电梯导轨在制造、安装和使用过程中会带来变形和位移，形成导轨垂直度误差和导轨顶面间距偏差，对电梯安全使用造成危害，影响电梯使用寿命。因此导轨安装质量测量对电梯运行安全尤为重要。现有电梯导轨测量方法存在精度不足、操作者劳动强度大、所需参数不能一次性测量等问题。文中遵照有关国家标准，并对比同类系统的测量原理和实现方案，提出了一种具有电梯导轨垂直度偏差检测、轨距偏差检测、导轨接头和支架位置检测功能，不依赖于脚手架或轿厢，且弥补了一些现有同类系统不足的自动巡检机器人的测控系统设计方案。试验结果表明，所设计测控系统完全满足机器人的测量和控制需求，测量精度达到相关国家标准规定。

关键词：电梯; 导轨; 多参数检测; 测控系统

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）12-0124-05

0 概述电梯设备检测属于国家特种设备检验范畴，GBJ310—1988《电梯安装工程质量检验评定标准》中对电梯系统的各项参数要求有明确的规定。电梯导轨垂直度是保证电梯正常运行的一项重要性能指标。电梯导轨在制造和安装过程中会带来偏差，而且在电梯的使用过程中，由于电梯井混凝结构的收缩变形，地基沉降，轿厢振动摩擦等因素的影响，导轨可能发生位移变形，形成新的导轨垂直度误差和导轨顶面间距偏差。导轨垂直度偏差过大会造成电梯运行摆动颠簸，导轨顶面间距偏差过大会引起轿厢水平晃动，过小会使轿厢垂直振动，***终影响电梯的安全运行和使用寿命。因此, 每隔一定时间也需要对使用中的导轨进行测量，对有问题的导轨及时调整以保证电梯安全运行。

TSG7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》要求每列导轨工作面每5m 铅垂线测量值间***大偏差：轿厢导轨和设安全钳的T 型对重导轨不大于1.2 mm，不设安全钳的T 型对重导轨不大于2 mm；两列导轨顶面距离（轨距）偏差：轿厢导轨为0 ～ 2 mm，对重导轨为0 ～ 3 mm；每根导轨至少有2 个导轨支架，两个支架之间距离一般不超过2.5 m（超过2.5 m，要有计算依据）。

目前常用的电梯轨道垂直度测试方法包括：传统吊线法、激光垂准测量法、测量仪随轿厢运行检测法、测量仪独立运行检测法。针对导轨顶面距离的测量，目前则采用手工测量法，检测人员用卷尺或激光测距仪进行多点测量，并人工记录。但上述方法存在需要脚手架人工操作，轿厢运行过程中的振动传递给测量仪导致测量误差，导轨垂直度和导轨顶面距离不能一次性测量等问题。针对上述问题，设计了一款具有电梯导轨垂直度偏差检测、轨距偏差检测、导轨接头和支架位置检测功能，不依赖于脚手架或轿厢，并且弥补了一些现有同类系统不足的自动巡检机器人。实验表明，该机器人及其所采用的测量原理完全能够达到TSG7001—2009 的精度要求。

1 电梯导轨巡检机器人巡检机器人工作原理如图1 所示，机器人通过强力磁轮吸附于电梯导轨，通过CAN 总线接收上位机指令，在下位机控制器和直流电机的驱动下进行上下运动。其上的二维位置敏感探测器，能探测到从底坑发射的铅锤激光束的光斑中心，***终计算得到电梯导轨直线度误差；激光位移传感器对导轨距离进行测量；随着机器人的爬行，安装在机器人上数字光纤传感器和接近传感器分别测得导轨接头位置和固定支架位置；控制器把当前检测点的各种参数封装成信息帧，发送给上位机数据处理后得到检测结果。

图1 巡检机器人工作原理图

2 测控系统设计巡检机器人的测控系统需要完成与上位机通，信接收控制命令和反馈控制状态，根据上位机命令控制机器人运行并且完成传感器数据采集的任务，***重将采集结果反馈给上位机的任务，是机器人的测控核心。巡检机器人测控系统功能图如图2 所示。

图 2 巡检机器人测控系统功能图

控制系统整体采用24 V 直流供电，为保证可靠供电，采用线缆供电，机器人本体上带有备用电源，可在异常情况下支持机器人运行50 m 距离。

2.1 下位机控制器选择控制器是机器人控制部分的核心器件，需要工作稳定可靠，具备足够的数据处理能力、输入输出驱动能力和通信能力，另外，由于作为机器人控制器的特殊工作场景，控制器还必须满足体积小、重量轻和低功耗。综合以上需求和对比目前主流的控制方案，该系统采用意法半导体公司的STM32f103c8t6 型芯片作为控制器。该芯片内核为ARM-M3，主频为72 MHz，程序存储器容量为64k×8，输入/ 输出数为37，片内集成相关外围设备为UART、CAN、AD、PWM，工作电压为3.3 V，***大功耗为0.33 W。

2.2 电机控制模块电机模块是机器人的动力系统，电机输出的扭矩通过传动机构为机器人提供动力。因此，电机模块要满足低功率大扭矩、转速连续可调、质量轻等几个指标。目前类似的电梯垂直度检测系统中，为了实现电机的转速和机器人的位置控制，一般采用自动化设备中常用的步进电机或者伺服电机，这两类电机虽然能够***控制转速和位置，但是由于其外壳较重且要配置专门的控制器，使得电机模块整体质量较重且体积大，降低了机器人的有效载荷。并且，由于长期使用的电梯轨道表面有油污、灰尘等问题，机器人在运行过程中驱动轮与导轨表面出现滑动摩擦，使得通过在电机侧和驱动轮轴侧测得转速进而换算成位移的方法存在误差。因此，本系统采用了从瑞士进口的Maxon RE25 大扭矩空心杯减速电机。电机工作电压为12 ～ 24V，功率为20 W，输出***大转速为166r/min，输出扭矩为2.5N·m，电机总长为110 mm，电机直径为25 mm，带减速器总质量为230 g。

电机驱动器选择了国产L298N 宽电压电机驱动集成电路，该芯片在24 V 电压下，***大可以输出48 W 功率，且外围电路简单，无需专门购买模块，可以集成在机器人的电路板上，减小了电机模块重量和空间占用。控制器可以直接通过PWM 信号来控制L298N 进行电机调速。实验表明，本文所设计的电机控制模块完全满足巡检机器人在扭矩和转速方面的需求。

2.3 数据采集模块数据采集模块主要负责通过传感器采集相应数据。电梯巡检机器人主要采集4 类数据：导轨接头位置，固定支架位置，电梯导轨直线度误差和导轨顶面距离偏差。2.3.1 导轨直线度检测导轨垂直度检测上，本系统采用位置敏感探测器（PSD）+ 激光铅锤仪器方案[5]。如图1 所示，放在底坑地面的自动安平激光铅垂仪发出一束激光铅垂线，垂直射入二维位置敏感探测器，探测器会感应到光斑中心并计算出X、Y 二维坐标（参考基准点出记为X0、Y0），下一个检测点光斑坐标记为X1、Y1，因此, 可计算出当前测量点与基准点X、Y 坐标偏差（X1-X0，Y1-Y0），随着机器人的一边爬行一边检测，上位机会描绘出两条垂直度偏差曲线，如图所示。PSD 传感器采用OTRON 公司的PSD-100 型传感器，该传感器分辨率可以达到1μm。传感器输出端为±12 V 模拟信号输出。