智能機器人在電力電纜隧道巡檢的研究與應用

（廈門電力勘察設計院有限公司，福建 廈門 361000）

智能機器人在電力電纜隧道巡檢的研究與應用

萬紫陽

（廈門電力勘察設計院有限公司，福建 廈門 361000）

本文介紹巡檢機器人在電力電纜隧道的應用，對隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)各部分功能與工作原理分析。

智能機器人； 巡檢系統(tǒng)；電力隧道

1 智能機器人巡檢系統(tǒng)技術要點

（1）多種高新技術的有機整合

智能巡檢機器人整合了模式識別技術、無線信號傳輸技術、智能控制技術、數字視頻技術、機電控制技術等多種高新技術手段，集機械、電子、控制、傳感、材料等多學科于一體，使電力隧道的安全防護與智能化管理達到一個新的水平。

（2）動態(tài)監(jiān)測手段與現場處置手段有機結合

將視頻監(jiān)控、多種有害氣體監(jiān)測、溫度/濕度探測、避障操作等監(jiān)測手段與交互式對講廣播指揮等現場處置手段有機結合，讓電力隧道智能機器人擔負起“電子警察”的職責，使電力隧道內高壓電纜的的安全防護水平上了一個新臺階。

（3）為適應電力隧道內的特殊使用環(huán)境而采用的專用技術

電力隧道深處地下，常年處于潮濕、高溫的環(huán)境中，同時電力隧道空間狹窄，電纜托架等障礙物較多，對智能機器人的體積、避障能力以及防潮防銹水平都有極高的要求，同時電力隧道內存在大量的上下坡和拐彎，對智能機器人的行走能力要求極高。

（4）采用高可靠性的無線技術手段實現隧道內傳輸和通信

機器人的動作控制、采集到的數據傳送都依賴于隧道內的高速通信系統(tǒng)，基于隧道的特殊環(huán)境，采用無線通信模式，控制數據與視頻的傳輸基于800M～2.4G頻段的無線通信，達到視頻、數據、語音三合一，以適應隧道空間狹小、路徑起伏彎曲、以及兩側電纜支架接地對無線信號吸收嚴重等現狀。

