變電站巡視機器人自動導(dǎo)航定位的研究

王琳

摘要：自動化、智能化技術(shù)的發(fā)展，推動了電網(wǎng)改革的步伐。當(dāng)下自動化技術(shù)在變電站設(shè)備巡檢工作上，已有了廣泛的應(yīng)用。巡視機器人自動導(dǎo)航定位系統(tǒng)能保障機器人工作的有效性，有利于無人值守變電站的推廣，是電力領(lǐng)域的一項創(chuàng)新。本文分析了變電站巡視機器人的總體結(jié)構(gòu)、自動導(dǎo)航方法和自充電電源系統(tǒng)，以供參考。

關(guān)鍵詞：變電站;巡視機器人;自動導(dǎo)航定位

前言：當(dāng)下機器人的應(yīng)用范圍已逐漸擴大到了變電站巡檢工作之中，利用巡檢機器人，能解決變電站人工巡檢中的許多常見問題，是推動無人值守變電站發(fā)展的基礎(chǔ)。變電站巡視機器人導(dǎo)航方式有GPS定位、傳感器導(dǎo)航及多種組合的導(dǎo)航方式，具有效率高、定位精準(zhǔn)的優(yōu)勢。國內(nèi)電氣工程師在機器人圖像識別、尋跡算法等方面技術(shù)也做出了重要的貢獻(xiàn)。

1.變電站巡視機器人的應(yīng)用意義

變電站為保持長期穩(wěn)定的運行，需做好變電維護(hù)工作，實現(xiàn)高質(zhì)量和及時的設(shè)備檢測維護(hù)。變電站維護(hù)作業(yè)包括監(jiān)視控制、巡視檢修和大修技改這幾個方面，負(fù)責(zé)檢查、記錄現(xiàn)場設(shè)備故障，解決故障問題，更換設(shè)備和技術(shù)改造等工作[1]。巡視則是檢查電力設(shè)備發(fā)熱、運行聲音，其中人工巡視工作強度大，危險度高，在實際巡視中存在巡視質(zhì)量差、積極性不強等問題。同時，不同巡視人員技術(shù)水平高低不齊，對業(yè)務(wù)的熟練程度會影響其巡視效果。而巡視機器人在變電站的應(yīng)用。能實現(xiàn)巡視作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，能克服外界負(fù)面環(huán)境因素，大大減輕了人力勞動量，提高了巡視效率，是保障工作人員安全、降低員工勞動強度的重要措施、

2.巡視機器人總體結(jié)構(gòu)

變電站巡視機器人以紅外攝像儀、可見光攝像機為圖像采集設(shè)施，通過自動或手動遙控的方式，來檢查電氣設(shè)備有無發(fā)熱、漏油等故障，為運維人員提供故障先兆數(shù)據(jù)。

2.1 導(dǎo)航整體結(jié)構(gòu)

巡視機器人整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于監(jiān)控系統(tǒng)，由攝像機、無線通訊設(shè)備、傳聲器等組成?；矩?fù)責(zé)監(jiān)控與管理移動本體，機器人信息數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡(luò)集線器中，利用基站與移動本體組建的局域網(wǎng)，將信息發(fā)送至監(jiān)控管理中心。

2.2 功能使用

變電站工作人員在監(jiān)控中心下達(dá)指令后，指令經(jīng)由無線通訊傳輸至巡視機器人，機器人啟動并執(zhí)行指令信息，開啟自動導(dǎo)航，并移動到指定位置。之后，機器人識別到設(shè)備缺陷或故障后，會執(zhí)行報警或直接消除操作。巡視機器人可通過攝像頭來采集電力設(shè)備的圖像和運行聲音，來判斷設(shè)備運行情況，若有故障則報警上傳。無線通訊設(shè)備能使機器人與監(jiān)控中心進(jìn)行實時通信，將機器人反饋的報警信息可視化，顯示在監(jiān)控中心的顯示器上[2]。

3.自動導(dǎo)航方法

3.1 圖像采集

巡視機器人圖像采集系統(tǒng)建立在計算機技術(shù)基礎(chǔ)上，包括視覺傳感器、圖像采集與處理系統(tǒng)等。視覺傳感器在攝像頭捕捉到設(shè)備與線路圖像后，將圖像采集結(jié)果傳輸?shù)揭曨l處理軟件中，通過計算機系統(tǒng)來分析設(shè)備運行狀態(tài)。

3.2 移動控制系統(tǒng)

巡視機器人自動導(dǎo)航通過全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃來建模，其中，地理信息系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供全局路徑規(guī)劃，選擇路徑最短的運動軌跡。局部路徑規(guī)劃是通過對現(xiàn)場環(huán)境的采集，并與全部路徑規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行對比，實時優(yōu)化巡視機器人的最佳局部路徑。計算結(jié)果通過可編程控制器，來實現(xiàn)對機器人各個電機速度的控制，從而完成巡視機器人自動運行的要求[3]。

