变电站巡视机器人自动导航定位的研究

陶颖 万涛 王璠

摘 要：随着社会经济的高速发展，人们生活质量水平的不断提高，对于电力资源的需求在不断增加。为了满足人们的日常用电需求，就需要对传统的人工巡视工作进行改进。传统的人工巡视不仅工作强度与难度大，而且巡视积极性与质量较差，导致电力设备与线路存在着很大的安全隐患。因此就要将先进的科学信息技术、自动化控制技术、精密仪器等技术运用在变电站巡视工作中。

关键词：变电站;巡视机器人;自动导航定位

引言：将巡视机器人运用在变电站巡视工作中，不仅提高了巡视工作效率与质量，降低了危险事故的发生概率，而且能够有效解决巡视工作中存在的各种问题，具有着非常良好的发展前景，值得加大研究力度。

一、自动导航定位机器人的结构

变电站安全可靠运行的前提是高质量和及时检测维护工作的开展。由于变电站维护工作量非常大，具有很高的危险性，稍加不注意就会引发安全事故，带来巨大的人员财产损失。为了保障变电站的供电连续性，就需要做好监视控制、巡视检修以及技术改革工作。随着科学技术的发展，机器人逐渐运用在了变电站巡视工作中，其能够高效、精准做好监视控制、巡视检修，属于技术上的一种跨越式改革，有效保障了变电站的供电安全与运行平稳。

（一）整体结构

变电站巡视机器人具有着自动导航定位功能，其用来采集变电站设备运行状态图像的结构为红外摄像仪、可见光摄像机。其操控方式为自动控制或者手动遥控控制，这样就可以及时、全面、准确获取电气设备的故障等，然后将其转化为数据信息传递给维修人员。其整体结构类似于监控系统，包括移动主体、红外摄像机、可见光摄像机、基站、传声器、无线通讯设备等。

（二）使用方法

巡视机器人的使用方法分为以下几个步骤：第一步，运维人员先通过监控中心进行巡视指令的下达，在借助无线通讯将指令传送给机器人，进行设备启动。第二步，机器人根据指令展开巡视工作，根据预先设定好的自动导航程序完成电气设备的运行状态检查[1]。一旦发现故障问题，就会快速定位并且分析原因。第三步，借助无线通讯设备和监控中心将故障信息或者图像传输到监控中心的监视器上，将报警信号传输给维修人员。

二、自动导航定位的方法

（一）图像采集

变电站巡视机器人的图像采集系统，是以计算机控制为中心，包括视觉传感器、图像采集与处理系统等。其整个采集过程为：先通过视觉传感器获取电气设备以及线路图像的模块，使用了视频采集卡，然后将采集的图像信息传输到处理系统中，通过详细的计算、分析，来将图像信息转化为数据信息，来观察电气设备以及线路的运行状态。

（二）移动控制系统

移动控制系统包括计算机主板、运动控制卡、伺服控制系统。伺服控制系统，可以对监控平台进行多角度控制，然后配合机器人一起运行展开巡视工作，能够实现多个角度的图像拍摄。机器人的自动导航定位能够通过建模方式，实现运行路线的全局与局部规划。全局规划主要借助地理信息系统来进行定位，选择最短的直线路径，避免绕路，并且将整个运行轨迹描述出来[2]。局部规划主要是通过周围环境数据与全局规划结果的对比，然后计算出局部运行的最佳路线。在计算、分析过程中，都是由可编程控制器进行控制，其速度较快，效率较高，可以实现自动化运行。

（三）寻迹定轨

巡视机器人的前进速度为每秒钟前进一米，并且始终保持匀速。机器人的主控制器会每间隔一段时间，从传感器中采集机器人的运行轨迹，如果检测到将会标记为“1”，如果检测不到将会标记为“0”。通过状态值的采集，然后获得相应的脉冲数据。最终将采集到的所有状态值进行叠加，传输到主控制器中进行计算分析，通过预先设定好的位置表进行对比，来掌控机器人是否在运行中偏离轨道，然后及时调节正确的运行方向，保障其精准完成工作。

