变电站智能机器人巡检系统的研究与应用

白永辉

摘要：本文首先介绍了变电站巡检机器人的系统设计以及功能，然后对智能机器人巡检系统的实际应用进行了详细的分析，昀后对变电站巡检机器人的未来的发展趋势进行了展望。

关键词：变电站巡检;机器人智能;电力系统

1变电站巡检机器人

变电站巡检机器人系统是集机电一体化技术、多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、机器人视觉技术、安防技术、稳定的无线传输技术于一体的复杂系统，采用完全自主或遥控方式，代替巡检人员对变电站室外一次设备的部分项目进行巡检，并对图像进行分析和判断，及时发现电力设备存在的问题，为无人值班变电站的推广应用提供创新型的技术检测手段，提高电网的可靠稳定运行水平。

2变电站巡检机器人的系统设计以及功能

机器人在实际的巡检系统应用过程中，一般都是采用分层式的控制结构，主要分成两层结构，其中包括基站的控制系统层以及移动站系统层。

1基站控制系统层

1.1机器人遥控

在机器人的实际应用过程中，可以利用遥控来对机器人进行远程的控制，对于机器人的行驶或者是摄像机调焦等一系列的操作，都可以利用机器人遥控来实现，主要是利用键盘或者是鼠标来完成。

2.1.2自动巡视

实现机器人自动巡视任务创建、存储、删除、人工下发和定时自动执行。通过机器人巡视任务创建和删除的人机界面，操作人员可以手工设定自动执行的时间。自动巡视任务执行时，把本次任务需要到达的停靠点以及工作任务下发到移动机器人，机器人可执行的相应工作任务有：自动云台动作、自动摄像机调焦、自动红外热像仪的操作、自动可见光与红外数据采集和自主充电。

2.1.3实时图像数据监控

智能机器人的巡检系统当中可以对可见光摄像机以及红外热像仪进行实时的视频显示，主要是为了能够更好的配合遥控以及自动巡检的功能，这样能够实现操作人员在后台对其进行巡视和监督，方便检测数据的详细记录。

2.1.4机器人状态信息显示

在实际的应用过程中，可以实时的对机器人的内部状态信息进行有效的后台显示和监督，能够通过这些信息的反馈，及时的了解到机器人的实际运行状态，不仅能够方便对机器人的巡检控制，而且能够通过电子地图上的位置显示，轻而易举的找到机器人的实际位置所在点。

2.1.5数据储存与分析

把机器人运行需要的电子地图信息、任务管理信息、工作系统信息及实时数据库信息保存到数据库，同时对机器人运行产生的日志和巡视进行记录，以备历史查询和分析。提供检测数据的处理分析功能。

2.2移动站系统层

移动站系统主要由主控计算机、运动控制、导航定位、巡视检测、能源电池、网络通信等系统以及机器人机械结构等模块组成，实现机器人运动控制、导航定位、可见光及红外数据检测采集、能源管理补给以及状态信息上传等功能，结合基站控制系统，完成机器人遥控巡视和自动规划巡视等功能。其主要功能包括：

2.2.1主控计算机系统

主控计算机系统程序采用基于 WinCE嵌入式实时多任务操作系统，由 C++面向对象编程语言开发，主要负责导航定位信息的采集处理。根据监控主站控制命令，一方面控制机器人运动，另一方面控制检测传感器，进行检测数据的采集和上传，并上传机器人状态信息。

2.2.2导航定位系统

主要由导航传感器和定位传感器两部分组成。导航传感器为磁导航传感器，跟踪地面预先铺设的磁导航轨迹实现导航。定位传感器采用 RFID定位传感器，为机器人提供定位停靠等位置信息。

2.2.3运动控制系统

包括机器人的行驶机构、驱动电机、运动控制器等设备，实现机器人的运动控制。

2.2.4动力系统

动力系统包括电池、电源管理器、自动充电机构等模块，为机器人的长期可靠运行提供保障，实现电池能源的分配、管理、自动补给。

2.2.5检测采集系统

检测采集系统主要包括可见光摄像机、红外热象仪、云台以及相应的采集和传输设备，通过基站系统的监控计算机和移动站系统的主控计算机配合，控制云台、摄像机和红外成像

仪的操作，进行数据采集和传输。

3智能机器人巡检系统的实际应用

3.1三维电子地图技术

在智能机器人的巡检系统应用过程中，还融入了其他的全新技术来配合使用，利用三维虚拟现实技术，能够对变电站进行实际规模的建造，三维电子地图技术的应用，能够有效的代替二维平面地图的局限性，不仅能够让后台操作人员有身临其境的感觉，而且能够更加确切的对巡检的位置加以确定。

3.2实时数据曲线分析技术

在实际的操作过程中，设备的温度会在其自身的负荷变化下而产生相对应的变化和影响，单纯的温度变化趋势不仅不能够切实有效的体现设备由于老化或者是一些缺陷的问题，而如果与设备的实际运行负荷有一定的关联，则需要通过两跳曲线的变化来对其进行详细的分析，这样就能够明显的对其进行深入的判断，判断是否是负荷的变化从而引起温度的变化，或者是由于设备自身的老化或者是设备的一些缺陷问题而造成的。所以在机器人的实际巡检过程中，其自身巡检测温报告，要与变电站的运行管理MIS系统进行有效的关联，这样能够在保证机器人的实际巡检过程中，通过便点运行管理系统，能够及时的发现数据的异常现象以及實现查询功能的昀大化作用等等，这样能够从根本上提高巡检数据的质量和水平，从而有效的提高变电站的整体巡检管理水平。

3.3模式识别技术

由于运动控制精度、导航停靠精度的限制，对于具体检测点的被检设备，机器人不可能每次都能完全对准目标;同时由于观测距离的不同，一次可能会检测到多个设备，从而影响整个检测结果。通过模式识别算法，配合检测位置，可以有效分辨、定位目标设备，确保检测数据的准确性，为及时掌握设备的运行状况提供可靠信息。

4发展趋势

随着变电站向无人值班化及智能化方向快速发展，对变电站巡检机器人的需求十分迫切。未来变电站巡检机器人的研究目标是提高巡检机器人的智能性、运动灵活性以及高精度和配置简便的导航方式。其发展趋势表现在以下方面：

数据分析智能化。继续提高现有基于模板的模式识别算法的适用性，提高模式识别成功率和效率，同时开展基于设备形状和纹理特征的模式识别技术研究，实现机器人按设备类型学习。

移动平台灵活化。针对变电站设备区复杂地面，一方面改进现有轮式移动平台的结构设计，提高运行速度和越障能力;另一方面增强机器人自我防护能力，增加障碍识别和绕障能力，提高执行效率。

开展组合导航技术的研究。应用激光、视觉、光学、惯性、磁等多种导航及组合导航方式，实现机器人巡视路径的自由规划，提高机器人环境适应性。

5结束语

电力系统不仅其自身的结构非常复杂，而且其自身的安全合理运行能够直接对人们的日常生活产生一定影响，所以在这种形势下，智能机器人的应用，不仅能够优化传统的变电站巡检任务，而且能够利用现代技术对实际的设备以及现场进行详细的检测和控制，机器人的合理应用，能够昀大限度的减少人为劳动力，而且能够实现变电站巡检任务的统一化和标准化。

参考文献

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[3]李祥，崔昊杨，曾俊冬，江超，唐忠.变电站智能机器人及其研究展望[J].上海电力学院学报，2017，33（01）：15-19.