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摘要：变电站巡检机器人广泛运用于变电站巡检。当前室外巡检机器人已经成熟，而室内机器人受限较多。开发一种室内外一体化智能巡检机器人，用一台机器人完成全站的巡检，急待解决。分析了室内外一体化机器人的关键技术，指出了其难点、开发步骤、方法、思路等，为一体化巡检机器人提供了理论和实践方法。
关键词：巡检机器人；变电站；室内；室外
引言：
变电站巡检，是通过对变电站内设备的巡视检查来掌握设备的运行状况，及时发现设备缺陷和安全隐患，以便及时消除缺陷和安全隐患，预防变电站内电力安全事故的发生，是保障变电站内设备安全、可靠运行的有效举措[1]。
近年来智能巡检机器人在变电站巡检中广泛应用。变电站智能巡检机器人基于导航定位、视频识别、红外测温等技术，实现了巡检数据的实时录入和智能分析，有效提升了变电站巡检的效率[2]。
当前用于变电站巡检机器人，因室内、室外场景不同、工作环境不同、障碍物部不同，需使用室内、室外多台机器人。无法实现变电站站间的自由流转，未配置机器人的变电站只能采用人工巡检的方式。不同厂家的变电站智能巡检机器人监控界面、数据接口不统一，无法实现不同厂家机器人的故障替换和站间流转。缺少统一的变电站智能巡检机器人集中管控平台，无法掌握机器人转运信息，不能实现机器人集中调配。
基于此本文提出室内外一体化智能巡检机器人，用一台机器人即可完成全站室内外的巡检。
1变电站室外巡检机器人
变电站室外巡检机器人运用非常成熟，一般采用轮式结构，典型机器人如下图所示。
图1 变电站室外巡检机器人结构图
变电站室外巡检机器人的整体结构主要包括基站、移动体控制系统以及由可见光图像摄像机，红外图像摄像机和声音探测器等组成的电站设备检测系统三部分。
移动体是整个机器人系统的移动载体和信息采集控制载体，主要包括移动车体，移动体运动控制系统和通信系统。
对于移动体还需要进行有效的监视、控制和管理，为此建立了一个基站。基站与移动体之间通过无线网桥组成一个无线局域网。
可见光图像，红外图像通过视频服务器的视频流数据和移动体控制系统信息等数据汇集到网络集线器后，经无线网桥，网络集线器一起通过电力系统内部网络传到运行监控终端，通过连接到电力系统局域网上的计算机可根据访间权限实时测览变电站设备的可见光和红外视频图像，机器人本身运行情况等相关信息，并且可以控制机器人移动体的运动等检测系统由红外测温仪和可见光摄像机等装置组成，均安装在移动体即智能巡检机器人上。该系统可以完成变电站设备外观图像和内部温度信息的采集和处理考虑到机器人的运行环境。其中机器人采用四轮轮式移动小车，前2轮为驱动轮，由1个电机分别驱动，差速转向，后2轮为方向轮。机器人外形流畅，直线运动性与转弯性能好。
2变电站室内巡检机器人
由于轮式结构的限制，机器人越障能力只能在10cm以下，变电站室内通常会有楼梯、挡鼠板、门禁等几个主要障碍。
这三个障碍导致机器人只能在指定区域内活动。目前国内外能够实现爬越楼梯这种越障运动的主要有星型轮式机构、腿式机构以及可变形履带式机构，其中腿式机构平底行走速度太慢不适合变电站使用。可变形履带式机构是目前机器人爬楼梯的一种主要方式，具有较好的攀爬楼梯的能力，可以利用机器人的履带构型的改变翻越障碍物，同时利用相应的算法使得机器人能够避免倾翻。具备完成正常的直线行走、原地转弯以及野外路面的行走的基本性能，并且机器人按照规划实现了自主爬楼梯的功能。星型轮式机构拥有八个轮子，通过简单的变形就可实现轮和腿的转换，利用八支腿之间的配合实现爬楼梯和越障。
