變電站巡檢機(jī)器人巡檢路徑規(guī)劃策略及應(yīng)用

魏嫽嫽

摘 要：為使變電站智能巡檢機(jī)器人巡檢工作高效順利進(jìn)行，提出適合巡檢機(jī)器人巡檢任務(wù)規(guī)劃的方式，以使其在智能系統(tǒng)的支撐下能夠獨立完成巡檢任務(wù)。該巡檢方式以采集變電站內(nèi)部巡檢任務(wù)點的特征為基礎(chǔ)，綜合考慮巡檢類型、設(shè)備類型、巡視路線等不同特征及難度因素進(jìn)行規(guī)劃，從而得到機(jī)器人完成巡檢任務(wù)的最佳路線。根據(jù)巡檢機(jī)器人自身安裝的多種傳感器，綜合分析周圍環(huán)境信息，從而對機(jī)器人的巡檢方式進(jìn)行規(guī)劃，保證其在異常情況下也可以安全順利完成巡檢任務(wù)。

關(guān)鍵詞：變電站巡檢;機(jī)器人;路徑規(guī)劃;策略

變電站巡視與維護(hù)工作大量重復(fù)且機(jī)械，當(dāng)前人工巡檢方式不僅耗費了大量人力、財力與物力，而且極易使人員疲勞從而降低工作效率，造成成本消耗與資源浪費。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，使用機(jī)器人來完成變電站的巡檢工作已成為可能，智能巡檢機(jī)器人的使用極大提高了巡視效率，也將巡檢工作做到細(xì)致化、批量化，達(dá)到節(jié)省成本的目的。

1.巡檢機(jī)器人

變電站占地面積廣闊，而且不同類型和不同電壓等級的電力設(shè)備放置較為分散，很難使用固定機(jī)器人完成對整個變電站的巡檢，若使用移動機(jī)器人可解決該問題。當(dāng)前變電站大都采用無人值守模式，變電站各類設(shè)備運行數(shù)量較多且邏輯關(guān)系較為復(fù)雜，機(jī)器人作為一種輔助設(shè)備，無法同時完成變電站的信息處理、分析、識別等多項功能。因此增加智能統(tǒng)輔助系統(tǒng)配合巡檢機(jī)器人，能夠高效地完成變電站的巡檢[1]。

智能巡檢機(jī)器人可以實現(xiàn)信息采集、一二次設(shè)備巡視、紅外測溫、表計讀數(shù)、室內(nèi)外溫濕度、風(fēng)速等功能，同時將巡視結(jié)果以視頻、圖像的形式上傳到后臺控制系統(tǒng)，運維人員可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。變電站運行智能輔助系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集獲得信息之后，調(diào)用專家系統(tǒng)來識別巡檢信息，進(jìn)行推理與分析，在智能告警輸出模塊將信息分檢成簡報、信息，回傳到主控室，發(fā)送給運維人員。

由此可以看出在整個變電站巡檢中，移動機(jī)器人作為核心除了要完成變電站的信息采集之外，還要移動到合適位置，完成信息捕捉，因此為使移動機(jī)器人更加合理有效，對其進(jìn)行路徑規(guī)劃尤為關(guān)鍵。

2.巡檢機(jī)器人路徑規(guī)劃的問題

在對智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃過程中，需要解決三個關(guān)鍵問題：①變電站不同電氣設(shè)備的位置是固定狀態(tài)，機(jī)器人從出發(fā)位置達(dá)到目標(biāo)點存在多條路徑，因此，需結(jié)合定位系統(tǒng)、離線地圖來確定機(jī)器人出發(fā)位置、目標(biāo)位置、聯(lián)通路徑、最佳路徑[2]。②當(dāng)機(jī)器人在巡檢工程中，遇到了障礙物，需要及時發(fā)現(xiàn)并辨別障礙物，以便快速繞開障礙物，返回至原本路徑避免走偏;③由于巡視路線較為固定，因此可通過避免障礙物發(fā)生糾偏從而優(yōu)化巡檢路徑，使巡檢機(jī)器人得到最大利用化。

3.路徑規(guī)劃策略實現(xiàn)

機(jī)器人巡檢路徑規(guī)劃策略涉及輔助智能系統(tǒng)生成離線規(guī)劃路徑，具體包括：

（1）為提高機(jī)器人巡檢的實時性，變電站輔助系統(tǒng)在借助現(xiàn)代設(shè)備與定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在二維平面內(nèi)實現(xiàn)路徑最優(yōu)規(guī)劃圖，明確機(jī)器人巡檢路徑出發(fā)點、目標(biāo)點，使用離散細(xì)粒度表示整巡檢路徑，在綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)形成一個二維巡檢路徑。

