智能巡檢機器人應(yīng)用現(xiàn)狀及問題探析

李 密，林 旭，陳佳期，曾遠強，盧雨畋

（福建省海峽智匯科技有限公司，福建 廈門 361000）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)在已經(jīng)是一個智能化的大數(shù)據(jù)時代。人工智能技術(shù)就是順應(yīng)時代的發(fā)展所產(chǎn)生的技術(shù)，并在當(dāng)前的環(huán)境背景之下得到了良好的發(fā)展。與此同時，人工智能也成了人們倍加關(guān)注的行業(yè)，這項技術(shù)已經(jīng)不像十幾年前那樣只是存在于電影中的技術(shù)了，其已經(jīng)變?yōu)榱爽F(xiàn)實，可能還達不到電影中那么智能，但已經(jīng)是實實在在地影響到了大眾的生活，改善了大眾的生活。尤其在變電站的檢查與維護方面更是得到了極大的發(fā)展，為了保障整個電網(wǎng)的正常運行需要對電路進行日常的巡檢與維護，而電網(wǎng)的巡檢工作所包含的工作強度是非常大的，對此國家電網(wǎng)開始研發(fā)智能巡檢機器人來用于電網(wǎng)的巡檢維護工作中，保障電網(wǎng)的正常運行。

1 智能巡檢機器人概述

隨著國家電網(wǎng)的不斷發(fā)展，我國的電力建設(shè)已經(jīng)基本覆蓋了所有用電需求的地區(qū)，為了滿足人民的基本用電需求，國家電網(wǎng)可以說是一直在不計成本地進行電路的鋪設(shè)，雖然基本的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)鋪設(shè)完成，可是電網(wǎng)后期的巡檢維護工作依舊是一項艱巨的任務(wù)。尤其是一些電路鋪設(shè)的地區(qū)較為偏僻，這就提高了電網(wǎng)巡檢與維修的難度，而從事電力巡檢工作的人員無法滿足現(xiàn)在的電網(wǎng)巡檢的各種需求，并且電網(wǎng)的巡檢對于工作人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高，這就使得電網(wǎng)巡檢工作難以開展。國家電網(wǎng)為了解決這一問題開始了對智能巡檢機器人的研發(fā)與探索，現(xiàn)在已經(jīng)初具成效。用通俗的語言來講，智能巡檢機器人其實就是一個搭載著多種傳感設(shè)備，能夠通過遙控或是自主進行移動的機器。智能巡檢機器人就是用來巡視檢測特定的設(shè)備運行狀態(tài)及對行業(yè)業(yè)務(wù)進行處理等所制定的可以編程遙控的機器。國家電網(wǎng)為了滿足不同工作的需求，設(shè)計研發(fā)了多種智能巡檢機器人，其中有變電站巡檢機器人、地面巡檢機器人和線路巡檢機器人等，這些機器人的工作職能就是協(xié)助或代替電力工作人員進行發(fā)電、輸電、驗電和維修等一系列相關(guān)的電力工作，具體的應(yīng)用領(lǐng)域有變電站、發(fā)電廠、輸電廊道、工廠變電站及解壓槽等用電或發(fā)電場所。其中，變電站智能巡檢機器人的主要作用就是代替工作人員完成并解決巡檢工作過程中所遇到的困難、危險、煩瑣及重復(fù)性的工作。該技術(shù)已經(jīng)得到了較好的發(fā)展，在實際的工作過程中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而用于變電站中進行巡檢工作的智能機器人，所運用的技術(shù)包括衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)等，同時智能巡視機器人還具有安全防護單元、導(dǎo)航定位單元、控制單元、動力單元和通信單元等一系列的機器模塊。國家電網(wǎng)研發(fā)的智能巡檢機器人具有極高的智能化，同時還兼具對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力及長時間工作續(xù)航的能力，這些都是為了使得智能巡檢機器人可以代替電網(wǎng)工作人員對電路進行巡檢工作，降低電網(wǎng)工作人員的工作強度，同時保障電網(wǎng)的正常運行，滿足人民日常生活對用電的需求。智能巡檢機器人的機身搭載了各種傳感設(shè)備，其中包括高清攝像頭、紅外熱像儀和超聲傳感器等一系列核心傳感設(shè)備及其他的一些具有輔助功能的模塊。大多數(shù)的智能巡檢機器人都采用的是四輪驅(qū)動模式，這是為了方便機器人的快速移動，同時巡檢機器人還具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力，可以在較為崎嶇的地方開展巡檢，還可以對周圍的環(huán)境進行360°無死角的檢測，保證了巡檢工作的質(zhì)量。智能巡檢機器人還可以對外界的環(huán)境進行掃描分析，并將分析得出的結(jié)果上傳到主機中，巡檢機器人可以對周圍的天氣情況、溫度和濕度等環(huán)境情況進行分析，同時其還具有自主充電的能力，這是為防止機器人出現(xiàn)因沒有充足的電源而無法長距離的電流巡檢工作的情況。

