基于Android的變電站巡檢機(jī)器人輔助配置系統(tǒng)

庫曉斐

摘 要：變電站巡檢機(jī)器人在投運(yùn)前需要進(jìn)行變電站的巡檢模型配置，而現(xiàn)有的配置流程存在不足之處，針對這些不足設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于Android的變電站巡檢機(jī)器人輔助配置系統(tǒng)。闡述了該輔助配置系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，介紹了Android應(yīng)用程序的實現(xiàn)，論述了輔助配置流程。測試結(jié)果表明，該輔助配置系統(tǒng)提高了工程服務(wù)人員在現(xiàn)場的配置效率，降低了配置工作的強(qiáng)度，延長了單次配置的時間。

關(guān)鍵詞：Android；巡檢機(jī)器人；變電站；機(jī)器人；輔助配置

中圖分類號：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Auxiliary Configuration System of Substation Inspection Robot Based on Android

KU Xiao-fei

（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao，Shandong 26600，China）

Abstract：Before the substation inspection robot is put into use，it is necessary to configure the inspection model of the substation.However，deficiencies exist in current configuration process.Aimed at these deficiencies，the auxiliary configuration system of substation inspection robot based on Android was designed and developed.This paper describes the overall structure of the auxiliary configuration system，introduces the implement of the Android application，and discusses the process of auxiliary configuration.Experimental results show that，the auxiliary configuration system improves configuration efficiency of engineering service staffs in the field，reduces the intensity of the configuration work，and extends the time of a single configuration.

Key words：Android；inspection robot；substation；robot；auxiliary configuration

1 引 言

變電站設(shè)備巡檢在變電站正常生產(chǎn)和安全運(yùn)行方面起到極其重要的作用[1]，尤其是特高壓變電站，變電站設(shè)備的可靠性是非常關(guān)鍵的。傳統(tǒng)的人工巡檢勞動強(qiáng)度大，檢測質(zhì)量分散，受惡劣天氣干擾大[2]，并且不能及時準(zhǔn)確的將檢測數(shù)據(jù)傳送到管理信息系統(tǒng)[3]，而應(yīng)用于變電站設(shè)備巡檢中的變電站巡檢機(jī)器人，提高了設(shè)備巡檢的質(zhì)量，并推進(jìn)了無人值守變電站的進(jìn)程[4]。

變電站巡檢機(jī)器人在變電站投運(yùn)前需要工程服務(wù)人員進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，主要是進(jìn)行變電站的巡檢模型配置，然而現(xiàn)有的配置流程存在工作效率低、工作強(qiáng)度大、單次配置時間短等不足。本文針對這些不足設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于Android的變電站巡檢機(jī)器人輔助配置系統(tǒng)，通過系統(tǒng)測試，結(jié)果表明該系統(tǒng)所使用的輔助配置流程克服現(xiàn)有配置流程存在的不足。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 關(guān)鍵問題分析

目前變電站巡檢機(jī)器人的導(dǎo)航方式逐漸地由磁導(dǎo)航[5]改用激光導(dǎo)航方式。激光導(dǎo)航機(jī)器人在投運(yùn)前需要利用激光傳感器建立變電站環(huán)境的二維地圖[6]，地圖主要是用于機(jī)器人在變電站環(huán)境的定位。除了建圖，還需要進(jìn)行變電站的巡檢模型配置，主要包括?？奎c配置和巡檢任務(wù)配置。停靠點配置主要是配置機(jī)器人在巡檢路線上停止位置的激光導(dǎo)航坐標(biāo)，以及在該?？奎c所需要執(zhí)行的命令及參數(shù)，如果該?？奎c需要進(jìn)行變電站設(shè)備的檢測，則還需要配置云臺預(yù)置位及視頻變倍等參數(shù)。巡檢任務(wù)配置主要是通過選擇需要檢測的變電站設(shè)備生成包含若干?？奎c的列表，以及任務(wù)啟動的時間和周期、任務(wù)檢測模式等參數(shù)的配置。

針對基于激光導(dǎo)航的變電站巡檢機(jī)器人，?？奎c配置需要工程服務(wù)人員在機(jī)器人附近控制其到變電站設(shè)備附近，然后控制云臺和視頻，并通過播放的實時視頻來判斷機(jī)器人的位置是否需要調(diào)整，完成位置調(diào)整后，將所在位置的激光坐標(biāo)保存下來。目前現(xiàn)有的方式是工程服務(wù)人員手持筆記本電腦通過網(wǎng)線直連機(jī)器人，然后控制機(jī)器人完成相應(yīng)的配置。這種方式容易使工程服務(wù)人員產(chǎn)生疲憊，并且配置過程的時間受限于筆記本電腦電池的續(xù)航時間，然而筆記本電腦電池的續(xù)航時間一般只有2到4個小時。從而增加了工程服務(wù)人員的工作強(qiáng)度，降低了工程服務(wù)人員的工作效率。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對現(xiàn)有?？奎c配置存在的不足，本文提出一種基于Android的變電站巡檢機(jī)器人輔助配置系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括變電站巡檢機(jī)器人、Android移動設(shè)備、后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

