新能源場(chǎng)站中智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用可行性分析

喻洋 陸超 熊菲 晏志菁

（中國(guó)三峽新能源（集團(tuán)）股份有限公司，四川成都 610041）

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高下，電網(wǎng)規(guī)模呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，新能源場(chǎng)站投入量不斷增加，導(dǎo)致人力資源越來越短缺，而自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展和普及有助于后期智能巡檢機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用，不僅可以將人工生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苌a(chǎn)方式，還極大地提高了運(yùn)維巡檢效率。為了進(jìn)一步提高新能源場(chǎng)站智能化管理水平，如何對(duì)智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用可行性分析是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1.智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用情況

智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，通過采用搭建傳感檢測(cè)設(shè)備的方式對(duì)圖像和紅外帶電進(jìn)行系統(tǒng)化識(shí)別和檢測(cè)，并利用自動(dòng)化技術(shù)完成對(duì)變電站設(shè)備和周圍環(huán)境的自動(dòng)化巡檢?，F(xiàn)階段，通過應(yīng)用智能巡檢機(jī)器人不僅確保設(shè)備外觀巡視效率得以大幅度提升，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)表計(jì)的智能化抄錄，有效地保證氣象數(shù)據(jù)采集的完整性和全面性[1]，便于后期變電運(yùn)維工作的有效開展。此外，巡檢機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行期間，經(jīng)常用到的轉(zhuǎn)向方式主要包含以下3種：（1）將8個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置于機(jī)器人中，并利用4個(gè)輪轉(zhuǎn)向功能，保證整個(gè)機(jī)器人轉(zhuǎn)向的完整性和系統(tǒng)性。（2）將4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置于相應(yīng)的機(jī)器人中，并采用左右兩邊驅(qū)動(dòng)的方式確保整個(gè)機(jī)器人始終處于原地轉(zhuǎn)向的狀態(tài)。（3）機(jī)器人主要由以下兩個(gè)部分組成，分別是驅(qū)動(dòng)輪和萬向輪。利用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間所形成的速度差對(duì)整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一處理。巡檢機(jī)器人轉(zhuǎn)向方式對(duì)比如表1所示。

表1 巡檢機(jī)器人轉(zhuǎn)向方式對(duì)比

2.智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用可行性方案

導(dǎo)航、定位是否精確直接影響了巡檢機(jī)器人的自動(dòng)化控制水平，巡檢機(jī)器人一旦出現(xiàn)導(dǎo)航偏差問題，會(huì)自動(dòng)偏離預(yù)設(shè)路徑，從而引發(fā)嚴(yán)重的拋錨停機(jī)現(xiàn)象[2]。所以，要通過采用激光導(dǎo)航方式對(duì)智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)行可行性分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢機(jī)器人運(yùn)行性能的有效優(yōu)化和完善。