3.3 尋跡定軌

若巡視機器人勻速前進(jìn)，檢測到設(shè)定在路邊的金屬片定軌時輸出高電平，記為1，反之記為0。巡視機器人主控制器會定期采集傳感器中1和0狀態(tài)量，并與機器人內(nèi)所有傳感器狀態(tài)量進(jìn)行疊加，通過主控器的計算與對比，來判斷機器人軌跡偏移程度，之后調(diào)節(jié)驅(qū)動方向，使機器人能依照預(yù)定軌跡方向行駛。

若機器人行進(jìn)方向偏離預(yù)定軌中心線，偏向方向的傳感器，輸出的信號會更加密集，另一側(cè)則信號稀疏。偏移程度過大時，傳感器脫離檢測范圍，不會輸出脈沖信號。變電站尋跡定軌鋪設(shè)間隔一般為一米，每條金屬橫道鋪設(shè)完成后，會按順序編號并存儲到主控器中。巡視機器人正常行駛時，會將采集到的編號順序與編號表對比，來判斷機器人實時位置。若需機器人前往指定位置，則可在遠(yuǎn)程控制中心上選擇指定編號。機器人在預(yù)定軌跡上移動時，傳感器采集信號并分析后，將結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程控制中心，工作人員可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控終端來向機器人下達(dá)急停、轉(zhuǎn)移等指令，指令通過無線傳感器接口和通信接口，連接到機器人微處理器，來完成操作[4]。

4.多媒體監(jiān)控平臺

多媒體監(jiān)控平臺由圖像、聲音檢測單元、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制中心組成。遠(yuǎn)程控制中心位于變電站集控時計算機上，通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)，來連接計算機通信系統(tǒng)。機器人內(nèi)部計算機與站內(nèi)無線路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，若距離WLAN較近，無線數(shù)據(jù)傳輸速度則要快于 3G/GPRS，反之則速度減慢。因而，WLAN鏈路是機器人導(dǎo)航無線通訊的備用鏈路。

5.自充電電源系統(tǒng)

電源是巡視機器人的運行動力，其狀態(tài)決定了機器人能否正常運行。自動巡視機器人需要有一套全自動狀態(tài)監(jiān)測電源系統(tǒng)，充電管理是電源管理系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)檢測電池電量，實現(xiàn)充放電過程控制、人機界面交互功能。根據(jù)機器人載重需要，配備相應(yīng)數(shù)量的蓄電池，并實時監(jiān)測攜帶型蓄電池電量狀態(tài)，可根據(jù)蓄電池電流、采樣時間等參數(shù)來計算其剩余電流百分比[5]。

為提高蓄電池電壓測量精度，簡化檢測電路，蓄電池電量檢測硬件由傳感器、存儲器等部件組成。傳感器檢測到電流值后，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過計算來得出蓄電池剩余電量百分?jǐn)?shù)，再顯示在監(jiān)控管理終端界面上。當(dāng)剩余電量在 10% 以下時，蓄電池自動充電。

自動充電工作流程，是當(dāng)巡視機器人電力下降到一個設(shè)定值時，機器人會利用剩余電力移動到指定充電位置。之后對接控制器發(fā)出命令，電機停止轉(zhuǎn)動，啟動饋電至動作，合上電源電路控制開關(guān)，機器人處于充電狀態(tài)。充電完成后，對接控制器發(fā)出命令，電源開關(guān)斷開，自動充電過程完成，巡檢機器人進(jìn)入待機狀態(tài)，等待遠(yuǎn)程監(jiān)控中心指令。

6.巡視機器人的未來發(fā)展前景

巡視機器人是電網(wǎng)自動化改造的重要組成，未來會有很大的需求量和廣闊的發(fā)展前景與提升空間。

國內(nèi)變電站超過2萬座，未來將會實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的智能變電站改造。若按每年改造率提升 10% 計算，則未來三年里需要 2000-3000臺巡視機器人。結(jié)合配電網(wǎng)建設(shè)改造計劃要求分析可得，未來五年內(nèi)，我國變電站機器人需求量將會超過 10萬臺。

結(jié)束語：新時期國內(nèi)變電站對巡視機器人的需求越發(fā)強烈。為提高變電站設(shè)備檢測質(zhì)量，減少人為因素的干擾，巡視機器人被引入電力系統(tǒng)中，為實現(xiàn)變電站自動化、推動電力事業(yè)改革發(fā)揮了重要的作用。巡視機器人連續(xù)、精確的定位檢測，與多樣化的導(dǎo)航模式，能夠應(yīng)用于各種工作環(huán)境中，大大減輕了運維工作量，是智能變電站和無人值守變電站推廣的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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