变电站巡检机器人巡检路径规划策略及应用

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摘 要：为使变电站智能巡检机器人巡检工作高效顺利进行，提出适合巡检机器人巡检任务规划的方式，以使其在智能系统的支撑下能够独立完成巡检任务。该巡检方式以采集变电站内部巡检任务点的特征为基础，综合考虑巡检类型、设备类型、巡视路线等不同特征及难度因素进行规划，从而得到机器人完成巡检任务的最佳路线。根据巡检机器人自身安装的多种传感器，综合分析周围环境信息，从而对机器人的巡检方式进行规划，保證其在异常情况下也可以安全顺利完成巡检任务。

关键词：变电站巡检;机器人;路径规划;策略

变电站巡视与维护工作大量重复且机械，当前人工巡检方式不仅耗费了大量人力、财力与物力，而且极易使人员疲劳从而降低工作效率，造成成本消耗与资源浪费。随着机器人技术的发展，使用机器人来完成变电站的巡检工作已成为可能，智能巡检机器人的使用极大提高了巡视效率，也将巡检工作做到细致化、批量化，达到节省成本的目的。

1.巡检机器人

变电站占地面积广阔，而且不同类型和不同电压等级的电力设备放置较为分散，很难使用固定机器人完成对整个变电站的巡检，若使用移动机器人可解决该问题。当前变电站大都采用无人值守模式，变电站各类设备运行数量较多且逻辑关系较为复杂，机器人作为一种辅助设备，无法同时完成变电站的信息处理、分析、识别等多项功能。因此增加智能统辅助系统配合巡检机器人，能够高效地完成变电站的巡检[1]。

智能巡检机器人可以实现信息采集、一二次设备巡视、红外测温、表计读数、室内外温湿度、风速等功能，同时将巡视结果以视频、图像的形式上传到后台控制系统，运维人员可实现远程监控。变电站运行智能辅助系统通过数据采集获得信息之后，调用专家系统来识别巡检信息，进行推理与分析，在智能告警输出模块将信息分检成简报、信息，回传到主控室，发送给运维人员。

由此可以看出在整个变电站巡检中，移动机器人作为核心除了要完成变电站的信息采集之外，还要移动到合适位置，完成信息捕捉，因此为使移动机器人更加合理有效，对其进行路径规划尤为关键。

2.巡检机器人路径规划的问题

在对智能巡检机器人进行路径规划过程中，需要解决三个关键问题：①变电站不同电气设备的位置是固定状态，机器人从出发位置达到目标点存在多条路径，因此，需结合定位系统、离线地图来确定机器人出发位置、目标位置、联通路径、最佳路径[2]。②当机器人在巡检工程中，遇到了障碍物，需要及时发现并辨别障碍物，以便快速绕开障碍物，返回至原本路径避免走偏;③由于巡视路线较为固定，因此可通过避免障碍物发生纠偏从而优化巡检路径，使巡检机器人得到最大利用化。

3.路径规划策略实现

机器人巡检路径规划策略涉及辅助智能系统生成离线规划路径，具体包括：

（1）为提高机器人巡检的实时性，变电站辅助系统在借助现代设备与定位系统的基础上，在二维平面内实现路径最优规划图，明确机器人巡检路径出发点、目标点，使用离散细粒度表示整巡检路径，在综合自动化系统内形成一个二维巡检路径。

（2）变电站附属系统可在生成二维巡检路径后，使用网格将系统图导入并发送给机器人，机器人通过智能系统梳理巡检路径表上不同定点位置的含义，从而将巡检路径转化成为机器人解读状态之后执行，进而移动执行命令。

（3）机器人在当前位置，从本身位置出发移动到起始位置，按照已经规划的巡检路径移动。机器人在移动过程中以最初出发点为中心，四周位置与设备使用栅格的方式细化，栅格数据就是机器人移动的数据与方向，机器人所在位置根据行列序号转换到相应的坐标，定位是根据数据在集中位置得到的数据。运用这种细化方式就可有效按照系统设置的巡检路径作为指导，机器人据此进行移动。

（4）智能巡检机器人借助各类传感器来获得不同方向障碍物的实际情况，从而实现采集信息和与周围信息实现互动。巡检机器人根据本身的传感元件测量周围的环境状态，在测量、分析、处理的过程中进一步控制系统，对分析结果按照预先编写的程序完成操作，对执行元件下达相同的指令完成动作。

（5）在排除障碍物的同时结合地图上的巡检路径，使用切图像法选择路径，以最小为选择方向，切线图法以多边形障碍物模型为主要基础，在任意形状下障碍物都使用近似多边形来替代，能够在自由空间当中构造切线图，因此从出发点、到目标点，机器人都是沿着切线行走，也就是说机器人几乎是按照障碍物在行走，路径比较短[3]。

通过上述策略的实现，机器人在巡检的时候，确认移动步长之后，基本上能够根据巡检路径选择合适的移动方向，自动完成巡检，变电站机器人导航巡检流程图如图1所示。

4.应用

由于变电站辅助智能系统只是离线生成巡检路径，将巡检路径传输给机器人，功能相对简单。但是机器人在这个过程中需要理解路径、判断路径、执行、绕开障碍物，其在开发中是主要难点。例如机器人如何通过其本身的传感器采集自身状态、周边环境信息，同时将采集到的信息传递与反馈到智能辅助系统当中;机器人判断当前位置是否是预设目标点，如果达到目标点则完成巡检任务，接下来再次规划前进方向。在结合传感器信息的过程中，巡检机器人判断前方路径是否存在障碍物，如果没有则按照之前规划的路径移动，如果存在障碍物就按照上文提出的路径规划策略再次规划路径。

结语：实际上当前巡检机器人已经投入智能变电站当中使用，并且取得了显著成就。在当前的机器人设计中，使用了离线巡检路线、传感技术路线相结合，变电站巡检路径规划科学合理，能够深入分析传递的信息，并及时发现电气设备可能存在的安全隐患，从而提高了变电站运行的安全。

参考文献：

[1] 张承模， 田恩勇， 胡星，等. 变电站巡检机器人巡检路径规划策略的研究[J]. 自动化技术与应用， 2019， 038（011）：89-93.

[2] 张凡， 蔡涛， 刘文达，等. 基于改进JPS算法的电站巡检机器人路径规划[J]. 电子测量技术， 2020， v.43;No.340（08）：16-22.

[3] 李杨. 变电站巡检机器人的路径规划研究[J]. 决策探索（中）， 2020， No.642（02）：71-71.

（国网四川省电力公司德阳供电公司，四川 德阳 618000）