室內變電站設備巡檢機器人關鍵技術研究與應用

孫顯鶴 郭小凱

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

隨著機器人技術的發展，利用攜帶檢測設備與機械臂的室內機器人巡檢平臺來替代人工進行室內巡檢成為了可能[1]。本文在現有技術的基礎上，對現有室外巡檢機器人進行改造，使其能夠適應室內變電站的巡檢工作。

1 關鍵技術研究

原有巡檢機器人針對室外設備區巡檢需要進行設計，為適應室內巡檢任務，本文將多軸聯動機械臂放置到了巡檢機器人本體之上。在進入室內時，通過機械臂對巡檢數據進行采集，使得巡檢機器人在室內空間實現最大限度的目標覆蓋及數據采集。通過后臺軟件功能的開發，實現對不同巡檢任務的拓展兼容。

由于要實現機械臂在復雜工作空間中的無死角覆蓋，就必須讓機器人對檢測場景擁有感知能力，通過視覺反饋調整機械臂末端姿態以及接觸力等方式，實現對設備的在線定位檢測功能。

為保證巡檢機器人在作業過程中能夠精確定位[2]，通過激光導航技術進行導航。針對某些關鍵位置的準確停靠，特別是在長距離路徑、局放監測、擺渡等過程中，對精確定位要求特別高的位置，采用射頻標簽識別（RFID）輔助定位。

2 室內巡檢機器人導航技術與視覺定位檢測技術

針對上述關鍵技術，本文主要闡述其中的室內機器人導航方法與視覺定位檢測技術。

2.1 機器人導航技術

目前常見的定位算法有三邊測量法和三角測量法，其中三角測量法的實施過程較為簡單，應用較廣泛。

室內巡檢機器人導航控制原理如圖1所示，圖中ΔS和Δθ為當前運行路徑的位置偏差和角度偏差。激光定位傳感器預先存儲環境中所有路標在全局坐標系下的坐標值，機器人導航時，定位傳感器自動將檢測到的路標與存儲的路標匹配，進而計算得到機器人位置與航行信息。

圖1 巡檢機器人導航控制原理

巡檢機器人導航過程中位置與航向偏差如圖2所示，傳感器坐標系中的x軸與機器人縱軸重合，這樣激光定位得到的坐標和方向即為機器人在全局坐標系下的位置（x，y）和航向θ。

圖2 巡檢機器人位置及航向偏差

2.2 視覺定位與檢測技術

由于室內巡檢機器人工作空間有限，本文通過將多功能工具盤安裝到多軸聯動機械臂的末端執行器之上，從而使得巡檢機器人能夠更好地利用有限的工作空間。因此，要求巡檢機器人能夠對檢測目標進行空間感知，并將感知結果反饋回多軸聯動機械臂，機械臂根據視覺反饋結果做出相應的動作，讓末端工具盤移動到檢測位置，完成對目標的檢測。

本文采用了Drost-PPF[3]算法來完成空間物體對定位的感知，該算法分離線訓練和在線識別兩個過程，采用了點對特征來描述點云數據的幾何關系，離線訓練的過程中，通過輸入模型的點對特征訓練匹配數據的特征描述器，而在線識別的過程中，利用模型特征描述器快速識別場景與模型的相似點對，最后通過三維霍夫投票獲得檢測物體在機器人坐標系中的位姿。利用視覺反饋的信息，讓機械臂末端工具盤到達檢測位置對目標物體進行檢測。

對于不同的檢測目標，只需要切換不同的模型就能完成對不同物體的檢測定位，擴展了室內巡檢機器人的檢測功能。

3 系統方案

本文將室內巡檢機器人的關鍵技術進行了整合，并建立了一套完整、有效的室內變電站自動化巡檢流程與相關辦法。通過軌道懸掛機器人來完成主要巡檢作業任務，無軌激光導航地面機器人配合軌道機器人，對軌道機器人的巡檢死角進行檢查，通過智能巡檢機器人平臺軟件，對兩種機器人的日常巡檢結果進行自動匯總、自動分析，實現趨勢預判的功能。系統總框圖如圖3所示。

為了更好地適應室內巡檢任務，無軌激光導航機器人采用蓄電池直接進行供電，并在相應巡檢區域配置供電點，通過機器人智能電量監控功能，實現電池電量的自動補給。軌道式機器人采用蓄電池和滑觸線相結合的方式進行供電，提高了巡檢機器人系統的抗風險能力。

圖3 室內巡檢機器人系統總框圖

4 結語

本文所示室內巡檢機器人系統通過對現有室外巡檢機器人進行改造來實現，可有效提高室內巡檢維護效率，降低維護成本，提高作業安全性。室內自動巡檢系統可替代人工完成室內變電站的巡檢工作，從而減輕巡檢人員的工作強度，降低企業的人力資源投入成本。