變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)的研究與應用

白永輝

摘要：本文首先介紹了變電站巡檢機器人的系統(tǒng)設計以及功能，然后對智能機器人巡檢系統(tǒng)的實際應用進行了詳細的分析，昀后對變電站巡檢機器人的未來的發(fā)展趨勢進行了展望。

關鍵詞：變電站巡檢;機器人智能;電力系統(tǒng)

1變電站巡檢機器人

變電站巡檢機器人系統(tǒng)是集機電一體化技術、多傳感器融合技術、電磁兼容技術、導航及行為規(guī)劃技術、機器人視覺技術、安防技術、穩(wěn)定的無線傳輸技術于一體的復雜系統(tǒng)，采用完全自主或遙控方式，代替巡檢人員對變電站室外一次設備的部分項目進行巡檢，并對圖像進行分析和判斷，及時發(fā)現(xiàn)電力設備存在的問題，為無人值班變電站的推廣應用提供創(chuàng)新型的技術檢測手段，提高電網(wǎng)的可靠穩(wěn)定運行水平。

2變電站巡檢機器人的系統(tǒng)設計以及功能

機器人在實際的巡檢系統(tǒng)應用過程中，一般都是采用分層式的控制結(jié)構(gòu)，主要分成兩層結(jié)構(gòu)，其中包括基站的控制系統(tǒng)層以及移動站系統(tǒng)層。

1基站控制系統(tǒng)層

1.1機器人遙控

在機器人的實際應用過程中，可以利用遙控來對機器人進行遠程的控制，對于機器人的行駛或者是攝像機調(diào)焦等一系列的操作，都可以利用機器人遙控來實現(xiàn)，主要是利用鍵盤或者是鼠標來完成。

2.1.2自動巡視

實現(xiàn)機器人自動巡視任務創(chuàng)建、存儲、刪除、人工下發(fā)和定時自動執(zhí)行。通過機器人巡視任務創(chuàng)建和刪除的人機界面，操作人員可以手工設定自動執(zhí)行的時間。自動巡視任務執(zhí)行時，把本次任務需要到達的?？奎c以及工作任務下發(fā)到移動機器人，機器人可執(zhí)行的相應工作任務有：自動云臺動作、自動攝像機調(diào)焦、自動紅外熱像儀的操作、自動可見光與紅外數(shù)據(jù)采集和自主充電。

2.1.3實時圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控

智能機器人的巡檢系統(tǒng)當中可以對可見光攝像機以及紅外熱像儀進行實時的視頻顯示，主要是為了能夠更好的配合遙控以及自動巡檢的功能，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)操作人員在后臺對其進行巡視和監(jiān)督，方便檢測數(shù)據(jù)的詳細記錄。

2.1.4機器人狀態(tài)信息顯示

在實際的應用過程中，可以實時的對機器人的內(nèi)部狀態(tài)信息進行有效的后臺顯示和監(jiān)督，能夠通過這些信息的反饋，及時的了解到機器人的實際運行狀態(tài)，不僅能夠方便對機器人的巡檢控制，而且能夠通過電子地圖上的位置顯示，輕而易舉的找到機器人的實際位置所在點。

2.1.5數(shù)據(jù)儲存與分析

把機器人運行需要的電子地圖信息、任務管理信息、工作系統(tǒng)信息及實時數(shù)據(jù)庫信息保存到數(shù)據(jù)庫，同時對機器人運行產(chǎn)生的日志和巡視進行記錄，以備歷史查詢和分析。提供檢測數(shù)據(jù)的處理分析功能。

2.2移動站系統(tǒng)層

移動站系統(tǒng)主要由主控計算機、運動控制、導航定位、巡視檢測、能源電池、網(wǎng)絡通信等系統(tǒng)以及機器人機械結(jié)構(gòu)等模塊組成，實現(xiàn)機器人運動控制、導航定位、可見光及紅外數(shù)據(jù)檢測采集、能源管理補給以及狀態(tài)信息上傳等功能，結(jié)合基站控制系統(tǒng)，完成機器人遙控巡視和自動規(guī)劃巡視等功能。其主要功能包括：

2.2.1主控計算機系統(tǒng)

主控計算機系統(tǒng)程序采用基于 WinCE嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)，由 C++面向?qū)ο缶幊陶Z言開發(fā)，主要負責導航定位信息的采集處理。根據(jù)監(jiān)控主站控制命令，一方面控制機器人運動，另一方面控制檢測傳感器，進行檢測數(shù)據(jù)的采集和上傳，并上傳機器人狀態(tài)信息。

2.2.2導航定位系統(tǒng)

