摘要：随着机器人技术的快速发展，变电站巡检机器人的应用越来越广泛。如何确保机器人在替代人工巡检时的重复定位精度与准确性，已成为国内外专家学者研究的热点问题。由于变电站环境的特殊性，机器人在替代人工巡检时，不仅需要利用红外热成像仪对设备温度进行采集，还需要利用可见光摄像头对仪表、干燥剂等设备状态进行识别，并且，机器人完成巡检任务后需要返回充电房。同时，机器人需要将采集的数据实时上传到后台监控中心，方便用户查询。本文主要分析探讨了变电站巡检机器人关键技术及系统，以供参阅。
关键词：变电站；巡检机器人；关键技术；系统
引言
变电站是输电网的枢纽，变电站运维工作中的设备巡检是有效变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作，目前普遍采用人工巡视、手工记录的方式，随着变电站规模扩大，巡检区域不断增加，运行环境也变得更为复杂，这样使得变电站现场设备的巡视范围和工作量变大，简单依赖于巡视人员的感官和经验，很难做到全面准确巡检，给设备和电网安全运行带来隐患。随着机器人技术的发展和成熟，利用机器人进行变电站设备巡检成为可能，经过近几年的持续研究和改进，国内已有多家单位推出了可稳定运行的变电站智能巡检机器人产品，并已在多个现场进行应用。
1变电站巡检机器人关键技术
1.1机器人移动机构
移动机构的选择关系到运动控制系统的控制策略，是巡检机器人在变电站路况环境下高速、高精度稳定运行的重要基础。按照机器人越障方式不同，其移动机构主要包括以下几类：轮式、履带式、固定轨道式、仿生腿式及复合式等。1）轮式机构。轮式机构是日常交通中应用最为广泛的移动机构，其优点在于结构简单、控制方便、机动灵活、传动效率较高，但其地形适应能力相对较差，越障能力及其运行平稳性与驱动轮半径大小相关。2）履带式机构。履带式机构是工业机械中较为常用的移动机构，具有越障能力强、地面附着能力强、运动平稳等优点，但其结构相对复杂、体积较大、不易转弯、机动性能相对较差。3）固定轨道式机构。固定轨道式机构是利用滑轨实现移动机器人的沿轨道运行，其优点在于具有精确的定位控制和多维度移动能力，空间移动范围广泛，具有较强的环境适应性，但其运行路径较为单一，灵活性较差。4）仿生腿式机构。仿生腿式机构是近年来较为热门的研究领域，日本本田、索尼公司及美国波士顿动力公司在仿生腿式机构上有着较为前沿的技术研究，其利用多自由度仿生结构使得机器人的运动灵活性及地形环境适应能力得到极大的提高，能够实现非结构地形中的自主移动。然而，受现阶段技术水平限制，当前仿生腿式机构若要实现快速稳定移动，仍然面临很多技术难题，尚无法实现商业化应用推广。5）复合式机构。复合式机构通过对轮-履-腿等单一机构的融合，能够充分发挥各单一移动机构的优点，实现更强的地形环境适应性和运行控制灵活性，但其移动控制较为复杂，且实际使用中需要针对不同的应用场合设计不同的复合模式，其技术通用性相对较差。
1.2机器人导航定位技术
变电站巡检机器人导航方式主要如下：（1 ）激光方式：机器人依靠激光发射器和反光标志，需要在变电站布置大量反光柱，一旦任意反光标志有缺损或被遮挡，机器人将无法正常运行，可靠性大幅度降低，维护工作量很大；（2 ）电磁感应巡线：在变电站地面埋设磁条或通电线圈，采用磁感应传感器或霍尔传感器检测埋设的磁条磁性，使机器人沿着埋设的路径运行。该种方式循线稳定可靠；（3 ）轨道方式：在变电站地面铺设轨道，让机器人像火车一样沿着轨道运行。该种方式机器人运行稳定可靠，但存在现场施工工作量较大，巡检路径一旦发生变化，需重新施工铺设轨道，成本较高。机器人在变电站的运行需要高度稳定可靠，固在磁感应巡线的基础上，采用双排磁传感器方式进行导航与定位。该种方式采用双排磁传感器，前排导航和减速，后排定位，实时检测机器人的运动轨迹，通过伺服控制系统实时调整，使机器人沿着既定路径运行。该种方式机器人运行稳定可靠，现场施工工作量很小，巡检路径一旦发生变化，只需修改机器人的目标路径，无维护成本。结合巡检机器人工作环境，采用双排磁传感器的定位方式。
