電力智能巡檢機器人研究

殷凱軒

（西安交通大學電氣工程學院）

0 引言

電力智能巡檢機器人的使用，能夠在一定工作范圍內(nèi)代替人工巡檢，解放人力資源，提升巡檢安全性，提高巡檢作業(yè)自動化與智能化程度，且電力智能巡檢機器人有效地避免了因巡檢人員專業(yè)素養(yǎng)不強而不能及時發(fā)現(xiàn)、預防、解決電網(wǎng)與電力設備運行故障的問題，為未來我國無人化變電站的發(fā)展提供了重要途徑。因此，對電力智能巡檢機器人進行探討具有重要的長遠意義。

1 電力智能巡檢機器人概述

電力智能巡檢機器人按照使用功能的范圍可以分為開關室巡檢機器人、變電站巡檢機器人、廊道巡檢機器人等類型。因此，可以結合用戶不同需求，在設計時只需要對智能機器人的功能模塊進行擴展即可設計出具有不同功能的電力智能巡檢機器人。電力智能巡檢機器人通常由控制模塊、導航模塊、檢測模塊以及遠程控制等模塊組成，用戶可以結合自身需求，進行相應模塊的擴展，進而滿足不同的功能需求。

我國輸電電路由于存在點多面廣、電力線長期暴露、環(huán)境惡劣等特點，導致電網(wǎng)輸電線在運行的過程中會遭受到諸如機械張力、材料老化、電氣閃絡等問題，進而造成輸電線路發(fā)生磨損、腐蝕嚴重等現(xiàn)象。在此背景下，為確保供電質(zhì)量，需要對輸電線路進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)、電力設備運行中存在的隱患。電力智能巡檢機器人因為具有較高的智能化、自動化程度，因此在線路巡檢中發(fā)揮巨大作用，且能夠?qū)﹄娋W(wǎng)、電力設備周邊環(huán)境變化進行監(jiān)控，消除電網(wǎng)、電力設備運行安全隱患。電力智能巡檢機器人實質(zhì)上是一種集合了機械系統(tǒng)、自動控制、通信與傳感于一體的巡線設備。機械設備是電力智能巡檢機器人的關鍵內(nèi)容，結合我國當下電力智能巡檢機器人的使用現(xiàn)狀來說，對巡檢機器人的機械系統(tǒng)主要有以下幾點要求：首先是確保電力智能巡檢機器人內(nèi)的機械系統(tǒng)能夠讓巡檢機器人在使用的過程中完成滾動、跨越、避讓等動作，且可以確保其在特定的空間位置內(nèi)完成動作的靈活調(diào)整。其次是需要電力智能巡檢機器人機械結構具有負載能力，能夠根據(jù)實際需要完成某些設備、儀器的運輸與安裝。再者，電力智能巡檢機器人應具備結構輕巧的特點，便于攜帶。

2 電力智能巡檢機器人關鍵技術

2.1 巡檢機器人系統(tǒng)架構

電力智能巡檢機器人包含多種關鍵技術，其中移動機構是重要的內(nèi)容，由于電力智能巡檢機器人中所使用的仿生機構應用較多，各機械關節(jié)較多、結構復雜，體積較大，適應能力與承載能力存在進步的空間，尤其是由于關節(jié)多的特點，使得其運動控制難度系數(shù)較大，因此，在控制智能機器人的過程中需要對精度進行精確把控，由于機器人在操控的過程中與人體動態(tài)特征存在較大差異，在使用的過程中會受到設備靈活性的制約。因此，電力智能巡檢機器人需要具有小巧、靈活的特征，確保其在使用的過程中能夠滿足線上線下工作，但就當下情況而言，我國電力智能巡檢機器人，還未達到實際需求的目標。雖說經(jīng)過大量研究者的努力，輕材質(zhì)機器人的出現(xiàn)在一定程度上減少了電子智能巡檢機器人的重點，但同時，也導致機器人驅(qū)動力嚴重不足。電力智能巡檢機器人在系統(tǒng)架構方面一般由檢測層、傳輸層、接受層組成。下圖為電子智能巡檢機器人系統(tǒng)架構構成示意圖。

