【文章內(nèi)容簡介】 初步的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，遇到由于慣性造成的機(jī)器人旋轉(zhuǎn)角度過大、多次重復(fù)辨識(shí)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(jī)器人隨著科技進(jìn)步和電力體制改革的不斷發(fā)展，以“信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化”為特征的智能電網(wǎng)建設(shè)逐漸深入。為保證變電站設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，更好更快地推進(jìn)變電站無人值守進(jìn)程，變電站電力機(jī)器人部分替代人工巡檢已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。傳統(tǒng)的變電站巡視主要是通過人工方式，綜合運(yùn)用感官以及一些配套的檢測(cè)儀器對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行以簡單定性判斷為主的檢查，該方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測(cè)質(zhì)量分散，主觀因素多，巡檢不到位難以監(jiān)控，巡檢結(jié)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(jī)器人集成最新的機(jī)電一體化和信息化技術(shù)，采用自主或遙控方式，部分替代人對(duì)變電站室外設(shè)備進(jìn)行可見光、紅外、聲音等檢測(cè)，對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和趨勢(shì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)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(jī)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(dòng)化水平，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。山東魯能智能技術(shù)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(jī)器人檢測(cè)及控制系統(tǒng)，并發(fā)表了論文。文章針對(duì)全天候、強(qiáng)電磁等復(fù)雜背景下，要求變電站電力機(jī)器人適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、控制靈活及檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確等因素，介紹一種抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)用化程度高、完全自主運(yùn)行，能夠滿足變電站設(shè)備巡檢要求的機(jī)器人檢測(cè)及控制系統(tǒng)，主要包括導(dǎo)航定位及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)、云臺(tái)控制系統(tǒng)、圖像及聲音檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)及控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，為電力機(jī)器人長期自主運(yùn)行提供了有力支持。導(dǎo)航定位及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)器人采用磁導(dǎo)航，由安裝于機(jī)器人前部的磁傳感器組檢測(cè)機(jī)器人相對(duì)于磁軌跡的偏移，從而引導(dǎo)機(jī)器人沿預(yù)定路線運(yùn)行。其主要優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)引原理簡單而可靠，導(dǎo)航定位精度高并且重復(fù)性好，抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是磁軌跡鋪設(shè)工作量大，地面處理工作量大，路徑靈活性差。機(jī)器人依靠RFID標(biāo)簽定位，定位精度較高，可達(dá)厘米級(jí)。云臺(tái)控制系統(tǒng)變電站電力機(jī)器人按照規(guī)劃路線運(yùn)行至檢測(cè)點(diǎn)后，調(diào)用云臺(tái)的預(yù)置位功能，云臺(tái)帶動(dòng)可見光攝像機(jī)、紅外熱像儀等檢測(cè)設(shè)備對(duì)準(zhǔn)待檢電力設(shè)備。云臺(tái)性能直接影響可見光、紅外圖像質(zhì)量。本文對(duì)云臺(tái)本體采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固，176。具有IP67防護(hù)等級(jí)。云臺(tái)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含直流伺服電機(jī)、角度傳感器、硬件限位和云臺(tái)控制板，它們分別負(fù)責(zé)云臺(tái)水平和垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)、位置反饋、行程保護(hù)和系統(tǒng)控制。 (3)校園巡邏機(jī)器人電力機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人的一種，是隨著近年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，超級(jí)商場、機(jī)場、車站、會(huì)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(kuò)大，保安自動(dòng)化需求日趨迫切這一環(huán)境下而催生的一種新型機(jī)器人。