機(jī)器人的廣泛應(yīng)用解放了生產(chǎn)力，同時(shí)又促進(jìn)了人類對(duì)機(jī)器人的研發(fā)重視。機(jī)器人從普通的單一功能逐步發(fā)展到具備模仿人類“大腦”的功能。導(dǎo)航系統(tǒng)則是機(jī)器人“大腦”的一項(xiàng)重要功能，近年來，激光導(dǎo)航機(jī)器人研究成為炙手可熱的重要課題。

一、激光導(dǎo)航機(jī)器人綜述

（一）激光導(dǎo)航機(jī)器人

自主導(dǎo)航技術(shù)是機(jī)器人的核心技術(shù)之一，也是機(jī)器人研究和攻克的重點(diǎn)。激光導(dǎo)航機(jī)器人通常內(nèi)嵌激光雷達(dá)和高分辨率激光掃描儀，探測(cè)其周圍環(huán)境并進(jìn)行定位，并通過AICU系統(tǒng)生成3D地圖，從而進(jìn)行路徑規(guī)劃。激光導(dǎo)航機(jī)器人可配備高清攝像機(jī)和紅外熱像儀等檢測(cè)裝置，在該導(dǎo)航系統(tǒng)支持下實(shí)行全自主自動(dòng)巡檢、紅外診斷和外觀檢測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備熱缺陷和外觀問題，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)、傳輸、分析和告警，大大提高巡檢自動(dòng)化水平和檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

（二）激光導(dǎo)航機(jī)器人構(gòu)成及工作過程

激光導(dǎo)航機(jī)器人的硬件部分由微計(jì)算機(jī)、激光雷達(dá)和激光掃描系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、機(jī)器人本體組成。激光導(dǎo)航機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)工作時(shí)，激光雷達(dá)和激光掃描系統(tǒng)每隔數(shù)10ms旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的激光束，收到經(jīng)調(diào)制的反射板的反射光后，經(jīng)過調(diào)解解碼，得到有效的信號(hào)，計(jì)算機(jī)可以及時(shí)讀入當(dāng)時(shí)收到的反射信號(hào)時(shí)激光器的旋轉(zhuǎn)速度及傾斜角，從而描出周邊“地圖”實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。

二、激光定位導(dǎo)航工作原理

（一）激光定位原理

激光定位是利用旋轉(zhuǎn)激光傳感器檢測(cè)路標(biāo)，經(jīng)三角幾何計(jì)算確定位置和方向，并依此進(jìn)行定位的方式，即通過測(cè)量已知路標(biāo)與機(jī)器人之間的距離來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。通常，需要在目標(biāo)環(huán)境中固定位置設(shè)定若干路標(biāo)，建立坐標(biāo)系，以激光傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)中心建立傳感器坐標(biāo)，記錄傳感器每掃描一周所形成的夾角，從而經(jīng)計(jì)算出目標(biāo)所處坐標(biāo)的具體位置。

（二）導(dǎo)航控制原理

一般而言，機(jī)器人移動(dòng)路徑大多數(shù)為直線，對(duì)于行走路徑中長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)彎則可簡(jiǎn)化為直線路徑代替，因此機(jī)器人導(dǎo)航控制就可歸結(jié)為對(duì)機(jī)器人相對(duì)于當(dāng)前運(yùn)行路徑的位置偏差和航向偏差的控制。在實(shí)際應(yīng)用過程中，正是利用激光定位傳感器解碼并實(shí)時(shí)輸出的高精度位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前位置及目標(biāo)環(huán)境位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，通過微計(jì)算機(jī)向機(jī)器人控制系統(tǒng)下達(dá)指令信號(hào)，從而控制機(jī)器人左右兩輪速度與方向，使其始著預(yù)先設(shè)定的路徑運(yùn)行。

三、基于激光導(dǎo)航電力巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

激光導(dǎo)航電力巡檢機(jī)器人主要由微計(jì)算機(jī)、智能控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、傳感與導(dǎo)航系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)等組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要為滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體之需要；無線通信系統(tǒng)主要用于下達(dá)控制命令；傳感與導(dǎo)航系統(tǒng)主要機(jī)器人內(nèi)外環(huán)境感知與運(yùn)動(dòng)操控；人機(jī)交互系統(tǒng)則是方便人類監(jiān)控和介入機(jī)器人的相應(yīng)狀態(tài)和運(yùn)行之需。

（二）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)機(jī)器人硬件總體設(shè)計(jì)方案和激光導(dǎo)航機(jī)器人功能可知，系統(tǒng)軟件要實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏、機(jī)器人本體驅(qū)動(dòng)器、無線通信接收系統(tǒng)、光電傳感器等硬件系統(tǒng)的控制（包括初始化、控制信號(hào)的輸出和返回信號(hào)的獲取等），還包括信息顯示、傳感器信號(hào)的處理和模糊控制算法等。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，整個(gè)系統(tǒng)主要由系統(tǒng)主程序和各功能子程序組成。主程序主要完成系統(tǒng)初始化、界面的顯示（包括歡迎界面、模式選擇界面和模式信息界面等）、各模式之間的切換、遙控信號(hào)的接受等功能。各功能子程序主要包括遙控驅(qū)動(dòng)、讀取遙控信號(hào)、激光傳感位置獲取、激光導(dǎo)航位置信息顯示、模糊控制算法和自動(dòng)驅(qū)動(dòng)等子程序。

四、激光導(dǎo)航機(jī)器人在電力巡檢中的應(yīng)用展望

激光導(dǎo)航機(jī)器人是集光電、機(jī)械和計(jì)算機(jī)與一體的高科技產(chǎn)物，近年來，由于激光導(dǎo)航機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、航天和人類生活的各個(gè)方面顯示了越來越廣泛的應(yīng)用前景。在電力工業(yè)領(lǐng)域，由于激光導(dǎo)航機(jī)器人安全、自動(dòng)、省時(shí)、精準(zhǔn)、高效的優(yōu)勢(shì)，已成為電力系統(tǒng)巡檢和診斷故障的必不可少的工具。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在電力系統(tǒng)巡檢領(lǐng)域，機(jī)器巡檢時(shí)間量占巡檢時(shí)間總和的60%。隨著科技的不斷進(jìn)步，激光機(jī)器人的已逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，激光機(jī)器人在不久的將來或完全代替人工進(jìn)行電力系統(tǒng)巡檢和故障診斷。