1.3自动充电及能源管理技术
自动充电结构包括车载部分和充电室（地面部分 ），按结构形式有：（1 ）上置式：连接触点位于机器人车体上方，当机器人停在充电室时，车载结构与地面连接触点自动完成对接啮合，当机器人驶离充电台位时自动脱离；（2 ）侧置式：连接触点位于机器人车体左右两侧，当机器人停在充电室时，车载结构与地面连接触点是侧向对应，由两者其中一方伸出机构完成对接吻合。充电完成后，机构缩回脱离；（3 ）后置式：连接触点位于机器人车体后部，当机器人停在充电室时，车载结构与充电桩连接触点实现自动对接。充电完成后，机器人继续工作或者保持充电状态，机器人前进时，连接触点自动脱离。
1.4机器人无线通信网络技术
巡检机器人的后台监控、任务调度、巡检数据传输等环节完全依靠无线通信模块。常用的无线网络是一种点到点的不可靠的通信方式，对巡检机器人工作的稳定性构成较大威胁。Mesh网络是一种新型的网络结构，它提供了多信道多链路的数据传输方式，采用低成本、高带宽和易架设的组网方式，提高了数据传输的可靠性以及网络系统整体带宽容量。本项目根据变电站巡检机器人工作环境，构建起基于无线Mesh网络技术的高速可靠巡检机器人无线通讯系统。将有线设备或有线AP（AccessPoint ）的数量减少到最小是无线Mesh网络的优势。与传统的交换式网络相比，Mesh网络具有部署安装简便、非视距传输、稳定、结构灵活、高带宽的特点。在Mesh网络结构中，每个节点传输路径不唯一，网络可以根据每个节点的数据包大小和数量动态地通讯路由，避免通讯堵塞现象。
2控制系统设计
2.1控制系统硬件设计
变电站巡检机器人主要结构有底盘结构、内部骨架、充电结构、外壳和传感器等组成。总体结构图如图1所示。其主要功能是展示了变电站巡检机器人的整体构造，显示每个设备的安装位置和对应的结构，并展现各个功能模块的逻辑关系。
图1变电站巡检机器人总图
2.2控制系统软件设计
变电站巡检机器人系统体系结构如图2和3所示，后台和移动站通过WLAN无线网络连接，采用TCP/IP网络通信协议。
图2巡检机器人移动站软件系统结构
图3巡检机器人后台软件系统结构
结束语
目前，变电站巡检机器人已经在国内各电网公司中得到了一定的应用，从整体情况来看，利用智能机器人能够有效代替人工完成站内一二次设备的日常巡检，且其巡检效率高，具有较好的经济效益。但是从整体来看，当前巡检机器人智能化程度仍显不足，模式识别算法及综合诊断分析能力仍有待提高。另一方面，早期的变电站设备均按传统模式布置，未考虑机器人巡检的应用需求，因此后期在设备选型及布置上也需要进行重点研究。
参考文献：
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[2]付渊，鹿宁，田月炜.论变电站巡检机器人关键技术及发展趋势[J].电子技术与软件工程.2014（03 ）
[3]王凯.变电站巡检机器人关键技术及系统的研究与实现[D].电子科技大学.2015
论文作者:韩光新
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/13
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