變電站巡視機(jī)器人自動導(dǎo)航定位的研究

陶穎 萬濤 王璠

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們生活質(zhì)量水平的不斷提高，對于電力資源的需求在不斷增加。為了滿足人們的日常用電需求，就需要對傳統(tǒng)的人工巡視工作進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)的人工巡視不僅工作強(qiáng)度與難度大，而且巡視積極性與質(zhì)量較差，導(dǎo)致電力設(shè)備與線路存在著很大的安全隱患。因此就要將先進(jìn)的科學(xué)信息技術(shù)、自動化控制技術(shù)、精密儀器等技術(shù)運(yùn)用在變電站巡視工作中。

關(guān)鍵詞：變電站;巡視機(jī)器人;自動導(dǎo)航定位

引言：將巡視機(jī)器人運(yùn)用在變電站巡視工作中，不僅提高了巡視工作效率與質(zhì)量，降低了危險事故的發(fā)生概率，而且能夠有效解決巡視工作中存在的各種問題，具有著非常良好的發(fā)展前景，值得加大研究力度。

一、自動導(dǎo)航定位機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

變電站安全可靠運(yùn)行的前提是高質(zhì)量和及時檢測維護(hù)工作的開展。由于變電站維護(hù)工作量非常大，具有很高的危險性，稍加不注意就會引發(fā)安全事故，帶來巨大的人員財產(chǎn)損失。為了保障變電站的供電連續(xù)性，就需要做好監(jiān)視控制、巡視檢修以及技術(shù)改革工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人逐漸運(yùn)用在了變電站巡視工作中，其能夠高效、精準(zhǔn)做好監(jiān)視控制、巡視檢修，屬于技術(shù)上的一種跨越式改革，有效保障了變電站的供電安全與運(yùn)行平穩(wěn)。

（一）整體結(jié)構(gòu)

變電站巡視機(jī)器人具有著自動導(dǎo)航定位功能，其用來采集變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖像的結(jié)構(gòu)為紅外攝像儀、可見光攝像機(jī)。其操控方式為自動控制或者手動遙控控制，這樣就可以及時、全面、準(zhǔn)確獲取電氣設(shè)備的故障等，然后將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息傳遞給維修人員。其整體結(jié)構(gòu)類似于監(jiān)控系統(tǒng)，包括移動主體、紅外攝像機(jī)、可見光攝像機(jī)、基站、傳聲器、無線通訊設(shè)備等。

（二）使用方法

巡視機(jī)器人的使用方法分為以下幾個步驟：第一步，運(yùn)維人員先通過監(jiān)控中心進(jìn)行巡視指令的下達(dá)，在借助無線通訊將指令傳送給機(jī)器人，進(jìn)行設(shè)備啟動。第二步，機(jī)器人根據(jù)指令展開巡視工作，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的自動導(dǎo)航程序完成電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢查[1]。一旦發(fā)現(xiàn)故障問題，就會快速定位并且分析原因。第三步，借助無線通訊設(shè)備和監(jiān)控中心將故障信息或者圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的監(jiān)視器上，將報警信號傳輸給維修人員。

二、自動導(dǎo)航定位的方法

（一）圖像采集

變電站巡視機(jī)器人的圖像采集系統(tǒng)，是以計算機(jī)控制為中心，包括視覺傳感器、圖像采集與處理系統(tǒng)等。其整個采集過程為：先通過視覺傳感器獲取電氣設(shè)備以及線路圖像的模塊，使用了視頻采集卡，然后將采集的圖像信息傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)中，通過詳細(xì)的計算、分析，來將圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息，來觀察電氣設(shè)備以及線路的運(yùn)行狀態(tài)。

（二）移動控制系統(tǒng)

移動控制系統(tǒng)包括計算機(jī)主板、運(yùn)動控制卡、伺服控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)，可以對監(jiān)控平臺進(jìn)行多角度控制，然后配合機(jī)器人一起運(yùn)行展開巡視工作，能夠?qū)崿F(xiàn)多個角度的圖像拍攝。機(jī)器人的自動導(dǎo)航定位能夠通過建模方式，實現(xiàn)運(yùn)行路線的全局與局部規(guī)劃。全局規(guī)劃主要借助地理信息系統(tǒng)來進(jìn)行定位，選擇最短的直線路徑，避免繞路，并且將整個運(yùn)行軌跡描述出來[2]。局部規(guī)劃主要是通過周圍環(huán)境數(shù)據(jù)與全局規(guī)劃結(jié)果的對比，然后計算出局部運(yùn)行的最佳路線。在計算、分析過程中，都是由可編程控制器進(jìn)行控制，其速度較快，效率較高，可以實現(xiàn)自動化運(yùn)行。

（三）尋跡定軌

巡視機(jī)器人的前進(jìn)速度為每秒鐘前進(jìn)一米，并且始終保持勻速。機(jī)器人的主控制器會每間隔一段時間，從傳感器中采集機(jī)器人的運(yùn)行軌跡，如果檢測到將會標(biāo)記為“1”，如果檢測不到將會標(biāo)記為“0”。通過狀態(tài)值的采集，然后獲得相應(yīng)的脈沖數(shù)據(jù)。最終將采集到的所有狀態(tài)值進(jìn)行疊加，傳輸?shù)街骺刂破髦羞M(jìn)行計算分析，通過預(yù)先設(shè)定好的位置表進(jìn)行對比，來掌控機(jī)器人是否在運(yùn)行中偏離軌道，然后及時調(diào)節(jié)正確的運(yùn)行方向，保障其精準(zhǔn)完成工作。