變電站巡檢機(jī)器人包括機(jī)器人本體、無線網(wǎng)橋和USB WiFi。其中，無線網(wǎng)橋通過與后臺監(jiān)控系統(tǒng)的無線網(wǎng)橋配對之后，建立無線網(wǎng)絡(luò)。USB WiFi插在機(jī)器人工控機(jī)的USB接口上，負(fù)責(zé)提供短距離的無線網(wǎng)絡(luò)，Android移動設(shè)備通過USB WiFi完成與變電站巡檢機(jī)器人的通信。后臺監(jiān)控系統(tǒng)包括服務(wù)器、無線網(wǎng)橋、路由器、無線路由器。其中，路由器通過網(wǎng)線將其他設(shè)備連接在一起，負(fù)責(zé)組建后臺監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。無線路由器負(fù)責(zé)提供短距離的無線網(wǎng)絡(luò)，Android移動設(shè)備通過無線路由器完成與后臺監(jiān)控系統(tǒng)的通信。endprint

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 Android應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)

輔助配置系統(tǒng)的核心部分是運(yùn)行在Android移動設(shè)備上的Android應(yīng)用程序。在Android應(yīng)用程序的實現(xiàn)中，使用Android操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，Android Studio作為開發(fā)環(huán)境，Java語言作為開發(fā)語言，SQLite數(shù)據(jù)庫作為開發(fā)數(shù)據(jù)庫，使用Google提供的Android SDK軟件開發(fā)工具包，視頻控制部分使用視頻設(shè)備廠家提供的SDK軟件開發(fā)工具包。

3.1.1 車體控制

圖2 車體控制界面

圖2是Android應(yīng)用程序的車體控制界面，其中包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止的基本控制。界面中的關(guān)閉連接按鈕指的是關(guān)閉與變電站巡檢機(jī)器人的通信連接，通信連接的狀態(tài)在界面的左上角顯示，在線表示連接正常，離線表示連接斷開，只有在連接正常的情況下才能進(jìn)行常規(guī)的車體控制、切換模式和超聲操作，連接斷開后按鈕文字變成打開連接。界面中的停止播放按鈕指的是停止界面中視頻的播放，停止播放后按鈕文字變成播放視頻。界面中的切換模式按鈕指的是切換變電站巡檢機(jī)器人的控制模式，控制模式包括手動和自動，只有在手動控制模式下常規(guī)的車體控制和超聲控制才起作用，控制模式的狀態(tài)在界面左上角的連接狀態(tài)后面顯示。界面中使能超聲按鈕指的是使能變電站巡檢機(jī)器人的超聲傳感器，使能之后按鈕文字變成禁用超聲。界面右上角是激光坐標(biāo)、激光導(dǎo)航匹配率、左右輪速度的實時數(shù)據(jù)顯示。界面中提供了?？奎cID的輸入，提供了?？奎c信息的保存、查看、刪除和清空功能。界面中還提供了上傳停靠點的功能，通過點擊傳?？奎c按鈕完成，上傳?？奎c的具體步驟將在第3.2節(jié)中介紹。

3.1.2 云鏡控制

圖3是Android應(yīng)用程序的云鏡控制界面，包括云臺控制和視頻控制功能。其中，云臺控制包括上仰、下俯、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止和復(fù)位的基本控制，以及查云臺XY的功能。其中，查云臺XY指的是查詢當(dāng)前云臺的XY坐標(biāo)，點擊按鈕完成查詢后，會將查詢到的XY坐標(biāo)在界面的右上角顯示出來。視頻控制包括播放視頻、切換視頻、焦距變大、焦距變小、停止焦距控制、IO控制。

切換視頻是指界面中的視頻在可見光視頻和紅外視頻之間進(jìn)行切換。IO控制指的是打開或關(guān)閉視頻設(shè)備的IO接口，目前視頻設(shè)備的IO接口主要是用來控制其他設(shè)備的電源，例如紅外攝像儀的電源可以通過紅外視頻服務(wù)器的IO接口來進(jìn)行控制，可以點擊關(guān)閉IO按鈕來關(guān)閉紅外熱像儀的電源。