2 變電站巡檢機器人應(yīng)用現(xiàn)狀

我國對于智能巡檢機器人的研發(fā)最早是在1999年，由國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院及山東魯能智能技術(shù)有限公司聯(lián)合研發(fā)，從研究到第1臺變電站智能巡檢機器人的問世花費了5年的時間，這主要是因為國內(nèi)對于相關(guān)技術(shù)的研究比較缺乏，才使得這項工作進行得如此艱難。經(jīng)過這5年對該技術(shù)的研發(fā)與投入，為這項技術(shù)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)，在后來的發(fā)展過程中，變電站智能巡檢機器人的研發(fā)技術(shù)一路突破，使得該技術(shù)逐漸走向了成熟，同時對于智能巡檢機器人種類的研發(fā)也多了起來，極大地促進了智能巡檢機器人技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)如今，我國常用的變電站智能巡檢機器人主要分為2種：一種是無軌運行機器人，另一種則是有軌運行機器人。其中無軌運行機器人的應(yīng)用更為廣泛，對于此類機器人的應(yīng)用大約占了全部機器人應(yīng)用的一半以上，主要的原因是無軌運行的機器人對于野外的環(huán)境適應(yīng)能力更強，且變電站的巡檢工作大多都位于野外。隨著對于變電站智能巡檢機器人技術(shù)研發(fā)的深入，山東電科院和山東魯能智能技術(shù)有限公司開始嘗試對智能巡檢機器人的巡檢系統(tǒng)在1 000 kV的電壓下實現(xiàn)穩(wěn)定的工作進行自主研究，經(jīng)過刻苦努力的研究最終研發(fā)成功。對于這一技術(shù)的研究與使用是為了滿足智能巡檢機器人對于超大規(guī)模的變電站的巡檢及解決高壓環(huán)境下電壓對于智能巡檢機器人工作的影響等一系列的問題，逐漸地滿足了變電站的基本巡檢需求。除此之外，由中科院沈陽自動化研究所研制的軌道型變電站智能巡檢機器人，能夠在一些極端惡劣的環(huán)境下進行巡檢工作，比如在嚴寒、狂風(fēng)和冰霜等極端惡劣的天氣環(huán)境下進行外出作業(yè)，填補了變電站智能巡檢機器人無法在冰雪天在外進行巡檢工作的空白。還有其他的電力企業(yè)研發(fā)了新型的智能巡檢機器人，解決了巡檢工作中對變電站設(shè)備立體化空間不規(guī)則布局的限制及強電磁干擾環(huán)境下的巡檢技術(shù)難題。目前變電站智能巡檢機器人已經(jīng)在我國遼寧、寧夏和河北等9個省（自治區(qū)）及近百座的變電站中投入使用，并且這一技術(shù)還在不斷推廣的過程中。