2.1 激光傳感器選擇

在研發(fā)和設(shè)計(jì)巡檢機(jī)器人期間，要優(yōu)先選用3D激光傳感器，盡可能避免環(huán)境因素對(duì)機(jī)器人的定位精確度產(chǎn)生不良影響。激光傳感器作為一種重要的核心設(shè)備，主要用于對(duì)機(jī)器人地圖和導(dǎo)航系統(tǒng)的創(chuàng)建和定位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器中心間距的精確化測(cè)量[3]。當(dāng)傳感器與外部環(huán)境進(jìn)行交互期間，外部環(huán)境內(nèi)部各種因素對(duì)傳感器產(chǎn)生直接性的影響，確保傳感器測(cè)距性能得以大幅度提升?，F(xiàn)階段，部分廠家巡檢機(jī)器人在實(shí)際設(shè)計(jì)期間主要用到了2D激光傳感器，該傳感器主要起到了導(dǎo)航定位的作用，通過采用單線激光掃描的方式對(duì)水平面進(jìn)行掃描處理，并進(jìn)入二維定位環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)二維定位數(shù)據(jù)的全面化獲取和整理，然后，利用相關(guān)算法完成對(duì)三維激光點(diǎn)云的計(jì)算，從而形成相應(yīng)的三維空間數(shù)據(jù)。但是，機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)期間無法確保機(jī)器人處于同一個(gè)水平面上[4]，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度、輪胎磨損情況等參數(shù)的變化均會(huì)導(dǎo)致三維數(shù)據(jù)出現(xiàn)嚴(yán)重的混亂現(xiàn)象。通過利用3D激光傳感器開展導(dǎo)航定位工作，可以獲得相應(yīng)的水平面二維數(shù)據(jù)，從而形成相應(yīng)的三維空間數(shù)據(jù)，并借助三維數(shù)據(jù)特征進(jìn)行定位操作。最后，還要采用三維定位功能[5]對(duì)三維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化處理，即使機(jī)器人輪胎出現(xiàn)不同程度的磨損現(xiàn)象，整個(gè)環(huán)境也會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，可以利用后臺(tái)算法開展相關(guān)補(bǔ)償工作，從而更好地避免對(duì)巡檢機(jī)器人導(dǎo)航定位功能產(chǎn)生不良的影響。目前，某省份通過構(gòu)建500kV吳寧新能源場(chǎng)站，應(yīng)用智能巡檢機(jī)器人開展相應(yīng)的試點(diǎn)應(yīng)用工作，以最大限度地提高導(dǎo)航定位誤差處理的科學(xué)性和合理性，將巡視任務(wù)設(shè)置為2項(xiàng)，采用重復(fù)導(dǎo)航定位方式對(duì)10個(gè)巡檢點(diǎn)進(jìn)行全面化檢查，并對(duì)最終平均值進(jìn)行誤差分析[6]，接著，采用巡檢點(diǎn)定位的方式對(duì)巡檢點(diǎn)位偏差進(jìn)行系統(tǒng)化統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)與2D激光導(dǎo)航相比，3D激光導(dǎo)航具有較高的精確性和穩(wěn)定性。激光導(dǎo)航穩(wěn)定性測(cè)試如表2所示。

表2 激光導(dǎo)航穩(wěn)定性測(cè)試

2.2 輪胎選擇

現(xiàn)階段，某檢修分公司為了提高巡檢效率，搭建和應(yīng)用了43臺(tái)智能巡檢機(jī)器人，根據(jù)該機(jī)器人最終維保消缺記錄情況將故障消缺次數(shù)設(shè)置為70次。根據(jù)巡檢機(jī)器人輪胎問題將巡檢脫軌和占總故障次數(shù)分別設(shè)置為14起、18.6%，巡檢機(jī)器人故障原因統(tǒng)計(jì)分析如表3所示。

表3 巡檢機(jī)器人故障原因統(tǒng)計(jì)分析

此外，在對(duì)巡檢機(jī)器人硬件進(jìn)行選型處理期間，需要在充分考慮輪胎故障信息的基礎(chǔ)上優(yōu)先選出實(shí)心輪胎，盡可能避免對(duì)充氣輪胎的選用，如果選用了充氣輪胎，一旦巡檢機(jī)器人內(nèi)部輪胎氣壓出現(xiàn)不同程度的變化，勢(shì)必會(huì)造成機(jī)器人出軌[7]。在選用實(shí)心輪胎期間，需要定期觀察巡檢機(jī)器人輪胎磨損程度，避免引發(fā)充電失效、脫軌跌落等問題。