因现场障碍限制，目前室内巡检机器人巡检范围仅覆盖单个小室，每个小室巡检均需布置机器人，而一座变电站多达 10 个小室，投资较大，效率低。
3变电站室内外一体化智能巡检机器人
为降低变电站巡检成本，减少机器人数量，急需开展室内外一体化巡检机器人研究，实现一台机器人完成室内外运行设备及环境信息的全面巡检。但受制于技术发展一直并未在国内变电站中进行实际应用。难以解决的主要问题是室内外机器人移动障碍和室内外巡检空间及对象的差异。
室内外一体化巡检机器人的根本是实现巡检机器人从室外到室内的移动和传送技术，以及室内外立体空间自适应技术。依据这两种技术来实现机器人对变电站室内室外全范围内的自动巡检。
（1）基于自动感应、智能控制的机器人移动和传送技术
单独的电动门禁技术是成熟的，但是要能够识别出机器人进出，需要结合传感器对机器人进行智能控制。挡鼠板的跨越也是本项目的难点之一，目前可能的方案有电动挡鼠板和轮腿式机器人跨越挡鼠板两种备用方案，需要进行缜密研究决定最终方案。同时还需要声波发生器，当机器人进出小室时与智能巡检系统联动，自动发射声波，驱赶小动物。自动门应保证人员随时打开，不受断电闭锁，满足发生火灾时人员迅速逃离。
履带式和轮腿式机器人的爬楼梯技术和跨越挡板技术，使机器人不必改造变电站小室挡鼠板就可以进入室内进行巡检。这些技术的经济性和可靠性，以及是否适用于变电站环境。
（2）复制非平坦环境下的机器人越障技术
机器人攀爬技术包括星型轮式机构和可变形履带式机构。如何能将这些技术与变电站巡检机器人结合起来是难点之一，能够爬楼梯的机器人是否能够适合变电站户外平地的行走。
（3）机器人室内外立体空间自适应技术
室外机器人的云台高度一般在1米左右且固定，通过变电站修辅助道路和放置反射镜的方式可以实现巡检点全覆盖。但室内巡检机器人一般云台高度可以在1.5-2米可调。
其他行业的电动升降杆技术是比较成熟的，但是巡检机器人需要云台升降精度很高，而且因为室外运行需要IP防护的考虑。如何将升降杆技术与变电站巡检机器人结合起来是难点之一。云台升降技术主要包含了升降动力和升降方式两个方面，小功率直流电机应该是比较适合本技术的动力来源，使用限位开关或者编码器来控制云台升降的高低。大型设备升降一般采用剪叉机构，但对于云台升降来说不具有良好的刚度，且减震性能较差，因此丝杆螺母传动结构是比较好的选择。
（4）机器人室内外一体化巡检方案
当前变电站室内外巡检机器人现状，对比单台机器人开展室内外设备巡检和室内、室外各配置机器人巡检，机器人攀爬台阶的结构和控制方案，电动门和电动挡鼠板的设计和控制方案，机器人跨越50cm挡鼠板的技术可行性，机器人室内外通信技术和导航定位技术的连续性，根据结果制定经济性最优的全面巡检方案。
图2 变电站室内外一体化智能巡检机器人关键技术
4 总结
分析了当前用于变电站中的室外巡检机器人、室内巡检机器人的现在及存在的问题。提出了室内外一体化智能巡检机器人的必要性，分析了其关键技术，即基于自动感应、智能控制的机器人移动和传送技术；复制非平坦环境下的机器人越障技术；机器人室内外立体空间自适应技术；机器人室内外一体化巡检方案等。
参考文献：
[1] 肖鹏，王海鹏，曹雷，等．变电站智能巡检机器人云台控制系统设计[J]．制造业自动化，2013，34（1）：105-108
[2] 胡启明，胡润滋，周平．变电站巡检机器人应用技术[J]．华中电力，2011，24（5）：36-43
论文作者:杨胜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/13
标签：机器人论文; 变电站论文; 室内外论文; 技术论文; 室外论文; 小室论文; 智能论文; 《电力设备》2017年第33期论文;