主要由導航傳感器和定位傳感器兩部分組成。導航傳感器為磁導航傳感器，跟蹤地面預先鋪設的磁導航軌跡實現(xiàn)導航。定位傳感器采用 RFID定位傳感器，為機器人提供定位停靠等位置信息。

2.2.3運動控制系統(tǒng)

包括機器人的行駛機構(gòu)、驅(qū)動電機、運動控制器等設備，實現(xiàn)機器人的運動控制。

2.2.4動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)包括電池、電源管理器、自動充電機構(gòu)等模塊，為機器人的長期可靠運行提供保障，實現(xiàn)電池能源的分配、管理、自動補給。

2.2.5檢測采集系統(tǒng)

檢測采集系統(tǒng)主要包括可見光攝像機、紅外熱象儀、云臺以及相應的采集和傳輸設備，通過基站系統(tǒng)的監(jiān)控計算機和移動站系統(tǒng)的主控計算機配合，控制云臺、攝像機和紅外成像

儀的操作，進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。

3智能機器人巡檢系統(tǒng)的實際應用

3.1三維電子地圖技術

在智能機器人的巡檢系統(tǒng)應用過程中，還融入了其他的全新技術來配合使用，利用三維虛擬現(xiàn)實技術，能夠?qū)ψ冸娬具M行實際規(guī)模的建造，三維電子地圖技術的應用，能夠有效的代替二維平面地圖的局限性，不僅能夠讓后臺操作人員有身臨其境的感覺，而且能夠更加確切的對巡檢的位置加以確定。

3.2實時數(shù)據(jù)曲線分析技術

在實際的操作過程中，設備的溫度會在其自身的負荷變化下而產(chǎn)生相對應的變化和影響，單純的溫度變化趨勢不僅不能夠切實有效的體現(xiàn)設備由于老化或者是一些缺陷的問題，而如果與設備的實際運行負荷有一定的關聯(lián)，則需要通過兩跳曲線的變化來對其進行詳細的分析，這樣就能夠明顯的對其進行深入的判斷，判斷是否是負荷的變化從而引起溫度的變化，或者是由于設備自身的老化或者是設備的一些缺陷問題而造成的。所以在機器人的實際巡檢過程中，其自身巡檢測溫報告，要與變電站的運行管理MIS系統(tǒng)進行有效的關聯(lián)，這樣能夠在保證機器人的實際巡檢過程中，通過便點運行管理系統(tǒng)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異?，F(xiàn)象以及實現(xiàn)查詢功能的昀大化作用等等，這樣能夠從根本上提高巡檢數(shù)據(jù)的質(zhì)量和水平，從而有效的提高變電站的整體巡檢管理水平。

3.3模式識別技術

由于運動控制精度、導航?？烤鹊南拗?，對于具體檢測點的被檢設備，機器人不可能每次都能完全對準目標;同時由于觀測距離的不同，一次可能會檢測到多個設備，從而影響整個檢測結(jié)果。通過模式識別算法，配合檢測位置，可以有效分辨、定位目標設備，確保檢測數(shù)據(jù)的準確性，為及時掌握設備的運行狀況提供可靠信息。

4發(fā)展趨勢

隨著變電站向無人值班化及智能化方向快速發(fā)展，對變電站巡檢機器人的需求十分迫切。未來變電站巡檢機器人的研究目標是提高巡檢機器人的智能性、運動靈活性以及高精度和配置簡便的導航方式。其發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下方面：

數(shù)據(jù)分析智能化。繼續(xù)提高現(xiàn)有基于模板的模式識別算法的適用性，提高模式識別成功率和效率，同時開展基于設備形狀和紋理特征的模式識別技術研究，實現(xiàn)機器人按設備類型學習。

移動平臺靈活化。針對變電站設備區(qū)復雜地面，一方面改進現(xiàn)有輪式移動平臺的結(jié)構(gòu)設計，提高運行速度和越障能力;另一方面增強機器人自我防護能力，增加障礙識別和繞障能力，提高執(zhí)行效率。

開展組合導航技術的研究。應用激光、視覺、光學、慣性、磁等多種導航及組合導航方式，實現(xiàn)機器人巡視路徑的自由規(guī)劃，提高機器人環(huán)境適應性。

5結(jié)束語

電力系統(tǒng)不僅其自身的結(jié)構(gòu)非常復雜，而且其自身的安全合理運行能夠直接對人們的日常生活產(chǎn)生一定影響，所以在這種形勢下，智能機器人的應用，不僅能夠優(yōu)化傳統(tǒng)的變電站巡檢任務，而且能夠利用現(xiàn)代技術對實際的設備以及現(xiàn)場進行詳細的檢測和控制，機器人的合理應用，能夠昀大限度的減少人為勞動力，而且能夠?qū)崿F(xiàn)變電站巡檢任務的統(tǒng)一化和標準化。

參考文獻

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