采用電力機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)、定點(diǎn)監(jiān)控巡邏或不間斷流動(dòng)巡邏將是解決當(dāng)前情況的一種可行方案。巡邏機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、路線規(guī)劃、動(dòng)態(tài)決策、行為控制以及報(bào)警裝置于一體的多功能綜合系統(tǒng)。將機(jī)器人用于保安工作，具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來已受到國內(nèi)外的重視，成為服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)新研究方向。山東大學(xué)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(jī)器人定位與避障技術(shù)研究。文章針對(duì)校園環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人的定位與避障技術(shù)展開研究,并取得了一定成果，具體研究內(nèi)容如下： 針對(duì)校園環(huán)境范圍大、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，結(jié)合RFID傳感器信息傳遞功能，提出一種大范圍拓?fù)洵h(huán)境學(xué)習(xí)與建模新方法。根據(jù)校園環(huán)境上下文信息需求，設(shè)計(jì)RFID標(biāo)簽格式，指導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行環(huán)境學(xué)習(xí)，且以標(biāo)簽的分布代表環(huán)境整體結(jié)構(gòu)，由標(biāo)簽內(nèi)容傳遞導(dǎo)航任務(wù)，由此構(gòu)建環(huán)境模型。 針對(duì)激光數(shù)據(jù)存在噪聲干擾的問題，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)中值濾波方法，利用激光數(shù)據(jù)時(shí)間和空間上的相關(guān)性，剔除噪聲干擾，平滑激光數(shù)據(jù)。 根據(jù)校園道路特點(diǎn)，采用激光傳感器利用路沿高度區(qū)分路面區(qū)域，完成機(jī)器人定位，并針對(duì)單一傳感器無法可靠定位的問題，提出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的激光與慣導(dǎo)模塊角度信息融合方法，大大提高了機(jī)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(dǎo)模塊與里程計(jì)相互配合，彌補(bǔ)缺陷,保證了路口區(qū)域機(jī)器人的定位精度。 為保障機(jī)器人安全巡邏，在總結(jié)常用避障策略的基礎(chǔ)上，提出一種新的角度勢(shì)場法，將機(jī)器人所處環(huán)境的勢(shì)場力轉(zhuǎn)化到角度信息上，通過綜合分析各角度的可通行性，得出機(jī)器人最佳方向選擇。同時(shí)針對(duì)傳統(tǒng)障礙檢測(cè)方法的不足，采用傾斜向下安裝的激光檢測(cè)一個(gè)傾斜面，兼顧機(jī)器人前方與激光位置下方區(qū)域，獲得更好的檢測(cè)效果。 視覺作為機(jī)器人定位的常用方法，能夠提供豐富、準(zhǔn)確的環(huán)境信息，且設(shè)備價(jià)格低廉，易于安裝使用，因此，視覺定位一直是機(jī)器人定位問題研究的熱點(diǎn)。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(biāo)或自然地標(biāo)信息，從而完成對(duì)機(jī)器人的定位。邱波等通過視覺檢測(cè)導(dǎo)航線及定位路標(biāo),實(shí)現(xiàn)了機(jī)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(dòng)本體的位賞估計(jì)精度，取得了較好的效果。對(duì)于完全非結(jié)構(gòu)化的環(huán)景，Yang Cheng等設(shè)計(jì)的三維立體視覺定位方法在“機(jī)遇”號(hào)火里車上得到了成功應(yīng)用。雖然視覺定位取得了廣泛的應(yīng)用，但視覺定位算法復(fù)雜,定位的實(shí)時(shí)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(huì)對(duì)圖像信息的理解和分析帶來較大的困難。 設(shè)計(jì)定位通過對(duì)電力機(jī)器人的調(diào)研，我了解到電力機(jī)器人運(yùn)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(xué)的人員均對(duì)它進(jìn)行了深入的研究和探討。本文主要對(duì)高壓線電力機(jī)器人、變電站電力機(jī)器人和校園電力機(jī)器人分別進(jìn)行了調(diào)查和研究，從中知道他們?cè)诓煌\(yùn)行環(huán)境下?lián)碛胁煌墓δ芤约跋嗨频墓ぷ髟怼１救烁鶕?jù)電力機(jī)器人設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告，分析總結(jié)文獻(xiàn)及調(diào)查結(jié)果，設(shè)計(jì)定位為實(shí)用性好，藝術(shù)感強(qiáng)，注意細(xì)節(jié)，科技感強(qiáng)。 2電力機(jī)器人技術(shù)概述 電力機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 電力機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)主要包括基站、移動(dòng)體控制系統(tǒng)以及由可見光圖像攝像機(jī)、紅外 圖像攝像機(jī)和傳聲器(MIC)等組成的電站設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)三部分。 