超高压线路中巡检机器人的设计运用分析

郝亚斐

摘要：在500kV超高压输电线路运维巡检中，巡检机器人能够代替人工执行高压巡检任务，降低工人巡线的劳动强度。传统巡检机器人在实践工作中控制精度较低，数据传输不稳定，因此本文在传统巡检机器人的基础上，引入基于工业主板的巡检机器人，提升巡检机器人的智能化水平，进而提升高压线路运维巡检的质量和水平。

关键词：500kV高压线路；巡检机器人；双无线传输

1 巡检机器人控制系统硬件构成

1.1 机器人总体控制系统结构及关键硬件

在本文研究中，机器人总体控制系统结构包括PC（监控电脑）+IPC（工业母版）+PMAC（多轴运动控制卡），采用三级递阶控制结构，包括地面基站（监控级）、机器人本体控制系统（组织级）、下位机（执行级）。在巡检机器人控制系统的硬件组成中，工业母版是核心硬件，其实现地面基站对机器人的越障控制，并通过无线通讯模块反馈信息，通过I/O接口采集各传感器的状态，并进行逻辑分析与处理。机器人总体控制系统的硬件组成还包括数字量模拟量采集卡、运动控制卡、无线通讯模块、电机控制方案、双无线传输等。

1.2 检测设备与地面基站

巡检机器人总控制系统的检测设备的核心是云台摄像机和红外热像仪，在视频服务器板卡的支持下，实现其与地面基站的无线通信，检测信号则通过無线网桥进行传输。基地通过对检测设备的控制将采集到的视频信息或其他数据信息存入到工业母板硬盘中进行备份。地面工作人员可以通过检测设备传输过来的视频图像对线路进行判断，判断其是否存在故障或安全隐患。地面基站的核心组成部分是检测控制操作平台和运动控制遥控器，以独立通讯通道的方式实现对巡检机器人的运动控制。基站视频控制模块由“平板电脑+自制遥控平台”构成，负责云台方位变换、可见光拉焦、抓图与录像。

2 双无线传输系统

2.1 总体软件设计

在500kV超高压线路巡检中，巡检机器人的整个系统是由多个功能组成的，在实际工作中需要同时执行若干个功能，这就需要采用多线程结构来实现巡检机器人的有效控制。在控制流程方面，先进行初始化，然后打开各个线程，使各线程同时进入工作状态，建立巡检机器人与地面基站的无线通讯，实现信息数据的无线传输。双无线传输系统开始运转之后，工业母板开始读取各传感器状态信息，并打开网络进行信息连接，然后接受机器人发送来的数据信息。基地工作人员结合传输来的信息判断自动模式或手动模式，然后进行对应操作。

2.2 基于RS232串口数据传输系统设计

RS232串口是实现巡检机器人系统通讯的关键，而RS232串口通讯的实现方法则需要结合超高压输电线路巡检的实际情况来决定，在本文的設计中，巡检机器人进行数据传输时是双向传输，数据为两个数组，而且为了保证高压线路安全、稳定、可靠的运行，需要对线路中的安全隐患和故障进行实时的控制，对数据传输的实时性要求较高，因此选择MSComm控件作为实现RS232串口通讯的方法。在MSComm控件的编程中，应在程序中嵌入通信控件，并利用串口通信类编程实现通信功能。

2.3 基于以太网的视频数据传输系统设计

在本文的巡检机器人控制系统中，采用基于TCP/IP的以太网通讯方式，这种通讯方式适合高压线路环境特点，能够有效的保证信号传输的稳定性与安全性。在基于TCP/IP的以太网通讯模式下，其服务器编程与客户端编程方法分别为：①服务器端编程：创建一个socket→设置socket属性→绑定IP地址与端口→开启监听→接受客户端的连接→收发数据→关闭网络→关闭监听；②客户端编程：创建一个socket→设置socket属性→绑定IP地址与端口→设置对方的IP地址和端口→连接服务器→收发数据→关闭网络连接。在系统运行过程中，高压线路信息的采集是通过红外热成像仪和可见光摄像机来完成的，视频信息采集的同时通过两路数据传输到基站平板电脑中，然后巡检工作人员可对视频信息进行检查与判断，进而确定高压线路是否存在安全隐患或故障。

3 基于专家控制系统的设计

3.1 专家控制软件实现方法

在高压线路巡检机器人上安装有多个光电传感器，以多传感器融合的方式对传感器信息进行收集，并在一定规则条件下进行处理与综合。多传感器融合技术实现了专家控制软件对数据信息的检测、整合和处理。为实现机器人自主越障，需要对专家控制系统的结构模型进行设计，主要包括推理机、事实库、知识库的软件设计。知识库主要存储人类专家的知识，供推理机调用，也称为规则库，记录机器人执行巡检的行为与环境信息。事实库分为动态与静态，静态库存储机器人的所有动作指令，动态库存储机器人当前状态。

3.2 故障诊断与处理

高压线路巡检机器人在日常巡检任务执行过程中，在面对各种复杂的条件时需要具备一定的智能，这就需要在巡检机器人系统中设置故障自诊断与处理模块，使机器人对常见故障进行自诊断与处理。时间工作中发现，机器人常见故障主要包括传感器故障和动作故障两种。当出现动作故障时，遥控器发出指令5s时间没有回馈时，巡检人员执行复位按钮，并重新按键执行该动作。当出现传感器故障时，通过机器人携带的带有云台的可见光摄像机进行观察，并进行针对性的复位操作。

参考文献：

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