阀厅巡检机器人控制系统设计与实现探究

国网福建检修公司 何志甘 付胜宪 范彦琨 陈德兴

巡检机器人就是替代或协助人们开展好巡逻、巡检、安防等对应工作的机器人，可让机器人按照阀厅巡检作业的实际要求和规划路径精确执行并停留在对应的位置上，通过针对巡检设备进行表计读数记录、红外测温、异常状态报警等，最终就可发挥巡检数据的实时上传、报表生成、信息显示等后台功能。巡检机器人带有稳定性、可靠性、效率高等优势，现阶段在电力系统之中得到广泛的应用。

1 阀厅巡检机器人控制系统设计与实现

1.1 作业任务分析

基于巡检标准开展针对性分析，与阀厅作业的具体情况结合起来，按照调研结果的实际分析，再配合相应产品功能的实际参考，这样就可得出对应的结论。阀厅巡检任务主要包含：对电气仪表显示的各种电参数进行读取与记录，探查电力变压器油箱焊缝的实际可靠性及测量油温、油液位和油压数据，探查各个位置上套管外渗漏情况，从而合理地检查层间短路情况和运行时段线圈的闸间短路情况；针对变压器内部是否有放电、击穿现象进行检查；监控冷却系统，从而了解散热器、出风口等相应的实际情况[1]。

1.2 机器人运动执行机构

阀厅巡检机器人利用轮臂复合机构就可满足运动的实现。轮臂复合机构主要是针对阀厅巡检机器人加以控制，这样就可满足架空电力输电线路及电力设备场所的直接行程，可实现跨越杆塔障碍物的要求。在实际运行中，其主要包含了机械夹持手臂、行走机械动轮、机械夹持爪，基于机械夹持爪和机械行走动轮就可选择旋转关节机构和可伸缩关节机构，从而将其安置在机械夹持手臂上，之后利用夹持手臂就能直接连接到滑动机械导轨上。阀厅巡检机器人能够基于滑动机械导轨，通过步进电机最终满足自由滑动的要求。单机械夹持爪在实现抓线时会逐渐将巡检机器人的中心调整，让其处于机械夹持手臂和夹持机械爪上，这样就可实现对巡检机器人运动姿态稳定性的保护。电力巡检机器人箱体主要是用于各种传感器、机器人主控制单元、高清视频摄像头、步进电机等硬件设备的携带。

1.3 控制系统的硬件设计

1.3.1 控制系统的硬件组成

本文所设计的阀厅巡检机器人硬件见图1，主要包含了工业计算机、光传感器、视频摄像头、主控单元、姿态传感器、无线数据传输设备、步进电机等对应的硬件。

图1 控制系统硬件组成

1.3.2 控制系统的硬件功能

阀厅巡检机器人控制系统的上位机角色为工业计算机，这样可满足显示阀厅巡检机器人的工作状态，如所处位置、作业项目、作业进度等相应的内容，并会提醒操作人员对应的内容；姿态传感器本身可直接采集姿态信息，掌握动作信息，直接将其信息传递给主控单元，通过其控制要求和传感器回传信息相互的结合，就可满足综合性判断的要求，从而针对阀厅巡检机器人加以控制，让其可以进行下一步操作；步进电机和电机驱动器可满足针对性的阀厅巡检机器人的控制要求，可将执行动作信息从主控单元中获取，然后通过机器人来实现后续具体动作要求；光传感器的功能实现主要是利用高精度的光信号，其本身是针对击穿、闪络等问题加以了解。当出现上述几种现象时可在第一时间做出反应，直接在主控单元中落实故障信息，然后与传感器信息相互结合，就可实现综合化的处理，并会对应的将信息传递给上位机，这时工作人员就可获取某一时间段、某一地点出现的放电、闪络、击穿等故障情况，按照相应的操作规程进行下一步的操作。

热传感器可辨识高精度热力源，能实现对设备实际运行位置发热情况进行针对性的监测。当有温度超标情况出现就会及时反应，直接传递主控单元故障的相关信息，然后与传感器信息直接结合，完成后续的综合处理需求，告知上位机实际的信息，促使工作人员清楚了解具体的温度超标情况，然后针对性开展判断，落实下一步操作；商品摄像头主要是实时观察阀厅巡检机器人的具体环境情况，等采集到视频信息后就可及时上传到上位机加以显示。如果其余传感器检测到部分问题，视频传感器就可将监测问题现场的实际情况及时传递回来，以便于操作人员根据现场情况制定下一步工作计划，做好维修作业所需工具的准备工作；位置传感器主要是实时定位阀厅巡检机器人，然后将位置信息及时传递到上位机，以便于操作人员对机器人的实际情况进行分析；无线传输设备在交换数据的前提下直接上传对应的实时参数，能针对巡检设备的具体信息进行分析，这样就可按照上位机的指令将下一步的操作落实[2]。

图4 电力巡检机器人全部运动轨迹线路图

图5 电力巡检机器人局部运动轨迹线路图

1.4 控制系统的软件设计

在本系统的软件设计中，主要是通过C语言来实现控制代码的开发，基于CCS3.3的环境分析处理TMS320F2812控制芯片的软件编程。系统软件基于程序执行情况来合理进行划分处理，其主要囊括了运动控制功能、数据通信、信息采集等诸多模块。运动控制模块包含了加速、前进、后退、停止、减速等阀厅巡检机器人的运动模式；数据通讯的模块基于通讯协议，就可开发其通信控制代码，这样才能上传数据并完成控制命令接受等相关的工作。流程图见图2，在机器启动后基于指令来完成一系列的操作，其中停止为最高优先级，之后才是转弯与直行，机器人接收到停止命令后就会停留在原地等待下一次执行命令[3]。

图2 运动控制软件流程

2 案例实证

阀厅巡检机器人基于实验室模拟环境进行运动，实际的预定运动轨迹线路见图3，主要是针对位置信息，基于显示轨迹对运行控制程序性能进行分析和记录处理。通过实际的情况分析，在到达预定地点后，阀厅巡检机器人就可开展相应的巡检作业，但要求其实际运动误差需控制在3cm内，其实际角度误差不允许超出0.1rad。要求其阀厅机器人直接离开巡检点朝着后续巡检点移动，不过可能会导致其位置误差超出3cm，角度误差也会有超过0.1rad的情况，这主要是因为在实际加速或减速中就会因为自重问题而引起惯性。在项目的测试环节，阀厅机器人没有出现任何击中障碍物的问题，也没有与预定运动路线相互偏离的问题出现。基于此，该阀厅巡检机器人就可在不同场合满足电力巡检作业的实际要求，同时满足实际的工况要求[4]。

图3 电力巡检机器人预定运动轨迹线路图