【文章內(nèi)容簡介】 初步的實驗室實驗中，遇到由于慣性造成的機器人旋轉角度過大、多次重復辨識定位才能正確上線等問題，解決方法還在研究中。 (2)變電站電力機器人隨著科技進步和電力體制改革的不斷發(fā)展，以“信息化、數(shù)字化、自動化、互動化”為特征的智能電網(wǎng)建設逐漸深入。為保證變電站設備的安全可靠運行，更好更快地推進變電站無人值守進程，變電站電力機器人部分替代人工巡檢已經(jīng)成為一種趨勢。傳統(tǒng)的變電站巡視主要是通過人工方式，綜合運用感官以及一些配套的檢測儀器對變電設備進行以簡單定性判斷為主的檢查，該方式存在勞動強度大，檢測質(zhì)量分散，主觀因素多，巡檢不到位難以監(jiān)控，巡檢結果數(shù)字化不便等缺陷，不符合智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。變電站電力機器人集成最新的機電一體化和信息化技術，采用自主或遙控方式，部分替代人對變電站室外設備進行可見光、紅外、聲音等檢測，對巡檢數(shù)據(jù)進行對比和趨勢分析，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行的事故隱患和故障先兆，如：異物、損傷、發(fā)熱和漏油等。電力機器人為提高變電站的數(shù)字化程度和全方位監(jiān)控的自動化水平，確保設備安全可靠運行發(fā)揮了重要作用。山東魯能智能技術有限公司和浙江省電力公司嘉興電力局，共同研究了變電站電力機器人檢測及控制系統(tǒng)，并發(fā)表了論文。文章針對全天候、強電磁等復雜背景下，要求變電站電力機器人適應性強、可靠性高、控制靈活及檢測結果準確等因素，介紹一種抗干擾能力強、實用化程度高、完全自主運行，能夠滿足變電站設備巡檢要求的機器人檢測及控制系統(tǒng)，主要包括導航定位及運動控制系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)、云臺控制系統(tǒng)、圖像及聲音檢測系統(tǒng)。檢測及控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分，為電力機器人長期自主運行提供了有力支持。導航定位及運動控制系統(tǒng)機器人采用磁導航，由安裝于機器人前部的磁傳感器組檢測機器人相對于磁軌跡的偏移，從而引導機器人沿預定路線運行。其主要優(yōu)點是導引原理簡單而可靠，導航定位精度高并且重復性好，抗干擾能力強，缺點是磁軌跡鋪設工作量大，地面處理工作量大，路徑靈活性差。機器人依靠RFID標簽定位，定位精度較高，可達厘米級。云臺控制系統(tǒng)變電站電力機器人按照規(guī)劃路線運行至檢測點后，調(diào)用云臺的預置位功能，云臺帶動可見光攝像機、紅外熱像儀等檢測設備對準待檢電力設備。云臺性能直接影響可見光、紅外圖像質(zhì)量。本文對云臺本體采用模塊化設計，結構緊湊堅固，176。具有IP67防護等級。云臺控制系統(tǒng)結構包含直流伺服電機、角度傳感器、硬件限位和云臺控制板，它們分別負責云臺水平和垂直運動時的驅動、位置反饋、行程保護和系統(tǒng)控制。 (3)校園巡邏機器人電力機器人作為服務機器人的一種，是隨著近年來社會經(jīng)濟的發(fā)展，超級商場、機場、車站、會展中心及物流倉庫等大型人流、物流場所規(guī)模和數(shù)量不斷擴大，保安自動化需求日趨迫切這一環(huán)境下而催生的一種新型機器人。采用電力機器人進行定時、定點監(jiān)控巡邏或不間斷流動巡邏將是解決當前情況的一種可行方案。巡邏機器人是一個集環(huán)境感知、路線規(guī)劃、動態(tài)決策、行為控制以及報警裝置于一體的多功能綜合系統(tǒng)。將機器人用于保安工作，具有廣闊的應用前景，近年來已受到國內(nèi)外的重視，成為服務機器人的一個新研究方向。山東大學的一名研究生在2013年5月發(fā)表的碩士論文中提到了校園巡邏機器人定位與避障技術研究。文章針對校園環(huán)境下移動機器人的定位與避障技術展開研究,并取得了一定成果，具體研究內(nèi)容如下： 針對校園環(huán)境范圍大、結構簡單的特點，結合RFID傳感器信息傳遞功能，提出一種大范圍拓撲環(huán)境學習與建模新方法。根據(jù)校園環(huán)境上下文信息需求，設計RFID標簽格式，指導機器人進行環(huán)境學習，且以標簽的分布代表環(huán)境整體結構，由標簽內(nèi)容傳遞導航任務，由此構建環(huán)境模型。 針對激光數(shù)據(jù)存在噪聲干擾的問題，設計了一種動態(tài)自適應中值濾波方法，利用激光數(shù)據(jù)時間和空間上的相關性，剔除噪聲干擾，平滑激光數(shù)據(jù)。 