2 智能巡檢機器人主要功能

主要功能：

智能視頻：高清視頻加可見光照明燈，全方位云臺和大倍數光學鏡頭控制；

紅外熱成像：監(jiān)視隧道內發(fā)熱體紅外熱輻射成像測溫，環(huán)境適應能力強；

隧道3D成像：紅外激光雷達對隧道做剖面掃描，智能平臺形成隧道3D圖像；

隧道環(huán)境監(jiān)測：溫濕度、有害氣體含量、空氣含氧量、隧道內煙霧探測；

應急消防功能：滅火彈投擲、高壓干粉噴射，實現隧道內應急滅火處置；

穿越隧道防火門：火災發(fā)生時，聯(lián)動關閉所有消防門；機器人可以自行控制防火門安全穿越防火門，進入下一個作業(yè)區(qū)；

交互式對講指揮功能：通過高增益拾音器、高音喇叭和高清攝像機實現平臺與隧道人員的音視頻信息交互；

實現自行勻速巡檢、工作位置準確停車探測、緊急事件高速到達、遇到障礙自動停車告警、以及遇到人員智能減速跟蹤探測；

多種巡檢模式：定時巡檢、周期巡檢、不間斷巡檢。

行走速度：0～120m/min可調。可分為自行巡檢速度，緊急事件高速行走，以及遇人跟蹤速度；

具備較強的抗電場干擾能力；

具備車載影像防抖動功能，滿足運行過程中的圖象穩(wěn)定性要求。

爬坡能力：在小于20°的坡度上能夠平順運動，坡道采用在軌道上鑲嵌齒狀條帶，增加摩擦力。

剎車定位：水平軌上最大剎車距離1米以內。

防潮防塵性能：PLC主控模塊要求達到IP67防護等級。

轉彎半徑：最小3m，并具備彎道自動減速通過功能。

電力電纜隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)外觀效果圖如圖1所示。

3 智能巡檢機器人主要部件

3.1 360°視頻攝像機

一體化高變倍攝像機及高性能轉臺于一體，防抖攝像機芯。采用先進的非致冷凝視型紅外焦平面芯片，獨特的驅動、處理、顯示技術，確保圖像輸出清晰和穩(wěn)定。

3.2 定位模塊

采用預埋位置傳感器，對設定的工作位置、彎道、井口避讓處進行精確定位。定位精度：0.1m。其他位置采用伺服電機里程計，定位精度0.5m。

電纜接頭工作位操作流程。智能巡檢機器人剎車停止，調整云臺轉向，對電纜接頭進行攝像。

彎道減速通過。根據設定的彎道允許速度，將機器人減速至允許速度通過。

圖1 電力電纜隧道智能巡檢機器人系統(tǒng)外觀效果圖

井口避讓。頂部懸掛式軌道，在井口和下人旋梯位置，必須靠邊避讓。形成弧形軌道，因此機器人運動到此，根據定位數據編碼，采用彎道減速方式通過。

位置計算：采用步進電機步長計算方式，加定位檢測校正誤差的處理，保證機器人在隧道內的運動位置，始終能夠準確的展現在監(jiān)控中心的數字化平臺上。

3.3 紅外成像

隧道巡檢機器人上安裝有智能高速球機（內部集成高清攝像機、在線式一體紅外熱成像儀），能實現多角度、360°全方位、近景拍攝與紅外熱成像測溫，如圖2所示。

圖2 紅外成像效果圖

3.4 智能滅火管理

（1）機器人自身攜帶滅火裝置

隧道巡檢機器人前后各個掛載一套超細干粉滅火裝置，機器人巡檢過程中發(fā)現隧道內異常溫度點超過預警線，在得到授權的條件下可以自動或人工控制發(fā)射超細滅火干粉，通過超細干粉良好的彌漫性與滅火特性，第一時間應急滅火。

超細干粉滅火劑是用于滅火的干燥且易于流動的超細型粉末，由具有滅火效能的無機鹽和少量的添加劑經干燥、粉碎、混合而成微細固體粉末組成。 它是一種在消防中得到廣泛應用的滅火劑的進化版，效果比干粉滅火劑要好的多，在同樣的重量下它有更廣泛的覆蓋面積和覆著性。

（2）機器人聯(lián)動穿越防火墻方案

電力隧道要求每隔一定距離劃分防火區(qū)段，并設置防火墻和防火門;正常工作時為保證通風要求防火門是打開的，在出現險情或緊急情況下需要關閉防火門以阻斷火災蔓延；因此卻給機器人穿越防火墻帶來了困難，此處要求機器人正常巡檢時能夠穿過防火門同時又不能影響到防火墻和防火門的正常功能。采用智能控制的自動閉門器是一個不錯的選擇，智能閉門器采用總線連接可以實現和控制平臺及機器人的實時通信，當機器人巡檢到相應防火門附近時，通過定位系統(tǒng)和遙控指令控制防火門打開并通過，當機器人順利通過防火門后智能閉門器會自動將防火門關閉。智能閉門器采用本地備份電源工作模式，即使在電源線路或通信鏈路遭受損壞時也能自動將防火門關閉；軌道采用在防火門上開孔的方式穿過，并用撓性耐高溫防火材料將軌道和防火門之間的縫隙填滿，防止火勢從防火門和軌道間縫隙中通過，安全可靠。

結語

由于電力隧道環(huán)境的特殊性，一旦發(fā)生火災、恐怖襲擊等惡性事故，運行人員很難在第一時間進入隧道進行處置，在這種情況下，智能機器人的作用就可以充分發(fā)揮出來，智能機器人不僅可以進入事故現場，把現場的視頻、圖像、空氣中有害氣體的含量、溫度/濕度報警等數據發(fā)送回指揮中心，同時，也可以執(zhí)行發(fā)射滅火彈、應急對講指揮等相關的處置措施，從而在第一時間阻止災情蔓延，起到更好的防災減災效果。

[1]姜蕓,付莊．一種小型電纜隧道檢測機器人設計[J]．華東電力,2009（01）．

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