3 巡航機器人在使用中存在的問題和不足

3.1 測溫技術(shù)與計數(shù)表數(shù)據(jù)讀取

雖然變電站智能巡檢機器人得到了良好的發(fā)展，可是現(xiàn)階段還存在著一些問題。在變電站智能巡檢機器人對變電站進行巡檢時，需要在變電站的內(nèi)部進行溫度測量，而由于變電站內(nèi)部的設(shè)備較多且線路連接較為復(fù)雜，這就給智能巡檢機器人測溫工作的開展增加了難度。智能巡檢機器人需要在變電站復(fù)雜的設(shè)備布置中進行溫度的檢測，而復(fù)雜的布置就需要智能巡檢機器人對路徑作出判斷，進而導(dǎo)致智能巡檢機器人無法像工作人員那樣對變電站中各個方向的設(shè)備進行測溫。這就使得智能巡檢機器人所測得的變電站溫度數(shù)據(jù)與實際的溫度相差過大。對于智能巡檢機器人在巡檢過程中所遇到的問題能夠找到解決的方法，例如可以對測量時對距離檢測單元進行優(yōu)化，簡單來講就是控制好智能巡檢機器人與需要檢測的設(shè)備的距離，這是因為智能巡檢機器人上所搭載的紅外攝像頭只能在一定的范圍內(nèi)對檢測目標(biāo)進行選定，在選定后再對這一設(shè)備進行測溫。因此，智能巡檢機器人在對設(shè)備測溫過程中會因為對位問題出現(xiàn)測溫不準(zhǔn)確的情況，針對這一情況就可以通過距離檢測單元進行解決，這樣就能夠避免巡檢機器人出現(xiàn)設(shè)備測溫不準(zhǔn)的問題。但是對于智能巡檢機器人在對設(shè)備進行測溫時存在的問題仍然沒有全部解決，由于技術(shù)上的限制，智能巡檢機器人依然無法做到像電力工作人員那樣對于設(shè)備進行360°無死角的溫度檢測，此外變電站中除了擁有大量的設(shè)備外，其中的線路分布也是錯綜復(fù)雜，同時氣候的變化及智能巡檢機器人自身的巡檢問題都會對測溫工作產(chǎn)生影響。因此，現(xiàn)階段我國應(yīng)用的智能巡檢機器人上搭載的紅外測溫技術(shù)只能對設(shè)備進行簡單的溫度測量，目前還無法達到對設(shè)備的溫度進行精確的測量。當(dāng)然除了測溫問題外還具有其他的問題，如計數(shù)表數(shù)據(jù)讀取。在前面的文章中提到了巡檢機器人還搭載著高清攝像頭，而搭載高清攝像頭作業(yè)就是為了方便對計數(shù)表中的數(shù)據(jù)進行讀取，因為不同的地區(qū)電力設(shè)備的建設(shè)情況不同，而工作人員對于一些處在高處的計數(shù)表進行讀數(shù)是比較困難的，但是利用搭載著高清攝像頭的智能巡檢機器人進行數(shù)據(jù)的讀取就簡單得多，智能巡檢機器人可以通過攝像頭的對焦從而清楚地觀測數(shù)據(jù)，然后再將計數(shù)表內(nèi)所記錄的數(shù)據(jù)讀取出來，最后再將讀取的數(shù)據(jù)上傳回主機進行儲存。這是智能巡檢機器人研發(fā)時研發(fā)人員所預(yù)計的效果，可在智能巡檢機器人進行實際的計數(shù)表數(shù)據(jù)讀取時，就會發(fā)現(xiàn)由于大量的高壓電表都是位于室外，高壓電表被大量的灰塵所遮擋，這就使得智能巡檢機器人雖然能夠清楚地看到高壓電表，但由于灰塵的遮擋無法對計數(shù)表中的數(shù)據(jù)進行讀取。再有就是智能巡檢機器人在野外進行巡檢工作時身上所搭載的高清攝像頭難免會粘到一些灰塵，這就會影響到智能巡檢機器人對于計數(shù)表數(shù)據(jù)的讀取，對于這種情況相關(guān)人員進行了一定程度上的改進，在高清攝像頭前加上一個鏡頭清潔裝置，外形和汽車上所使用的雨刮器相差無幾，這樣就解決了智能巡檢機器人自身受到灰塵影響的問題，但是對于野外高處的電表的灰塵問題，目前只能是由電力工作人員親自進行處理。有時智能巡檢機器人也會因為自身攝像頭的對焦問題而無法準(zhǔn)確地對計數(shù)表中的數(shù)據(jù)進行讀取，對于這一問題只能通過對攝像頭的對焦技術(shù)進行研發(fā)改良來解決。除此之外，還可以借助一些其他的技術(shù)對智能巡檢機器人的功能進行補充，智能巡檢機器人未來的發(fā)展趨勢是會逐漸走向更加智能、功能適用更加廣泛的局面。

