电力智能巡检机器人研究

殷凯轩

（西安交通大学电气工程学院）

0 引言

电力智能巡检机器人的使用，能够在一定工作范围内代替人工巡检，解放人力资源，提升巡检安全性，提高巡检作业自动化与智能化程度，且电力智能巡检机器人有效地避免了因巡检人员专业素养不强而不能及时发现、预防、解决电网与电力设备运行故障的问题，为未来我国无人化变电站的发展提供了重要途径。因此，对电力智能巡检机器人进行探讨具有重要的长远意义。

1 电力智能巡检机器人概述

电力智能巡检机器人按照使用功能的范围可以分为开关室巡检机器人、变电站巡检机器人、廊道巡检机器人等类型。因此，可以结合用户不同需求，在设计时只需要对智能机器人的功能模块进行扩展即可设计出具有不同功能的电力智能巡检机器人。电力智能巡检机器人通常由控制模块、导航模块、检测模块以及远程控制等模块组成，用户可以结合自身需求，进行相应模块的扩展，进而满足不同的功能需求。

我国输电电路由于存在点多面广、电力线长期暴露、环境恶劣等特点，导致电网输电线在运行的过程中会遭受到诸如机械张力、材料老化、电气闪络等问题，进而造成输电线路发生磨损、腐蚀严重等现象。在此背景下，为确保供电质量，需要对输电线路进行巡检，及时发现电网、电力设备运行中存在的隐患。电力智能巡检机器人因为具有较高的智能化、自动化程度，因此在线路巡检中发挥巨大作用，且能够对电网、电力设备周边环境变化进行监控，消除电网、电力设备运行安全隐患。电力智能巡检机器人实质上是一种集合了机械系统、自动控制、通信与传感于一体的巡线设备。机械设备是电力智能巡检机器人的关键内容，结合我国当下电力智能巡检机器人的使用现状来说，对巡检机器人的机械系统主要有以下几点要求：首先是确保电力智能巡检机器人内的机械系统能够让巡检机器人在使用的过程中完成滚动、跨越、避让等动作，且可以确保其在特定的空间位置内完成动作的灵活调整。其次是需要电力智能巡检机器人机械结构具有负载能力，能够根据实际需要完成某些设备、仪器的运输与安装。再者，电力智能巡检机器人应具备结构轻巧的特点，便于携带。

2 电力智能巡检机器人关键技术

2.1 巡检机器人系统架构

电力智能巡检机器人包含多种关键技术，其中移动机构是重要的内容，由于电力智能巡检机器人中所使用的仿生机构应用较多，各机械关节较多、结构复杂，体积较大，适应能力与承载能力存在进步的空间，尤其是由于关节多的特点，使得其运动控制难度系数较大，因此，在控制智能机器人的过程中需要对精度进行精确把控，由于机器人在操控的过程中与人体动态特征存在较大差异，在使用的过程中会受到设备灵活性的制约。因此，电力智能巡检机器人需要具有小巧、灵活的特征，确保其在使用的过程中能够满足线上线下工作，但就当下情况而言，我国电力智能巡检机器人，还未达到实际需求的目标。虽说经过大量研究者的努力，轻材质机器人的出现在一定程度上减少了电子智能巡检机器人的重点，但同时，也导致机器人驱动力严重不足。电力智能巡检机器人在系统架构方面一般由检测层、传输层、接受层组成。下图为电子智能巡检机器人系统架构构成示意图。

图 电子智能巡检机器人系统架构构成示意图

2.2 巡检机器人功能模块

1）控制模块。由于电力行业的特殊性，使得电力智能巡检机器人的使用环境愈加的复杂，所以对于电力智能机器人控制系统要求较高。例如能够确保电力智能巡检机器人可以自主地跨越电线上的障碍物，是目前电力智能巡检机器人智能系统研究的重要内容。此外，由于电力智能巡检机器人需要在各种环境中应用，那么障碍物的类型就呈现出多样化，所以，电力智能巡检机器人在进行障碍物跨越设计时，需要进行科学的运动规划，确保电力智能巡检机器人运行的准确性。

2）导航模块。电力智能巡检机器人的工作场景常常处于野外，在此条件下，电力智能巡检机器人在工作的过程中，不可避免地受到高压输电线路周围强电、磁场的影响。故电力智能巡检机器人导航系统内传感器的使用需要严格把控。现今，随着我国电力智能机器人技术的发展与应用，采用视觉导航进行机器人导航的技术较为普遍，视觉导航技术在应用后，能够确保电力智能巡检机器人具有更广的探索范围，且探索的精度更高，不仅能够快速地完成目标信息的采集，还可以利用设计模块中所使用的电磁传感器来优化巡检线路。

3）检测模块。电力智能巡检机器人在进行线路故障检测时常常处于离线模式，此时，电力智能巡检机器人不能对线路故障进行实时的检测，所以根据社会发展需求，需要将实时检测技术应用于电力智能巡检机器人上，并结合工作具体需要，研发出一种可靠性强的线路损伤、断股故障在线检测方式，确保电力智能巡检机器人在各种环境下均能够满足电网、电路设备的故障检测功能需求。

4）上位机软件模块。电力智能巡检机器人的上位机软件系统较为复杂，该系统模式利用无线通信技术完成信息、音频、指令的传输，其中图像操作系统软件能够获取电力设备的实时运行信息，并通过对静态图像的分析来判断设备、仪器、线路的运行状态。具体而言，上位机软件主要有以下特点，首先，能够采集到电力设备、线路的红外图像，客户在对电力设备红外图像处理后能够获取电力设备的实时温度信息。其次，能够对静态图像进行图像分隔，再者能够满足图像与视频的实时存储与传输。

3 电力智能巡检机器人的实际应用

随着我国智能技术与信息技术的推广与使用，我国山东电力科学研究院在2002年率先研发成功了第一代轨道式智能巡检机器人，该机器人在山东、浙江、河北、河南等省份的变电站中得到推广应用，效果良好，该智能巡检机器人的主要作用是满足了变电站的无人化值守需求。该智能巡检机器人将多种导航方法结合，能够满足自动导航、定位的需求，且可以根据客户需求实现远程访问、登录以及遥控等操作，进而达到远程控制机器人完成巡检任务的目的。且可见光摄影仪的应用使得机器人能够准确地获取变电站设备、仪器的运行实时信息，进而提升视频分析的准确性。

4 结束语

电力智能巡检机器人的出现与应用改变了传统电力系统中电网、电力设备人工巡检存在劳动强度高、巡检效率低、巡检质量层次不齐的问题，有效地提升了巡检质量，并利用信息化手段满足了巡检信息的共享。目前，电力智能巡检机器人作为电力行业使用最广泛的一种线路、电力设备巡检工具，是智能技术与信息技术相结合的产物，不仅能够完成日常电力线路、设备的巡检，还能够实现红外测温等功能，其使用环境的广泛性，极大提高了巡检效率与巡检质量，弥补了在恶劣环境下人工巡检所存在的问题，具有辽阔的应用前景。