基于特高压变电站多参量分级检测巡检机器人系统应用设计

2020-09-04毛颖科吴剑敏

电力与能源 2020年4期

毛颖科，吴剑敏，陈佳

(国网上海市电力公司检修公司，上海 200063)

变电站是电力输送网中的重要组成部分，变电站里的设备以及环境状态直接关系到变电网络的正常运营[1]。传统的巡检方式是人工定期巡视，该方式比较直接、简单，但不能24 h全天候巡检，有时会出现疏忽大意等问题[2]。

近年来电力巡检机器人得到了快速发展，正在逐步代替人工巡检。巡检机器人一般采用轮式结构，即机器人做成小车的形状，可以在地面上自由行走，机器人内部有整套的系统工作软件[3]。但是这种系统设计还不够完善，存在一些问题，比如受环境影响，以及机器人本体系统软件过于庞大，导致CPU负荷过高，出现宕机等问题。

本文介绍的巡检机器人系统可以很好地解决这些问题，该系统控制的机器人采用轮式结构见图1。

图1 轮式巡检机器人外观

本系统具有如下特点：运动与控制分离，本体控制系统负责运动，站控服务系统负责控制；精简本体系统，机器人本体系统采用嵌入式ARM芯片，有效降低功耗，防止宕机；采用RGCS系统，给机器人发送指令，控制机器人运动，并完成相应的巡检任务；任务状态机机制，每一条巡检任务都会经历多个状态，并支持暂停任务，开始任务模式。

1 变电站巡检机器人系统

变电站巡检机器人系统总体框架见图2。

图2 巡检机器人系统

Web server是一个网站服务程序，提供图形界面的操作，用户可以通过该程序完成巡检计划，巡检任务的配置。该程序将这些配置写入到数据库；实时地从数据库中读取巡检结果信息，并在界面上展现；提供手动控制机器人的操作界面。

RGCS是巡检任务执行的控制实体，实现的功能具体如下：①不断的轮训数据库，查找当前需要执行的巡检任务；②根据巡检任务的内容，产生一系列的控制指令，发送给机器人，使其运动到目标位置，然后完成该位置的巡检操作，例如拍照，视觉识别，读取传感器的数值等；③将巡检结果写入到数据库；④接收Web server发送的手动控制指令，产生相应的控制命令，发送给机器人。

机器人本体程序负责接收RGCS发送的控制指令，然后控制电机驱动器，运动到目标位置，并将到位信息反馈给RGCS系统。

2 RGCS系统

2.1 RGCS系统结构

RGCS系统是控制机器人运动的核心模块，扮演着机器人“大脑”的角色，体现了运动与控制分离的思想。该系统的总体结构如图3所示。

图3 RGCS系统结构

该系统共分为4个模块，其中Web agent负责接收Web server发送的手动控制指令，解析完毕后发送给Robot control模块，Robot control模块将指令转化为机器人的控制命令，然后发送给机器人，实现手动控制。DB control模块提供数据库操作的所有接口。Task manager模块是RGCS系统的任务控制模块，该模块完成任务的自动巡检工作。

2.2 Task manager模块

2.2.1 巡检任务工作流程

Task manager给机器人发送目标位置的坐标，包括目标点坐标，云台位置，相机的倍率与焦距值。这些值是用工具给机器人做巡检位置建模的时候保存的[4]，在自动巡检模式下，Task manager从数据库中读取这些目标点的位置，发送给机器人。

机器人收到位置信息后，先控制电机运动到目标位置，再控制相机到相应的倍率与焦距位置，然后返回给Task manager一个全部到位的信息。

Task manager收到到位信息后，机器人本体的任务已经完成，剩下的工作由Task manager来完成，这些工作包括控制机器人本体中的相机拍摄一张照片，然后对照片的内容做视觉识别处理[5]，获取到照片中仪表的数值，或者读取机器人本体中外设的数值，例如红外相机的温度，传感器的温度，氧气和二氧化碳传感器的数值等。

2.2.2 巡检任务状态机

Task manager内部实现了一个任务状态机，该状态机的状态图如图4所示。