根據(jù)校園道路特點，采用激光傳感器利用路沿高度區(qū)分路面區(qū)域，完成機器人定位，并針對單一傳感器無法可靠定位的問題，提出了基于擴展卡爾曼濾波的激光與慣導模塊角度信息融合方法，大大提高了機器人直道定位的精度和可靠性。在路口區(qū)域，使用RFID、激光、慣導模塊與里程計相互配合，彌補缺陷,保證了路口區(qū)域機器人的定位精度。 為保障機器人安全巡邏，在總結常用避障策略的基礎上，提出一種新的角度勢場法，將機器人所處環(huán)境的勢場力轉化到角度信息上，通過綜合分析各角度的可通行性，得出機器人最佳方向選擇。同時針對傳統(tǒng)障礙檢測方法的不足，采用傾斜向下安裝的激光檢測一個傾斜面，兼顧機器人前方與激光位置下方區(qū)域，獲得更好的檢測效果。 視覺作為機器人定位的常用方法，能夠提供豐富、準確的環(huán)境信息，且設備價格低廉，易于安裝使用，因此，視覺定位一直是機器人定位問題研究的熱點。視覺定位通過分析采集的圖像，從中提取出能夠提供定位信息的人工地標或自然地標信息，從而完成對機器人的定位。邱波等通過視覺檢測導航線及定位路標,實現(xiàn)了機器人在變電站的無人巡檢。Saeedi等人提出了一種通過提取閣像特征的兩步特征跟蹤算法，并通過卡爾曼濾波提高了環(huán)境特征和移動本體的位賞估計精度，取得了較好的效果。對于完全非結構化的環(huán)景，Yang Cheng等設計的三維立體視覺定位方法在“機遇”號火里車上得到了成功應用。雖然視覺定位取得了廣泛的應用，但視覺定位算法復雜,定位的實時性較差，且受環(huán)境中光照、尺度及部分遮擋等因素的影響較大，這都會對圖像信息的理解和分析帶來較大的困難。 設計定位通過對電力機器人的調(diào)研，我了解到電力機器人運行在一些行業(yè)中發(fā)揮了很大的作用。目前各電力公司（尤其是山東省電力供電局）和研究所以及部分大學的人員均對它進行了深入的研究和探討。本文主要對高壓線電力機器人、變電站電力機器人和校園電力機器人分別進行了調(diào)查和研究，從中知道他們在不同運行環(huán)境下?lián)碛胁煌墓δ芤约跋嗨频墓ぷ髟?。本人根?jù)電力機器人設計調(diào)研報告，分析總結文獻及調(diào)查結果，設計定位為實用性好，藝術感強，注意細節(jié)，科技感強。 2電力機器人技術概述 電力機器人的運動機構 電力機器人系統(tǒng)的整體結構 機器人的整體結構主要包括基站、移動體控制系統(tǒng)以及由可見光圖像攝像機、紅外 圖像攝像機和傳聲器(MIC)等組成的電站設備檢測系統(tǒng)三部分。 機器人整體系統(tǒng)網(wǎng)絡結構Fig Robot overall system network structure移動體是整個機器人系統(tǒng)的移動載體和信息采集控制載體,主要包括移動車體、移動體運動控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。對于移動體還需要進行有效的監(jiān)視、控制和管理,為此建立了一個移動機器人監(jiān)控中心來完成該任務,稱其為基站。基站與移動體之間通過無線網(wǎng)橋組成一個無線局域網(wǎng),帶寬50Mbit/s,無遮 擋傳輸距10km。整個機器人系統(tǒng)采用基于IP網(wǎng)絡的二級結構( ) ,可見光圖像、紅外圖像通過視頻服務器的視頻流數(shù)據(jù)和移動體控制系統(tǒng)信息等數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡集線器后,經(jīng)無線網(wǎng)橋、網(wǎng)絡集線器一起通過電力系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡傳到運行監(jiān)控中心,連接到電力系統(tǒng)局域網(wǎng)上的計算機可根據(jù)訪問權限實時瀏覽變電站設備的可見光和紅外視頻 圖像、機器人本身運行且可以控制機器人移動體的運動等 。檢測系統(tǒng)由紅外熱像儀和 可見光CCD攝像機等裝置組成,均安裝在移動體上,該系統(tǒng)可以完成變電站設備外觀圖像和內(nèi)部溫度信息的采集和處理 ?？紤]到機器人的運行環(huán)境,其移動體采用四輪輪式移動小車,前2輪為驅動輪,由2個電機分別驅動,差速轉向,后2輪為萬向輪。該移動體結構 簡單,易加工,直線運動性與轉彎性能好,能夠以2個前輪中心點做原地轉彎,且無側滑 ,對路面的適應性強,且便于控制系統(tǒng)的設計。 電力機器人基站系統(tǒng) 基站系統(tǒng)采用P C機、Windows操作系統(tǒng)?；鞠到y(tǒng)包括基站計算機、無線網(wǎng)橋、網(wǎng)絡集線器等硬件設備,主要用人機交互、接收操作人員的各種操作指令,并將這些指令 下達到機器人移動體運動控制系統(tǒng)。