室內變電站設備巡檢機器人關鍵技術研究與應用

羅華理

摘 要：變電站巡檢工作是變電站安全可靠運行的重要保證之一。傳統的人工巡檢存在工作量大、主觀因素多等缺點，很容易因為工作人員的疏忽導致漏檢、誤檢等情況，從而給變電站的安全運行帶來隱患。為了解決傳統人工巡檢存在的弊端，隨著智能機器人技術的飛速發展，智能機器人替代人工進行巡檢的變電站智能巡檢系統應運而生。

關鍵詞：室內變電站；巡檢機器人；關鍵技術

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。接下來本文將對室內變電站設備巡檢機器人關鍵技術研究與應用進行分析研究。

1國內硏究發展現狀

與西方發達國家相比，我國對移動機器人技術的研巧起步較晚。1983年，國家成立863離新技術研巧計劃，將機器人技術作為一個重要的研巧課題，國家先后投入了幾億的資金進行機器人項目的研巧，機器人技術得到了迅速的發展。目前，隨著精密儀器、傳感技術、計算機技術、人工智能等重要學科的發展，機器人技術的發展己經邁入第H階段…智能機器人階段，智能機器人技術的應用也越來越廣泛。經過十幾年的艱苦奮斗，不管是在實驗室研發還是實際應用，我國在機器人技術領域的研巧都取得了重大的進步，尤其是在水下、空間、核領域等特殊機器人方面，一批機器人產品和機器人應用工程應運而生，主要有安保機器人、消防機器人、搬運機器人等。隨著智能電網的不斷建設，作為電網重點設施的變電站也相應的推進智能化、自動化進程，變電站巡檢機器人的研巧也隨之受到更多的關注，越來越多的科研工作者投入到變電站智能巡檢機器人領域的研巧中：2002年，電力機器人技術實驗室在國家863技術的支持下，研發出了第一代變電站設備巡檢機器人，使移動機器人替代人工進行變電站巡檢的可能成為現實。我國對變電站巡檢機器人的研巧盡管起步較晚，但是與發達國家之間的差距正逐漸縮小。然而，當前變電站巡檢機器人領域的研究主要是針對地面上的室外變電站，對適用于地下室內變電站場景的巡檢機器人的研究仍比較少見。

2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，通過激光導航技術進行導航。針對某些關鍵位置的準確?？浚貏e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。

3關鍵技術

3.1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。

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。

3.2可見光通信技術

3.2.1可見光通信技術原理

長期以來，可見光無線通信技術一直是科研工作者們的研巧熱點，不管是在軍事還是民用領域，其中紅外的研究己非常成熟且得到了廣泛的應用，但是380￣760nm波段的可見光的運用卻相對匿乏得多，送主要是因為可見光發光器件的局限，使其不能滿足通信的條件。隨著技術的不斷突破，半導體發光二極管作為可見光通信的信號發射源，能夠實現高頻率的調制帶寬，使得照明可見光傳遞信息的可見光通信成為可能。半導體發光二極管（LED）LU其使用壽命長、消耗功率低、賴理體積小和綠色環保等優勢，正逐漸取代傳統的巧光燈和窗素燈，成為下一代照明的主體。LED的開關速度較高，能夠被高速調制（調制頻率可達兆赫茲），是可見光通信技術的關鍵?？梢姽馔ㄐ偶夹g是把信息調制在LED發光器件發出的可見光波上，利用接收設備探測并解調經過調制的可見光光源信號，實現信息的傳輸和交互，終端用戶位于LED光源的光照范圍內，通過接收可見光與LED光源建立通信鏈路，實現數據交互。

3.2.2可見光通信技術特點

基于LED的可見光通信技術具有獨特的優勢，其特點如下：（1）無電磁污染可見光通信技術的傳輸載體是LED光源發射出的可見光波，作為照明光源，LED光源發出的燈光與射頻電磁波不同，對人體無危害，不存在電磁污染。（2）私密性強可見光通信技術的通信覆蓋范圍是LED光源的光照范圍，由于光的方向性和不可穿透性，只要周圍是封閉或者被窗簾遮擋，在沒有光線到達的地方無法接收信號，因而可見光通信是本質安全的，不易受到干擾和竊聽。（3）成本低可見光通信是W室內照明LED為主體，只要有照明LED存在，就可LJ搭建可見光通信網絡，因而無需額外鋪設網絡設施，解決了大量的建設成本。（4）網絡帶寬高LED的調制帶寬很高，可達lOMHz，目前，通過采用時間復用、空分復用、OFDM等技術，可見光通信的速率理論可達Gbit/s，因而能夠實現快速上網下載網絡信息，滿足當前語音、視頻、數據等大容量數據通信的需求。（5）無需頻率許可可見光通信的頻率使用不需要頻率許可，因而不用可見光通信在頻率的使用上不存在因頻率劃分而帶來的限制。綜上所述，可見光通信技術具有無電磁污染、私密性強、成本低、網絡帶寬高、無需頻率許可等優巧，受到越來越多的科研工作者的青睞。隨著LED器件特性的研發逐漸進步和突破，可見光通信技術的研巧熱點己不再局限于通信速率的提升，而是從點對點的通信逐漸擴展到系統的搭建和網絡的布局上，因而可見光通信技術的應用將越來越廣泛，總的來說可tA分為W下H個場景。具有強磁干擾的環境，由于頻率重疊或者電磁干擾等因素，醫院、部分工廠等電磁敏感的場景中不能使用射頻類通信技術，在這些場景中，射頻類通信技術將帶來嚴重的電磁污染，或者因強磁干擾不能保證穩定可靠的通信質量，因而需要一種新型的通信技術。在這種情況下，可見光通信技術剛好能夠彌補射頻類通信技術的不足，實現特殊場景的無線通信，且能夠滿足通信速率等指標的要求。

結語

可見光通信技術在室內環境下擁有其得天獨厚的優勢，無需額外布線，且能夠提供高速率的帶寬資源，能夠滿足多業務、多元化的上網需求。另一方面，隨著物聯網和智能電網的不斷推進，"智能家居"的概念也逐漸興起，在家庭環境中布建局域網絡，滿足上網、視頻等高速通信的需求，可見光通信技術將是優先的選擇。希望通過本文對此的分析研究，給行業內人士帶來借鑒和啟發。

參考文獻

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[2]王建元，王嫻，陳永輝，等.基于圖論的電力巡檢機器人智能尋跡方案[J].電力系統自動化，2007，31（9）：78-81.

（作者單位：廣東電網有限責任公司清遠供電局）