機(jī)器人整體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig Robot overall system network structure移動(dòng)體是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的移動(dòng)載體和信息采集控制載體,主要包括移動(dòng)車體、移動(dòng)體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。對(duì)于移動(dòng)體還需要進(jìn)行有效的監(jiān)視、控制和管理,為此建立了一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人監(jiān)控中心來完成該任務(wù),稱其為基站?；九c移動(dòng)體之間通過無線網(wǎng)橋組成一個(gè)無線局域網(wǎng),帶寬50Mbit/s,無遮 擋傳輸距10km。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)采用基于IP網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)結(jié)構(gòu)( ) ,可見光圖像、紅外圖像通過視頻服務(wù)器的視頻流數(shù)據(jù)和移動(dòng)體控制系統(tǒng)信息等數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡(luò)集線器后,經(jīng)無線網(wǎng)橋、網(wǎng)絡(luò)集線器一起通過電力系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳到運(yùn)行監(jiān)控中心,連接到電力系統(tǒng)局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)可根據(jù)訪問權(quán)限實(shí)時(shí)瀏覽變電站設(shè)備的可見光和紅外視頻 圖像、機(jī)器人本身運(yùn)行且可以控制機(jī)器人移動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)等 。檢測(cè)系統(tǒng)由紅外熱像儀和 可見光CCD攝像機(jī)等裝置組成,均安裝在移動(dòng)體上,該系統(tǒng)可以完成變電站設(shè)備外觀圖像和內(nèi)部溫度信息的采集和處理 ?？紤]到機(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境,其移動(dòng)體采用四輪輪式移動(dòng)小車,前2輪為驅(qū)動(dòng)輪,由2個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),差速轉(zhuǎn)向,后2輪為萬向輪。該移動(dòng)體結(jié)構(gòu) 簡單,易加工,直線運(yùn)動(dòng)性與轉(zhuǎn)彎性能好,能夠以2個(gè)前輪中心點(diǎn)做原地轉(zhuǎn)彎,且無側(cè)滑 ,對(duì)路面的適應(yīng)性強(qiáng),且便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 電力機(jī)器人基站系統(tǒng) 基站系統(tǒng)采用P C機(jī)、Windows操作系統(tǒng)?；鞠到y(tǒng)包括基站計(jì)算機(jī)、無線網(wǎng)橋、網(wǎng)絡(luò)集線器等硬件設(shè)備,主要用人機(jī)交互、接收操作人員的各種操作指令,并將這些指令 下達(dá)到機(jī)器人移動(dòng)體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。同時(shí),基站系統(tǒng)也是用戶了解機(jī)器人的工作情況和結(jié) 果的直接渠道?；居?jì)算機(jī)安放在運(yùn)行監(jiān)控中心,由基站框架、電子地圖、狀態(tài)報(bào)警處理、全局路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)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(jié)構(gòu)拓?fù)銯igure Base station software system structure topology 移動(dòng)體控制系統(tǒng) 移動(dòng)體系統(tǒng)主要包括移動(dòng)體運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)和工作子系統(tǒng)兩大部分。移動(dòng)體運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)硬件由PC104主板、P M A c l以運(yùn)動(dòng)控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成,主要負(fù)責(zé)機(jī)器人在巡檢過程中的運(yùn)動(dòng)、行為的控制。移動(dòng)體內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng), 有3個(gè)關(guān)鍵的算法,即全局路徑規(guī)劃、局部行為規(guī)劃和車體運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。全局路徑規(guī)劃由電子地圖提供相應(yīng)的地圖信息和任務(wù)信息,按照路徑最短、轉(zhuǎn)彎最少、綜合最優(yōu)等策略,規(guī)劃出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑。