输电线路智能巡检机器人系统的研制及应用

庄胜

国网江苏省电力有限公司检修分公司连云港运维站 江苏连云港 222023

1 总体设计

线路智能巡检机器人系统主要由机器人本体、越障桥、驻留巢穴和远程集控中心4部分组成（见图1）。

图1 机器人系统组成

（1）机器人本体通过架设越障桥跨越线路杆塔以及地线上的防震锤或其他障碍物，实现全线路无障碍行走。机器人本体带有高清摄像头，可以360°实时对导线和地线进行拍照或录像，一方面可以传输到本地地面端，供巡检人员现场实时查看线路是否存在故障或者隐患；另一方面通过4G无线路由器将采集到的数据传回远程集控中心[1]。

（2）驻留巢穴一方面负责监测线路周围的气象数据，并将监测数据传输给远程集控中心；另一方面利用太阳能电池板对蓄电池进行充电，蓄电池与驻留巢穴前端无线充电模块发射端相连接，当机器人到达驻留巢穴时，机器人利用自身传感器检测到没有短路且发射端电压正常时，开启充电模式，对机器人电池进行充电，否则关闭充电。当检测到电池电压达到设定值时，则关闭充电。驻留巢穴采用无线充电技术给机器人电池充电，大大延长了机器人的操作巡检半径，解决了传统有线充电易短路、接触节点磨损、产生火花等缺点。

（3）远程集控中心一方面接收机器人本体状态数据以及驻留巢穴监测的气象数据，对监测数据进行分析，进而下达机器人的控制巡检指令；另一方面对机器人本体采集回来的照片利用人工智能技术TensorFlow，进行故障识别，自动判断输电线路是否存在故障或隐患。

2 巡检模式设计

通过越障桥和驻留巢穴的辅助，机器人可以实现沿地线行走、跨越杆塔和长期驻留杆塔。该机器人可以自动定期、全局巡检，又可随时在人工遥控下实时、定点巡视。由于机器人在地线上运行，视角较高，可以通过摄像机云台设定多个预置位以实现对线路、金具、绝缘子、杆塔和线路走廊的巡检[2]。

机器人采用自动巡检和手动巡检2种作业模式进行日常作业。在自动巡检模式下，机器人在设定时间内自动从休眠状态唤醒，从巡检线路一端的驻留巢穴出发，自动沿地线行走、过桥和巡检，到达另外一端的驻留巢穴后，驻塔停留，同时完成机器人电池充电。巡检结束后进入驻留巢穴，机器人进入休眠状态，等待接受下一次巡检任务。工作人员在远程集控中心定期查看巡检结果。在人工遥操作巡检模式下，工作人员现场手动操作或集控中心远程操作，通过无线通信系统向机器人发送指令，机器人从巢穴中驶出，按指令完成巡检任务。巡检工作结束后，机器人进入自动巡检模式或返回巢穴，操作人员可实时查看巡检结果。

3 控制系统设计与研究

3.1 跨越越障桥过程控制

线路智能巡检机器人的运动控制系统采用嵌入式系统，能够实现复杂场景下的无障碍行走。

（1）机器人运行到越障桥时，机载红外传感器识别到越障桥，将信息返回给控制系统，控制机器人越障装置夹紧越障桥，根据桥型结构、所处位置通过内置算法实时控制开合大小调节夹紧力大小，实现精准上桥。

（2）机器人在桥上行走时，根据桥的结构、风向及风力大小实时调节夹紧力大小。

（3）控制机器人平稳行走，重回地线上完成越障工作。

3.2 控制系统硬件设计

（1）智能巡检机器人控制系统[12]采用了双控制系统设计，STM32芯片上采用UCOS系统，主要实现机器人的运动控制、传感器数据采集以及云台控制。

（2）为防止机器人出现故障，STM32芯片与ARM芯片通过串口实现通信，频率为0．1s。当STM32芯片故障时，ARM芯片可以重启STM32芯片；反之，当ARM芯片故障时，STM32芯片也可以重启ARM芯片。此方案设计有效提高了机器人的可靠性和稳定性[3]。

（3）电源管理模块利用无线充电模组对机器人电池充电，利用相关算法可对机器人各部分器件实行有效的电源管理，提高电池的寿命以及延长机器人的作业半径。

4 结语

本文研制了一款由机器人本体、越障桥、驻留巢穴和远程集控中心4部分组成的输电线路智能巡检机器人系统，设计了一种新型越障桥可使机器人跨越杆塔以及防震锤等线路金具，实现全线路无障碍自动巡检，有效延长了机器人的工作半径。驻留巢穴采用无线充电模式对机器人进行充电，解决了传统有线充电易短路、接触节点磨损、产生火花等缺点。为提高系统稳定性，采用双系统设计，当STM32和ARM中的一个系统出现故障时，另一系统可以重启故障系统。采用三轴维稳云台，降低地线、杆塔振动对机器人本体的影响，提高了机器人云台的稳定性和采集图片、视频的质量。