輸電線路智能巡檢機器人系統的研制及應用

莊勝

國網江蘇省電力有限公司檢修分公司連云港運維站 江蘇連云港 222023

1 總體設計

線路智能巡檢機器人系統主要由機器人本體、越障橋、駐留巢穴和遠程集控中心4部分組成（見圖1）。

圖1 機器人系統組成

（1）機器人本體通過架設越障橋跨越線路桿塔以及地線上的防震錘或其他障礙物，實現全線路無障礙行走。機器人本體帶有高清攝像頭，可以360°實時對導線和地線進行拍照或錄像，一方面可以傳輸到本地地面端，供巡檢人員現場實時查看線路是否存在故障或者隱患；另一方面通過4G無線路由器將采集到的數據傳回遠程集控中心[1]。

（2）駐留巢穴一方面負責監測線路周圍的氣象數據，并將監測數據傳輸給遠程集控中心；另一方面利用太陽能電池板對蓄電池進行充電，蓄電池與駐留巢穴前端無線充電模塊發射端相連接，當機器人到達駐留巢穴時，機器人利用自身傳感器檢測到沒有短路且發射端電壓正常時，開啟充電模式，對機器人電池進行充電，否則關閉充電。當檢測到電池電壓達到設定值時，則關閉充電。駐留巢穴采用無線充電技術給機器人電池充電，大大延長了機器人的操作巡檢半徑，解決了傳統有線充電易短路、接觸節點磨損、產生火花等缺點。

（3）遠程集控中心一方面接收機器人本體狀態數據以及駐留巢穴監測的氣象數據，對監測數據進行分析，進而下達機器人的控制巡檢指令；另一方面對機器人本體采集回來的照片利用人工智能技術TensorFlow，進行故障識別，自動判斷輸電線路是否存在故障或隱患。

2 巡檢模式設計

通過越障橋和駐留巢穴的輔助，機器人可以實現沿地線行走、跨越桿塔和長期駐留桿塔。該機器人可以自動定期、全局巡檢，又可隨時在人工遙控下實時、定點巡視。由于機器人在地線上運行，視角較高，可以通過攝像機云臺設定多個預置位以實現對線路、金具、絕緣子、桿塔和線路走廊的巡檢[2]。

機器人采用自動巡檢和手動巡檢2種作業模式進行日常作業。在自動巡檢模式下，機器人在設定時間內自動從休眠狀態喚醒，從巡檢線路一端的駐留巢穴出發，自動沿地線行走、過橋和巡檢，到達另外一端的駐留巢穴后，駐塔停留，同時完成機器人電池充電。巡檢結束后進入駐留巢穴，機器人進入休眠狀態，等待接受下一次巡檢任務。工作人員在遠程集控中心定期查看巡檢結果。在人工遙操作巡檢模式下，工作人員現場手動操作或集控中心遠程操作，通過無線通信系統向機器人發送指令，機器人從巢穴中駛出，按指令完成巡檢任務。巡檢工作結束后，機器人進入自動巡檢模式或返回巢穴，操作人員可實時查看巡檢結果。

3 控制系統設計與研究

3.1 跨越越障橋過程控制

線路智能巡檢機器人的運動控制系統采用嵌入式系統，能夠實現復雜場景下的無障礙行走。

（1）機器人運行到越障橋時，機載紅外傳感器識別到越障橋，將信息返回給控制系統，控制機器人越障裝置夾緊越障橋，根據橋型結構、所處位置通過內置算法實時控制開合大小調節夾緊力大小，實現精準上橋。

（2）機器人在橋上行走時，根據橋的結構、風向及風力大小實時調節夾緊力大小。

（3）控制機器人平穩行走，重回地線上完成越障工作。

3.2 控制系統硬件設計

（1）智能巡檢機器人控制系統[12]采用了雙控制系統設計，STM32芯片上采用UCOS系統，主要實現機器人的運動控制、傳感器數據采集以及云臺控制。

（2）為防止機器人出現故障，STM32芯片與ARM芯片通過串口實現通信，頻率為0．1s。當STM32芯片故障時，ARM芯片可以重啟STM32芯片；反之，當ARM芯片故障時，STM32芯片也可以重啟ARM芯片。此方案設計有效提高了機器人的可靠性和穩定性[3]。

（3）電源管理模塊利用無線充電模組對機器人電池充電，利用相關算法可對機器人各部分器件實行有效的電源管理，提高電池的壽命以及延長機器人的作業半徑。

4 結語

本文研制了一款由機器人本體、越障橋、駐留巢穴和遠程集控中心4部分組成的輸電線路智能巡檢機器人系統，設計了一種新型越障橋可使機器人跨越桿塔以及防震錘等線路金具，實現全線路無障礙自動巡檢，有效延長了機器人的工作半徑。駐留巢穴采用無線充電模式對機器人進行充電，解決了傳統有線充電易短路、接觸節點磨損、產生火花等缺點。為提高系統穩定性，采用雙系統設計，當STM32和ARM中的一個系統出現故障時，另一系統可以重啟故障系統。采用三軸維穩云臺，降低地線、桿塔振動對機器人本體的影響，提高了機器人云臺的穩定性和采集圖片、視頻的質量。