基于PC104的巡线机器人控制系统设的计

3.1.2运动控制

由于机器人的动作较复杂，多数吊臂式巡线机器人采用多电机驱动方案，即用6个电机实现摆动吊臂与行走轮转动。这种方案机器人较为灵活，但多电机增加了机器人的重量，不利于机器人自身平衡。本文用2个电机实现需要的动作，通过3个电磁离合器与图2中的电机1配合控制三个吊臂的摆动，用电机2控制机器人行走。为了增加检测的灵活性，在机器人上增加了两个可升降的传感器支架，分别用电机3和电机4带动。驱动框图如图3所示，用SiliconLab公司的高性能单片机C8051F047和H桥组件LMD18200T来驱动电机。LMD18200T是美国国家半导体公司（NS）推出运动控制专用H桥组件,内部集成了CMOS控制电路和DMOS驱动电路，峰值输出电流高达6A,连续输出电流3A，工作电压高达55V，具有温度报警和过热与短路保护功能。本文所选电机的连续堵转电流在3A左右，因此选用LMD18200T芯片可以满足使用要求。

电机1与电机2使用数字PID算法调速。数字PID算法是一种常用的控制算法，由等间隔时间光电编码器的数值与给定的速度值进行比较，通过PID算法，改变C8051F047的PWM的占空比，实现电机的闭环控制，即：

（1）其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，T为采样周期[3]。电机3和电机4只用来控制支架升降，对速度无具体要求，因此只需采集编码器脉冲数。

3.1.3 数据传输

机器人爬行时，要将自身状态信息、采集到的数据、抓拍的图片等信息发送给监控系统；而在特殊情况下，监控系统也要向机器人发送指令，这就需要在两者之间传输数据。设计传输距离<2Km,本文使用一对无线数传模块SRWF-108完成此功能。机器人本体的SRWF-108占用PC104上的COM1端口[4]，波特率9600bps，8位数据位，共有状态帧、指令帧和文件帧三种格式。

3.1.4电源设计

巡线机器人在高空作业，只能使用自备电源。本文使用4节12V铅酸蓄电池，由B1205S、B1212S、LM2678等电源转换芯片得到系统需要的+12V,±5V等电平。为了保证机器人有充足的能源，有必要监控电池电量，本文使用DS2438Z芯片，DS2438Z芯片是DALLAS公司推出的新一代智能电池监测芯片，具有功能强大、体积小、价格低廉等优点，并且用1-Wire总线传输数据，硬件接线简单，可用来检测电池温度，电压剩余电量等参数。当发现电池电量不足时，机器人本体会向监控系统发出报警，提示更换电池。

3.1.5 控制系统的软件

PC104控制系统的软件用C语言编程，开发周期短，效率高。程序需实现数据采集、系统状态检测、串行通讯、动作输出、故障处理、异常情况处理、电源监测等功能，其程序流程图如图4所示。与监控系统的数据传输可以采用查询或中断方式，查询方式的优点是编程容易，但会占用较多的系统资源，中断方式则与之相反。机器人除了要进行串口通讯还要完成电机控制、故障处理等功能，因此查询方式不宜使用，本文使用中断方式。初始化COM1和COM1中断处理程序[5]如下：

voidInitCOM（）/＊初始化COM1串口，设置串口参数＊/

｛outportb（0x3fb,0x80）;/＊将设置波特率＊/

outportb（0x3f8,0x0c）;/＊波特率9600＊/

outportb（0x3f9,0x00）;

outportb（0x3fb,0x03）;/＊8个数据位，1个停止位、无奇偶校验＊/

outportb（0x3fc,0x08|0x0b）;/＊设置MCR＊/

outportb（0x3f9,0x01）;/＊开中断＊/｝

voidinterruptfarasyncint（）

｛charch;

ch=inportb（0x3f8）;/＊ch为接收到的字符数据＊/

…………｝

3.2 监控系统的设计

监控系统用VisualBasic6.0软件开发，VB具有面向对象的可视化设计工具、事件驱动编程机制、强大的数据库操纵功能、Active技术以及应用程序集成开发环境等优点。根据机器人系统的要求，采用模块化思想开发了较完善的监控系统，其可扩展性较强，具有电池电量监测、运动状态监测、线缆故障数据库查询、手动自动切换等功能。能将输电线的故障信息保存在Access数据库中，并对故障类型、时间进行查询。

4.结束语

本文提出了一种以PC104模块为核心的机器人控制系统，解决了机器人的自主越障问题，并能识别部分线缆附件，进行无线数据传输,检查线缆状况等,为高压输电线的自动检测提供了便利。

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