3.2 自主充電及路徑不足

變電站智能巡檢機器人在進行巡檢工作時需要進行獨立的作業(yè)，也就是智能巡檢機器人需要移動完成對變電站的巡檢工作。而大多數(shù)在戶外工作的智能巡檢機器人都是無軌型的，這類智能巡檢機器人身上搭載著超聲波感應(yīng)器及距離碰撞感應(yīng)裝置，這是為了保障智能巡檢機器人在工作中不會因為發(fā)生碰撞而對機器造成損壞。然而在實際的應(yīng)用當(dāng)中，卻發(fā)現(xiàn)這一技術(shù)還是存在較大的問題，當(dāng)智能巡檢機器人在變電站內(nèi)進行巡檢工作時，智能巡檢機器人會因路上的野草而發(fā)出障礙警示，從而使得智能巡檢機器人停止前進，如果工作人員沒有及時地發(fā)現(xiàn)并解決這一問題，那么機器人就會一直在該位置上停留，直到電池中的電量耗盡為止。當(dāng)智能巡檢機器人的能量耗盡時只能等待工作人員將其發(fā)現(xiàn)并運走進行充電，而智能這一過程常常會費時費力，并且如果工作人員不能夠及時發(fā)現(xiàn)的話，有可能會使機器發(fā)生損壞。除此之外，當(dāng)智能巡檢機器人的巡檢路線出現(xiàn)偏差時，無法依靠自身對路線進行更正，會一直根據(jù)錯誤的路線智能巡檢下去，直到被工作人員發(fā)現(xiàn)或是電量耗盡為止。而對于智能巡檢機器人的自主充電問題，已經(jīng)通過對自主充電設(shè)備的研發(fā)進行了解決，實現(xiàn)了充電全過程不需要工作人員進行干預(yù)的目標(biāo)，但是由于路徑的問題，一旦智能巡檢機器人發(fā)生障礙物碰撞停止或巡檢的路徑發(fā)生偏差，那么巡檢機器人就無法回到事先設(shè)置的自主充電設(shè)備當(dāng)中，從而無法實現(xiàn)智能巡檢機器人的自主充電。其實智能巡檢機器人自主充電的問題不是對自主充電設(shè)備的研發(fā)不夠完善，最根本的問題還是出在智能巡檢機器人的路徑當(dāng)中。因此，想要解決自主充電問題就必須先解決路徑問題。

3.3 導(dǎo)航方式與轉(zhuǎn)向方面的問題

在智能巡檢機器人中搭載導(dǎo)航單元，在導(dǎo)航單元中有GPS、電磁導(dǎo)航和超聲導(dǎo)航等導(dǎo)航技術(shù)。電磁導(dǎo)航就是借助地面上所鋪設(shè)的磁軌道對智能巡檢機器人進行引導(dǎo)，還要在需要進行停止的地方預(yù)埋射頻識別技術(shù)（RFID），運用這一導(dǎo)航技術(shù)，當(dāng)巡智能檢機器人發(fā)生路徑偏差時，就可以通過左右車輪的轉(zhuǎn)速不同對智能巡檢機器人自身的運行方向進行調(diào)節(jié)，從而讓其回到正確的位置。同時這項導(dǎo)航技術(shù)還存在著明顯的缺陷，不僅需要提前預(yù)埋大量的磁軌道，還限制了智能巡檢機器人的運行速度，這就大大降低了智能巡檢機器人的工作效率。再有就是GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，這一系統(tǒng)是通過衛(wèi)星定位來實現(xiàn)的，通過GPS基準(zhǔn)臺對被測點進行計算測量，得到準(zhǔn)確的路徑后再開始進行巡檢工作。該技術(shù)也存在著較大的缺陷，首先，對于這一技術(shù)的應(yīng)用，前期需要投入的資金較大，成本過高；其次，這一技術(shù)容易受到高壓電磁的影響，從而使得GPS定位信號不穩(wěn)定，導(dǎo)航信息發(fā)生錯誤。