局部行為規(guī)劃經(jīng)過對(duì)機(jī)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(jié)果進(jìn)行綜合分析,實(shí)時(shí)給出機(jī)器人的局部路徑,即移動(dòng)機(jī)器人的速度和轉(zhuǎn)向角命令,傳輸給車體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)接收局部行為規(guī)劃結(jié)果, 對(duì)車體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,將接收到的速度指令分解到各個(gè)電機(jī),解算出各個(gè)電機(jī)需要承受 的速度,并由可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器(PMAC )實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電機(jī)的控制,其中由2個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車體運(yùn)動(dòng)、2個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)云臺(tái)運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)。工作子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成機(jī)器人在巡檢過程中需要做的工作,如圖像和聲音等。 移動(dòng)體內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Picture Mobile body internal system structure 遠(yuǎn)程紅外監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) 以非接觸測(cè)溫為基礎(chǔ)的紅外診斷技術(shù)在電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)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(jìn)行電力設(shè)備診斷時(shí),一般需要預(yù)先錄下關(guān)注點(diǎn)的圖像,然后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行離線分析,這樣并不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和及時(shí)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(chǔ) 、查詢和報(bào)表生成模塊。該診斷系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè) 定的設(shè)備溫度閡值,自動(dòng)進(jìn)行判斷,對(duì)超出報(bào)警值的設(shè)備在基站主控計(jì)算機(jī)上給出聲音和文本報(bào)警。借助可見光圖像識(shí)別,能判斷一些關(guān)鍵設(shè)備的內(nèi)部溫度梯度,不但可以形成某一時(shí)刻變電站的一些關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)備一溫度曲線,也可以生成某一設(shè)備在一定歷史時(shí)間內(nèi)的時(shí)間一溫度曲線 。 遠(yuǎn)程圖像監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)在一般的變電站圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,特定的圖像經(jīng)攝像機(jī)和采集卡輸人到計(jì)算機(jī),經(jīng)壓縮后傳輸?shù)秸{(diào)度中心,調(diào)度端同時(shí)顯示多個(gè)變電站的實(shí)時(shí)圖像,調(diào)度員通過人工分析判斷變電站的運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)在無人值守變電站先利用機(jī)器人基站系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)體發(fā)送來的可見光圖像進(jìn)行分析,只傳輸分析結(jié)果或待進(jìn)一步確定的圖像。首先對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理,識(shí)別出被監(jiān)測(cè)的電力設(shè)備,通過將該圖像與上次采集的圖像進(jìn)行差圖像分析、累積圖像分析、相關(guān)分析、區(qū)域標(biāo)識(shí)、紋理描述和評(píng)判等處理,結(jié)合對(duì)應(yīng)設(shè)備的參數(shù)庫確定其是何設(shè)備,如果是儀表則識(shí)別出讀數(shù)。如果處于正常狀態(tài)則切換攝像機(jī)采集和分析下一幅圖像,如有畸變發(fā)生則存儲(chǔ)結(jié)果,向上一級(jí)傳輸及發(fā)出告警信號(hào).,不再傳輸?shù)恼D像可由調(diào)度員人工遠(yuǎn)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(shí)刻注視監(jiān)視屏幕。無人值守變電站中的電力設(shè)備種類繁多,針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程圖像監(jiān)測(cè)和狀態(tài)診斷并與其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合,使變電站運(yùn)行的可靠性大為提高。 遠(yuǎn)程聲音監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) 噪聲檢測(cè)子系統(tǒng)是變電站巡檢機(jī)器人功能的一部分,主要是對(duì)變壓器的噪聲