当机器人在定轨上的终点与舱位充电点时，输出的脉冲图就会出现误差。主要是因为：预先设定的运行轨道既有直道，也有弯道，当机器人在不偏离预先设定值时匀速前进，根据输出的脉冲图规律，可以计算出机器人的移动速度为： ;当机器人在前进过程中偏离轨道，偏向的方向输出的脉冲图信号就会逐渐密集，正确轨道的脉冲图信号就会逐渐稀少。如果机器人出现严重的偏离，传感器就会不再检测范围，将没有脉冲图信号输出。

变电站巡视机器人的寻迹定轨会每间隔一米进行金属横道的铺设，并且遵循了一定的规律，每一条金属横道都依照顺序编码，并将号码存储在主控制器中。当机器人正常运行时，就会通过行走编码与预先设定好的编码进行对比，然后进行位置的确定，能够进行自动定位。还可以通过远程监控中心，制定相应的编码，机器人就会执行指令去相应的目标位置，整个数据信息都由监控终端来监控。

三、监控平台的设计

变电站巡视机器人的监控平台设计采用了多媒体技术，包括图像监视、声音监测、远程监控、通信系统等。远程监控通过 无线通讯网络，与中央控制计算机连接，能够实现信息数据的交换、传输与远程控制。

在机器人的另一边，还配置了工业控制计算机，其接口有 、 、串行等。在数据信息的传输中，会根据两者之间的距离来合理选择，以便达到最高传输效率。

自动导航定位机器人的通信系统包括车载通信单元、远程通信单元。车载工业控制计算机会通过远程通信单元，对监测设备下达指令，让其完成电气设备以及线路的运行状态采集、反馈、监控、传输等。它是通过串行来进行连接，能够实现数据信息的高效传输。一般情况下，其主线路为 ，备用线路为 。

四、电源监控系统的设计

巡视机器人的整个运行动力来源于自身电源，因此电源的状态将会影响到机器人的正常稳定运行。为了保障机器人能够正常稳定运行，就需要为其配置一套全自动、高效的电源监控系统，及时分析、查找电源的故障，并且快速解决，保障电源的稳定高效运行。在电源监控系统的设计中，需要借助充电管理系统的运用，来对电池的电量进行检测、充放电过程进行控制、电池状态进行监管，这样才能对电池进行实时监控。一般情况下，会配备相应数量的便携式蓄电池，其电池使用量检测方法为实际用量减去已经使用的电量。

在整个巡视机器人中，其电压的数值非常精准，电路的检测方法非常精简，电量的监测硬件部分是由传感器、存储器、数模转换、微处理器等组成[3]。在电流值的检测中，是通过传感器进行电流信号的感应与数据传输，能够将图像信号转变为数字信号，然后借助微处理器进行计算分析，将剩余电量百分数计算出之后，将其显示在监控界面上。当剩余电量百分数低于百分之十，就会进行自动充电，当充满之后，就会自动断开。

结语：变电站巡视机器人是科学技术与互联网信息技术的产物之一，是时代发展的必然趋势。将其运用在变电站电气以及线路的运行状态监控中，具有高效、便捷、精准优势，为我国电力企业的高速发展做出了巨大的贡献。现阶段的机器人定位导航方式是多种导航系统的结合，也是我国电气工程领域的一次重大突破，有待进一步的研究提升。

参考文献：

[1]罗建军，胡金磊，黎阳羊， 等.变电站巡视机器人自动导航定位的研究[J].自动化技术与应用，2018，37（12）：84-87.

[2]施泽华.基于机器视觉的变电站巡检机器人导航定位技术[D].安徽：安徽理工大学，2018. DOI：10.7666/d.Y3395873.

[3]崔健.變电站智能巡检机器人改进技术研究[D].山东：山东大学，2018.