3.2 輔助配置流程

輔助配置主要是指輔助完成激光導(dǎo)航巡檢機(jī)器人的?？奎c配置，因為停靠點配置需要工程服務(wù)人員在變電站現(xiàn)場控制機(jī)器人完成，工作強(qiáng)度大，工作時間長。圖4給出了輔助配置流程，具體步驟如下：

步驟1：Android應(yīng)用程序發(fā)送控制車體命令，變電站巡檢機(jī)器人完成車體移動，然后反饋激光坐標(biāo)和車體速度，Android應(yīng)用程序收到反饋數(shù)據(jù)后，更新并顯示激光坐標(biāo)和車體速度。

步驟2：Android應(yīng)用程序發(fā)送控制云臺命令和控制視頻命令，變電站巡檢機(jī)器人完成云臺轉(zhuǎn)動和視頻操作。

步驟3：在Android應(yīng)用程序上根據(jù)可見光視頻和紅外視頻判斷當(dāng)前位置是否符合變電站設(shè)備的檢測，并以此來判斷位置是否還需要進(jìn)行調(diào)整。如果需要調(diào)整，執(zhí)行步驟1；如果不需要調(diào)整，執(zhí)行下一步。

步驟4：在Android應(yīng)用程序上輸入?？奎cID，然后把?？奎cID和激光導(dǎo)航坐標(biāo)（X、Y、車體角度）保存到SQLite數(shù)據(jù)庫中。如果本地數(shù)據(jù)庫中不存在該?？奎cID，則新建一個?？奎c信息記錄；如果本地數(shù)據(jù)庫存在該?？奎cID，則修改該?？奎cID對應(yīng)的?？奎c信息記錄。

步驟5：在Android應(yīng)用程序上查看已經(jīng)保存的?？奎c信息記錄，刪除錯誤的?？奎c信息記錄。并根據(jù)已經(jīng)保存的信息來判斷是否已經(jīng)完成了所需要的停靠點配置。如果未完成，執(zhí)行步驟1；如果已經(jīng)完成，則執(zhí)行下一步。

步驟6：Android應(yīng)用程序生成需要上傳給后臺監(jiān)控系統(tǒng)的停靠點信息列表，初始化當(dāng)前index=0，index為?？奎c信息列表的索引。

步驟7：Android應(yīng)用程序上傳index對應(yīng)的?？奎c信息，后臺監(jiān)控系統(tǒng)接收到停靠點信息，完成停靠點信息的保存與更新，并在完成后通知Android應(yīng)用程序。

步驟8：Android應(yīng)用程序判斷信息列表是否已經(jīng)上傳完成。如果還沒有上傳完成，index++，然后執(zhí)行步驟7；如果已經(jīng)上傳完成，執(zhí)行下一步。

步驟9：Android應(yīng)用程序提示上傳?？奎c信息成功。

4 系統(tǒng)測試

如圖5所示，由工程服務(wù)人員在變電站現(xiàn)場進(jìn)行測試，主要測試Android應(yīng)用程序的車體控制、云臺控制、視頻控制等基本控制，測試變電站現(xiàn)場?？奎c信息的保存、修改、刪除等操作，以及測試Android應(yīng)用程序?qū)⒈４娴耐？奎c信息上傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。通過在變電站現(xiàn)場進(jìn)行測試，比較了新的?？奎c配置方法與現(xiàn)有方法的差異，發(fā)現(xiàn)基于Android的變電站巡檢機(jī)器人輔助配置系統(tǒng)提高了?？奎c配置的工作效率，降低了工作強(qiáng)度，延長了單次配置的時間，為工程服務(wù)人員的現(xiàn)場調(diào)試工作提供便利。

5 結(jié)束語

介紹了變電站巡檢機(jī)器人現(xiàn)有的巡檢模型配置流程，并針對現(xiàn)有配置流程中存在的不足，提出

基于Android的變電站巡檢機(jī)器人輔助配置系統(tǒng)。闡述了該系統(tǒng)的總體設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)和系統(tǒng)測試。在系統(tǒng)總體設(shè)計中，分析了現(xiàn)有變電站巡檢模型配置的關(guān)鍵問題，介紹了輔助配置系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)實現(xiàn)中，描述了Android應(yīng)用程序的實現(xiàn)，論述了輔助配置流程。通過系統(tǒng)測試，驗證了該系統(tǒng)提高了停靠點配置的工作效率，降低了工作強(qiáng)度，延長了單次配置工作時間。

參考文獻(xiàn)

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