圖 電子智能巡檢機器人系統(tǒng)架構構成示意圖

2.2 巡檢機器人功能模塊

1）控制模塊。由于電力行業(yè)的特殊性，使得電力智能巡檢機器人的使用環(huán)境愈加的復雜，所以對于電力智能機器人控制系統(tǒng)要求較高。例如能夠確保電力智能巡檢機器人可以自主地跨越電線上的障礙物，是目前電力智能巡檢機器人智能系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。此外，由于電力智能巡檢機器人需要在各種環(huán)境中應用，那么障礙物的類型就呈現(xiàn)出多樣化，所以，電力智能巡檢機器人在進行障礙物跨越設計時，需要進行科學的運動規(guī)劃，確保電力智能巡檢機器人運行的準確性。

2）導航模塊。電力智能巡檢機器人的工作場景常常處于野外，在此條件下，電力智能巡檢機器人在工作的過程中，不可避免地受到高壓輸電線路周圍強電、磁場的影響。故電力智能巡檢機器人導航系統(tǒng)內(nèi)傳感器的使用需要嚴格把控。現(xiàn)今，隨著我國電力智能機器人技術的發(fā)展與應用，采用視覺導航進行機器人導航的技術較為普遍，視覺導航技術在應用后，能夠確保電力智能巡檢機器人具有更廣的探索范圍，且探索的精度更高，不僅能夠快速地完成目標信息的采集，還可以利用設計模塊中所使用的電磁傳感器來優(yōu)化巡檢線路。

3）檢測模塊。電力智能巡檢機器人在進行線路故障檢測時常常處于離線模式，此時，電力智能巡檢機器人不能對線路故障進行實時的檢測，所以根據(jù)社會發(fā)展需求，需要將實時檢測技術應用于電力智能巡檢機器人上，并結合工作具體需要，研發(fā)出一種可靠性強的線路損傷、斷股故障在線檢測方式，確保電力智能巡檢機器人在各種環(huán)境下均能夠滿足電網(wǎng)、電路設備的故障檢測功能需求。

4）上位機軟件模塊。電力智能巡檢機器人的上位機軟件系統(tǒng)較為復雜，該系統(tǒng)模式利用無線通信技術完成信息、音頻、指令的傳輸，其中圖像操作系統(tǒng)軟件能夠獲取電力設備的實時運行信息，并通過對靜態(tài)圖像的分析來判斷設備、儀器、線路的運行狀態(tài)。具體而言，上位機軟件主要有以下特點，首先，能夠采集到電力設備、線路的紅外圖像，客戶在對電力設備紅外圖像處理后能夠獲取電力設備的實時溫度信息。其次，能夠?qū)o態(tài)圖像進行圖像分隔，再者能夠滿足圖像與視頻的實時存儲與傳輸。

3 電力智能巡檢機器人的實際應用

隨著我國智能技術與信息技術的推廣與使用，我國山東電力科學研究院在2002年率先研發(fā)成功了第一代軌道式智能巡檢機器人，該機器人在山東、浙江、河北、河南等省份的變電站中得到推廣應用，效果良好，該智能巡檢機器人的主要作用是滿足了變電站的無人化值守需求。該智能巡檢機器人將多種導航方法結合，能夠滿足自動導航、定位的需求，且可以根據(jù)客戶需求實現(xiàn)遠程訪問、登錄以及遙控等操作，進而達到遠程控制機器人完成巡檢任務的目的。且可見光攝影儀的應用使得機器人能夠準確地獲取變電站設備、儀器的運行實時信息，進而提升視頻分析的準確性。

4 結束語

電力智能巡檢機器人的出現(xiàn)與應用改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中電網(wǎng)、電力設備人工巡檢存在勞動強度高、巡檢效率低、巡檢質(zhì)量層次不齊的問題，有效地提升了巡檢質(zhì)量，并利用信息化手段滿足了巡檢信息的共享。目前，電力智能巡檢機器人作為電力行業(yè)使用最廣泛的一種線路、電力設備巡檢工具，是智能技術與信息技術相結合的產(chǎn)物，不僅能夠完成日常電力線路、設備的巡檢，還能夠?qū)崿F(xiàn)紅外測溫等功能，其使用環(huán)境的廣泛性，極大提高了巡檢效率與巡檢質(zhì)量，彌補了在惡劣環(huán)境下人工巡檢所存在的問題，具有遼闊的應用前景。