令，并進行解釋后對應(yīng)發(fā)送相應(yīng)的命令給下位機，執(zhí)行相應(yīng)的操作。無線遙控方案框圖如圖1所示。
圖1無線遙控方案框圖
遙控器主要的功能是掃描按鍵，識別命令然后通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送命令給上位機，并且根據(jù)發(fā)送的命令和接收到上位機返回的命令來顯示機器人的狀態(tài)，對CPU的要求不高，只是由于設(shè)計中所用的是矩陣按鍵，按鍵數(shù)量比較多，所用的IO口較多，而且液晶顯示也占據(jù)了很多的IO口。因此所選用的控制CPU要求一定的IO口數(shù)量。
2 無線數(shù)據(jù)傳輸方式
本次設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊主要用于遙控器和機器人之間的通訊，來完成遠程的遙控機器人的運動。本次設(shè)計主要采用的是APC250無線傳輸模塊[2]。
模塊的使用可以根據(jù)用戶的需求來設(shè)置，主要有兩種方式，一是通過公司提供的軟件來設(shè)置，圖形界面修改方便；二是在線的修改，在線修改是模塊切換到休眠模式時，通過串口直接給模塊發(fā)送命令修改。
模塊收發(fā)數(shù)據(jù)通過串口來實現(xiàn)，引腳EN在工作的時候應(yīng)置低，置高時為休眠模式。RXD為串口的輸入口，TXD為串口的輸出口，都為TTL電平，與單片機電平兼容。模塊的TXD、RXD分別與單片機或ARM的RXD、TXD相接，AUX為狀態(tài)指示腳。
3 遙控器PCB電路布線
該無線遙控模塊的硬件方案設(shè)計如圖2所示，包括人機交互的按鍵輸入和LCD顯示和數(shù)據(jù)的無線傳輸。主要實現(xiàn)功能是通過按鍵的輸入，單片機檢測識別按鍵并對應(yīng)到相應(yīng)的命令，再通過無線數(shù)據(jù)模塊傳送給機器人，機器人的接收端接收命令，再根據(jù)命令執(zhí)行機器人的操作。
圖2 遙控器PCB正面
4 結(jié)語
隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展，為電力輸電線路的檢測維修提供了新途徑。通過制作本文所述攀爬機器人，攜帶檢測儀器如攝影機等設(shè)備來替代人工的檢測，可以提高檢測精度和效率，同時也減少勞動力，最大限度的保障了工人的安全�？梢匀娴膶﹁F塔進行檢測，發(fā)現(xiàn)鐵塔存在的損傷以及安全隱患，然后進行必要的維修，對保障我國電力的傳輸有著重要的意義[3]。
參考文獻
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[2] 張毅.羅元.鄭大雄.移動機器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2007.P115~118
[3] 陳震.壁面爬行機器人設(shè)計及路徑規(guī)劃研究.[D].遼寧沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2006.P54~57.
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