（2）變電站附屬系統(tǒng)可在生成二維巡檢路徑后，使用網(wǎng)格將系統(tǒng)圖導(dǎo)入并發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人通過智能系統(tǒng)梳理巡檢路徑表上不同定點位置的含義，從而將巡檢路徑轉(zhuǎn)化成為機(jī)器人解讀狀態(tài)之后執(zhí)行，進(jìn)而移動執(zhí)行命令。

（3）機(jī)器人在當(dāng)前位置，從本身位置出發(fā)移動到起始位置，按照已經(jīng)規(guī)劃的巡檢路徑移動。機(jī)器人在移動過程中以最初出發(fā)點為中心，四周位置與設(shè)備使用柵格的方式細(xì)化，柵格數(shù)據(jù)就是機(jī)器人移動的數(shù)據(jù)與方向，機(jī)器人所在位置根據(jù)行列序號轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的坐標(biāo)，定位是根據(jù)數(shù)據(jù)在集中位置得到的數(shù)據(jù)。運用這種細(xì)化方式就可有效按照系統(tǒng)設(shè)置的巡檢路徑作為指導(dǎo)，機(jī)器人據(jù)此進(jìn)行移動。

（4）智能巡檢機(jī)器人借助各類傳感器來獲得不同方向障礙物的實際情況，從而實現(xiàn)采集信息和與周圍信息實現(xiàn)互動。巡檢機(jī)器人根據(jù)本身的傳感元件測量周圍的環(huán)境狀態(tài)，在測量、分析、處理的過程中進(jìn)一步控制系統(tǒng)，對分析結(jié)果按照預(yù)先編寫的程序完成操作，對執(zhí)行元件下達(dá)相同的指令完成動作。

（5）在排除障礙物的同時結(jié)合地圖上的巡檢路徑，使用切圖像法選擇路徑，以最小為選擇方向，切線圖法以多邊形障礙物模型為主要基礎(chǔ)，在任意形狀下障礙物都使用近似多邊形來替代，能夠在自由空間當(dāng)中構(gòu)造切線圖，因此從出發(fā)點、到目標(biāo)點，機(jī)器人都是沿著切線行走，也就是說機(jī)器人幾乎是按照障礙物在行走，路徑比較短[3]。

通過上述策略的實現(xiàn)，機(jī)器人在巡檢的時候，確認(rèn)移動步長之后，基本上能夠根據(jù)巡檢路徑選擇合適的移動方向，自動完成巡檢，變電站機(jī)器人導(dǎo)航巡檢流程圖如圖1所示。

4.應(yīng)用

由于變電站輔助智能系統(tǒng)只是離線生成巡檢路徑，將巡檢路徑傳輸給機(jī)器人，功能相對簡單。但是機(jī)器人在這個過程中需要理解路徑、判斷路徑、執(zhí)行、繞開障礙物，其在開發(fā)中是主要難點。例如機(jī)器人如何通過其本身的傳感器采集自身狀態(tài)、周邊環(huán)境信息，同時將采集到的信息傳遞與反饋到智能輔助系統(tǒng)當(dāng)中;機(jī)器人判斷當(dāng)前位置是否是預(yù)設(shè)目標(biāo)點，如果達(dá)到目標(biāo)點則完成巡檢任務(wù)，接下來再次規(guī)劃前進(jìn)方向。在結(jié)合傳感器信息的過程中，巡檢機(jī)器人判斷前方路徑是否存在障礙物，如果沒有則按照之前規(guī)劃的路徑移動，如果存在障礙物就按照上文提出的路徑規(guī)劃策略再次規(guī)劃路徑。

結(jié)語：實際上當(dāng)前巡檢機(jī)器人已經(jīng)投入智能變電站當(dāng)中使用，并且取得了顯著成就。在當(dāng)前的機(jī)器人設(shè)計中，使用了離線巡檢路線、傳感技術(shù)路線相結(jié)合，變電站巡檢路徑規(guī)劃科學(xué)合理，能夠深入分析傳遞的信息，并及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備可能存在的安全隱患，從而提高了變電站運行的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張承模， 田恩勇， 胡星，等. 變電站巡檢機(jī)器人巡檢路徑規(guī)劃策略的研究[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用， 2019， 038（011）：89-93.

[2] 張凡， 蔡濤， 劉文達(dá)，等. 基于改進(jìn)JPS算法的電站巡檢機(jī)器人路徑規(guī)劃[J]. 電子測量技術(shù)， 2020， v.43;No.340（08）：16-22.

[3] 李楊. 變電站巡檢機(jī)器人的路徑規(guī)劃研究[J]. 決策探索（中）， 2020， No.642（02）：71-71.

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