2.3 驅(qū)動(dòng)方式選擇

為了選出合適的巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式，現(xiàn)根據(jù)該機(jī)器人的實(shí)際使用情況對(duì)四輪四驅(qū)的方式應(yīng)用效果進(jìn)行分析，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)巡檢機(jī)器人輪胎出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。就會(huì)出現(xiàn)不同程度的定位偏移。四輪四驅(qū)方式巡檢機(jī)器人輪胎磨損情況如圖1所示，從圖1中可以看出，該輪胎磨損程度較高。所以，為了進(jìn)一步提高巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)水平，技術(shù)人員要優(yōu)先選用四輪八驅(qū)的方式，并科學(xué)地構(gòu)建和應(yīng)用動(dòng)力學(xué)控制模型[8]，使巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制性大幅度提升，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人輪胎的有效保護(hù)，使得機(jī)器人的運(yùn)行性能得以顯著提升。

圖1 四輪四驅(qū)方式巡檢機(jī)器人輪胎磨損情況

2.4 激光建圖注意事項(xiàng)

對(duì)于巡檢機(jī)器人而言，其地圖數(shù)據(jù)主要是由多種類型的激光路標(biāo)組成，單個(gè)路標(biāo)主要由以下幾個(gè)部分組成，分別是全局坐標(biāo)系位置和激光測(cè)距數(shù)據(jù)。在構(gòu)建巡檢電子地圖期間，需要根據(jù)所設(shè)置好的路標(biāo)參數(shù)信息確定出相應(yīng)的路標(biāo)位置數(shù)據(jù)，為后期形成完整的電子地圖打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，在進(jìn)行機(jī)器人激光建圖期間，需要選用合適的路標(biāo)參考物，同時(shí)，還要結(jié)合機(jī)器人的巡檢路徑規(guī)劃情況，根據(jù)所設(shè)置好的設(shè)備構(gòu)架、房屋等位置參數(shù)確保物體外觀的美觀性和固定性。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/h3>

目前，為了確保巡檢機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)與移動(dòng)巡檢機(jī)器人之間能夠建立起有效的連接，需要利用無線網(wǎng)橋基站，對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行安全化傳輸，但是，部分機(jī)器人在選用無線網(wǎng)絡(luò)期間使用了無線Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，無法有效滿足內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。巡檢機(jī)器人系統(tǒng)作為一種獨(dú)立的系統(tǒng)，紅外測(cè)溫、表計(jì)識(shí)別等相關(guān)數(shù)據(jù)無法直接共享到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，嚴(yán)重影響了重要數(shù)據(jù)的互通和共享效果。部分國(guó)網(wǎng)公司在構(gòu)建無線專網(wǎng)期間，需要根據(jù)機(jī)器人數(shù)據(jù)接入情況，利用加密芯片對(duì)無線專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和保存，同時(shí)，還要利用安全數(shù)據(jù)平臺(tái)將相關(guān)數(shù)據(jù)直接接入相應(yīng)的內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)中。目前，某省份500kV智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)成功連接于若干個(gè)客戶終端設(shè)備，通過利用安全加密模塊將新能源場(chǎng)站1.8G基站，向遙控射頻信號(hào)發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)。同時(shí)，還要利用處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，并確保安全數(shù)據(jù)接入平臺(tái)與電力信息內(nèi)網(wǎng)之間建立起有效的連接，解決Wi-Fi傳輸數(shù)據(jù)所造成的一系列的安全性問題?？傊?，為了確保智能巡檢機(jī)器人發(fā)揮出更大的應(yīng)用價(jià)值，技術(shù)人員 要盡可能提高該設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩浴?/p>

3.結(jié)語

在人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展下，機(jī)器人操作方式不斷推廣和普及，有效取代了人工處理方式，使得機(jī)器人逐漸發(fā)展為電網(wǎng)中的重要角色。但是，在現(xiàn)階段中，智能巡檢機(jī)器人在具體的應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的軟件問題和硬件問題，為此，技術(shù)人員要對(duì)智能巡檢機(jī)器人的激光傳感器、輪胎、驅(qū)動(dòng)方式、激光建圖注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘冗M(jìn)行應(yīng)用可行性分析，確保巡檢機(jī)器人更好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，使其能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，以保證新能源場(chǎng)站智能化運(yùn)維的精確性、可靠性。