當(dāng)機(jī)器人在定軌上的終點(diǎn)與艙位充電點(diǎn)時，輸出的脈沖圖就會出現(xiàn)誤差。主要是因為：預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行軌道既有直道，也有彎道，當(dāng)機(jī)器人在不偏離預(yù)先設(shè)定值時勻速前進(jìn)，根據(jù)輸出的脈沖圖規(guī)律，可以計算出機(jī)器人的移動速度為： ;當(dāng)機(jī)器人在前進(jìn)過程中偏離軌道，偏向的方向輸出的脈沖圖信號就會逐漸密集，正確軌道的脈沖圖信號就會逐漸稀少。如果機(jī)器人出現(xiàn)嚴(yán)重的偏離，傳感器就會不再檢測范圍，將沒有脈沖圖信號輸出。

變電站巡視機(jī)器人的尋跡定軌會每間隔一米進(jìn)行金屬橫道的鋪設(shè)，并且遵循了一定的規(guī)律，每一條金屬橫道都依照順序編碼，并將號碼存儲在主控制器中。當(dāng)機(jī)器人正常運(yùn)行時，就會通過行走編碼與預(yù)先設(shè)定好的編碼進(jìn)行對比，然后進(jìn)行位置的確定，能夠進(jìn)行自動定位。還可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，制定相應(yīng)的編碼，機(jī)器人就會執(zhí)行指令去相應(yīng)的目標(biāo)位置，整個數(shù)據(jù)信息都由監(jiān)控終端來監(jiān)控。

三、監(jiān)控平臺的設(shè)計

變電站巡視機(jī)器人的監(jiān)控平臺設(shè)計采用了多媒體技術(shù)，包括圖像監(jiān)視、聲音監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控、通信系統(tǒng)等。遠(yuǎn)程監(jiān)控通過 無線通訊網(wǎng)絡(luò)，與中央控制計算機(jī)連接，能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的交換、傳輸與遠(yuǎn)程控制。

在機(jī)器人的另一邊，還配置了工業(yè)控制計算機(jī)，其接口有 、 、串行等。在數(shù)據(jù)信息的傳輸中，會根據(jù)兩者之間的距離來合理選擇，以便達(dá)到最高傳輸效率。

自動導(dǎo)航定位機(jī)器人的通信系統(tǒng)包括車載通信單元、遠(yuǎn)程通信單元。車載工業(yè)控制計算機(jī)會通過遠(yuǎn)程通信單元，對監(jiān)測設(shè)備下達(dá)指令，讓其完成電氣設(shè)備以及線路的運(yùn)行狀態(tài)采集、反饋、監(jiān)控、傳輸?shù)?。它是通過串行來進(jìn)行連接，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效傳輸。一般情況下，其主線路為 ，備用線路為 。

四、電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

巡視機(jī)器人的整個運(yùn)行動力來源于自身電源，因此電源的狀態(tài)將會影響到機(jī)器人的正常穩(wěn)定運(yùn)行。為了保障機(jī)器人能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，就需要為其配置一套全自動、高效的電源監(jiān)控系統(tǒng)，及時分析、查找電源的故障，并且快速解決，保障電源的穩(wěn)定高效運(yùn)行。在電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，需要借助充電管理系統(tǒng)的運(yùn)用，來對電池的電量進(jìn)行檢測、充放電過程進(jìn)行控制、電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管，這樣才能對電池進(jìn)行實時監(jiān)控。一般情況下，會配備相應(yīng)數(shù)量的便攜式蓄電池，其電池使用量檢測方法為實際用量減去已經(jīng)使用的電量。

在整個巡視機(jī)器人中，其電壓的數(shù)值非常精準(zhǔn)，電路的檢測方法非常精簡，電量的監(jiān)測硬件部分是由傳感器、存儲器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、微處理器等組成[3]。在電流值的檢測中，是通過傳感器進(jìn)行電流信號的感應(yīng)與數(shù)據(jù)傳輸，能夠?qū)D像信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后借助微處理器進(jìn)行計算分析，將剩余電量百分?jǐn)?shù)計算出之后，將其顯示在監(jiān)控界面上。當(dāng)剩余電量百分?jǐn)?shù)低于百分之十，就會進(jìn)行自動充電，當(dāng)充滿之后，就會自動斷開。

結(jié)語：變電站巡視機(jī)器人是科學(xué)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的產(chǎn)物之一，是時代發(fā)展的必然趨勢。將其運(yùn)用在變電站電氣以及線路的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控中，具有高效、便捷、精準(zhǔn)優(yōu)勢，為我國電力企業(yè)的高速發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。現(xiàn)階段的機(jī)器人定位導(dǎo)航方式是多種導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合，也是我國電氣工程領(lǐng)域的一次重大突破，有待進(jìn)一步的研究提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅建軍，胡金磊，黎陽羊， 等.變電站巡視機(jī)器人自動導(dǎo)航定位的研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2018，37（12）：84-87.

[2]施澤華.基于機(jī)器視覺的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航定位技術(shù)[D].安徽：安徽理工大學(xué)，2018. DOI：10.7666/d.Y3395873.

[3]崔健.變電站智能巡檢機(jī)器人改進(jìn)技術(shù)研究[D].山東：山東大學(xué)，2018.