4 智能巡航機器人在使用中的優(yōu)化措施

4.1 機器人與監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)聯(lián)動

為了促進電力巡檢工作的良好進行，需要對現(xiàn)有的智能巡檢機器人的功能進行優(yōu)化。為了實現(xiàn)智能巡檢機器人能對計數(shù)表中的數(shù)據(jù)進行采集，可以將智能巡檢機器人的系統(tǒng)與計數(shù)表的系統(tǒng)進行連接，從而實現(xiàn)機器人與監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。通過對這項技術(shù)進行改進，提高智能巡檢機器人的辨識水平及準(zhǔn)確率，當(dāng)需要對電表中的數(shù)據(jù)進行讀取時，就不再需要使用高清的攝像頭進行分辨讀取了，只需要對特定的電表標(biāo)號進行查詢就可以得到該電表中的數(shù)據(jù)信息，這樣的做法更加快捷高效。再有就是加強對智能巡檢機器人視覺能力的提升，增強智能巡檢機器人對于周圍設(shè)備的辨別與鎖定功能。針對壓力表、溫度表、數(shù)顯表電氣開關(guān)和閥門狀態(tài)等示值和位置的數(shù)據(jù)信息，后臺系統(tǒng)進行自動分析和處理。例如，可以自動識別儀表數(shù)字表、圓形表讀數(shù)，識別各類開關(guān)的狀態(tài)，對罐體、容器和管道進行外觀變形對比判別。同時，還可以自動記錄生成歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)經(jīng)計算判斷出巡檢數(shù)據(jù)超出閾值時，后臺系統(tǒng)自動發(fā)出報警信號，并實時拍照和錄像至后臺，方便運行人員隨時調(diào)用查看。

4.2 智能巡檢機器人充電優(yōu)化

想要對智能巡檢機器人的自主充電功能進行優(yōu)化，首先就要對智能巡檢機器人的路徑問題進行及時解決，對于智能巡檢機器人的路徑缺陷問題可以通過增強機器人視覺傳感功能來進行解決，當(dāng)視覺傳感功能得到增強后就可以讓智能巡檢機器人來辨別遇到的障礙物，再通過改變行駛方向進行躲避，這樣一來就能解決智能巡檢機器人的路徑選擇問題了。變電站智能巡檢機器人的自主充電設(shè)備已經(jīng)可以投入到日常工作中了，為了進一步加強智能巡檢機器人自主充電設(shè)備的完善，通過應(yīng)用多種充電模式組合的方式來保證智能巡檢機器人的自主充電。智能巡檢機器人搭載1個太陽能充電設(shè)備，有固定的智能巡檢機器人自主充電樁進行聯(lián)合使用，這樣一來當(dāng)智能巡檢機器人在未到達充電樁，而電量快耗盡時，就可以通過太陽能充電設(shè)備進行充電，當(dāng)電量耗盡時就不用再等待工作人員進行搬運充電了。

4.3 選擇激光傳感和驅(qū)動方式

對于智能巡檢機器人的導(dǎo)航模式采用激光傳感技術(shù)。激光反射光導(dǎo)航是利用激光掃描周邊環(huán)境，并通過計算反射光的接收時間來推算物體與機器人之間的距離，從而實現(xiàn)導(dǎo)航定位，其優(yōu)點是平行性好、距離分辨率高。在驅(qū)動方式上可以將不同的驅(qū)動方式進行組合，進而克服不同驅(qū)動方式的短板，使不同的驅(qū)動方式之間優(yōu)勢互補。比如可以將輪式與履帶式這2種不同的驅(qū)動方式進行組合，就會既有輪式驅(qū)動結(jié)構(gòu)的特點又有履帶式驅(qū)動結(jié)構(gòu)的特點，這樣就可以針對不同的地形進行驅(qū)動方式的轉(zhuǎn)換，在平坦的地方可以使用輪式驅(qū)動，這樣可以加快運行速度；在崎嶇的地方使用履帶式驅(qū)動，這樣就能夠在崎嶇的地方平穩(wěn)地前進，進而提高智能巡檢機器人的工作效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段對變電站智能巡檢機器人功能的研發(fā)已經(jīng)比較全面了，根據(jù)智能巡檢機器人在實際應(yīng)用的情況來看，現(xiàn)階段應(yīng)該將巡檢機器人的研發(fā)方向重心轉(zhuǎn)移到智能巡檢機器人所出現(xiàn)的問題的解決上?？偟膩碇v，我國的智能巡檢機器人的研發(fā)與使用情況還是不錯的，要繼續(xù)加強對智能巡檢機器人的研發(fā)投入力度，這對我國未來電力企業(yè)的發(fā)展十分重要。