同時,基站系統(tǒng)也是用戶了解機器人的工作情況和結 果的直接渠道?；居嬎銠C安放在運行監(jiān)控中心,由基站框架、電子地圖、狀態(tài)報警處理、全局路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫、工作模塊(包括圖像、聲音處理模塊）等模塊組成。 基站軟件系統(tǒng)結構拓撲Figure Base station software system structure topology 移動體控制系統(tǒng) 移動體系統(tǒng)主要包括移動體運動控制子系統(tǒng)和工作子系統(tǒng)兩大部分。移動體運動控制子系統(tǒng)硬件由PC104主板、P M A c l以運動控制卡和電機驅動器組成,主要負責機器人在巡檢過程中的運動、行為的控制。移動體內(nèi)部系統(tǒng)結構為了實現(xiàn)機器人的自主運動, 有3個關鍵的算法,即全局路徑規(guī)劃、局部行為規(guī)劃和車體運動學建模。全局路徑規(guī)劃由電子地圖提供相應的地圖信息和任務信息,按照路徑最短、轉彎最少、綜合最優(yōu)等策略,規(guī)劃出機器人的運動路徑。局部行為規(guī)劃經(jīng)過對機器人各傳感器收集到的周圍環(huán)境數(shù)據(jù)和全局路徑規(guī)劃的結果進行綜合分析,實時給出機器人的局部路徑,即移動機器人的速度和轉向角命令,傳輸給車體運動控制系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)通過實時接收局部行為規(guī)劃結果, 對車體進行動力學建模,將接收到的速度指令分解到各個電機,解算出各個電機需要承受 的速度,并由可編程多軸運動控制器(PMAC )實現(xiàn)對各個電機的控制,其中由2個電機驅動車體運動、2個電機驅動云臺運動,從而實現(xiàn)機器人的自主運動。工作子系統(tǒng)主要負責完成機器人在巡檢過程中需要做的工作,如圖像和聲音等。 移動體內(nèi)部系統(tǒng)結構Picture Mobile body internal system structure 遠程紅外監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 以非接觸測溫為基礎的紅外診斷技術在電力系統(tǒng)得到了廣泛應用,但是,目前主要使用的紅外熱像儀以手持形式為主。使用手持紅外熱像儀進行電力設備診斷時,一般需要預先錄下關注點的圖像,然后帶回實驗室進行離線分析,這樣并不能實現(xiàn)實時檢測和及時發(fā)現(xiàn)問題 。本文采取在線式紅外熱成像裝置 。本系統(tǒng)包括紅圖像采集裝置、紅外圖像處理模塊、圖像顯示 、存儲 、查詢和報表生成模塊。該診斷系統(tǒng)可根據(jù)預先設 定的設備溫度閡值,自動進行判斷,對超出報警值的設備在基站主控計算機上給出聲音和文本報警。借助可見光圖像識別,能判斷一些關鍵設備的內(nèi)部溫度梯度,不但可以形成某一時刻變電站的一些關鍵設備的設備一溫度曲線,也可以生成某一設備在一定歷史時間內(nèi)的時間一溫度曲線 。 遠程圖像監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在一般的變電站圖像監(jiān)測系統(tǒng)中,特定的圖像經(jīng)攝像機和采集卡輸人到計算機,經(jīng)壓縮后傳輸?shù)秸{(diào)度中心,調(diào)度端同時顯示多個變電站的實時圖像,調(diào)度員通過人工分析判斷變電站的運行狀態(tài)。本系統(tǒng)在無人值守變電站先利用機器人基站系統(tǒng)對移動體發(fā)送來的可見光圖像進行分析,只傳輸分析結果或待進一步確定的圖像。首先對采集的圖像進行預處理,識別出被監(jiān)測的電力設備,通過將該圖像與上次采集的圖像進行差圖像分析、累積圖像分析、相關分析、區(qū)域標識、紋理描述和評判等處理,結合對應設備的參數(shù)庫確定其是何設備,如果是儀表則識別出讀數(shù)。如果處于正常狀態(tài)則切換攝像機采集和分析下一幅圖像,如有畸變發(fā)生則存儲結果,向上一級傳輸及發(fā)出告警信號.,不再傳輸?shù)恼D像可由調(diào)度員人工遠程調(diào)用,這就使信道的傳送效率大為提高,而且調(diào)度員也不必時刻注視監(jiān)視屏幕。無人值守變電站中的電力設備種類繁多,針對關鍵設備進行遠程圖像監(jiān)測和狀態(tài)診斷并與其他監(jiān)測系統(tǒng)相結合,使變電站運行的可靠性大為提高。 遠程聲音監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 噪聲檢測子系統(tǒng)是變電站巡檢機器人功能的一部分,主要是對變壓器的噪聲