新能源場站中智能巡檢機器人應用可行性分析

喻洋 陸超 熊菲 晏志菁

（中國三峽新能源（集團）股份有限公司，四川成都 610041）

在國民經濟水平的不斷提高下，電網規模呈現出不斷擴大的趨勢，新能源場站投入量不斷增加，導致人力資源越來越短缺，而自動化技術和人工智能技術的發展和普及有助于后期智能巡檢機器人的研發和應用，不僅可以將人工生產方式轉變為智能生產方式，還極大地提高了運維巡檢效率。為了進一步提高新能源場站智能化管理水平，如何對智能巡檢機器人進行應用可行性分析是技術人員必須思考和解決的問題。

1.智能巡檢機器人應用情況

智能巡檢機器人在實際設計期間，通過采用搭建傳感檢測設備的方式對圖像和紅外帶電進行系統化識別和檢測，并利用自動化技術完成對變電站設備和周圍環境的自動化巡檢。現階段，通過應用智能巡檢機器人不僅確保設備外觀巡視效率得以大幅度提升，還能實現對表計的智能化抄錄，有效地保證氣象數據采集的完整性和全面性[1]，便于后期變電運維工作的有效開展。此外，巡檢機器人在實際運行期間，經常用到的轉向方式主要包含以下3種：（1）將8個驅動電機配置于機器人中，并利用4個輪轉向功能，保證整個機器人轉向的完整性和系統性。（2）將4個驅動電機配置于相應的機器人中，并采用左右兩邊驅動的方式確保整個機器人始終處于原地轉向的狀態。（3）機器人主要由以下兩個部分組成，分別是驅動輪和萬向輪。利用兩個驅動輪之間所形成的速度差對整個機器人的運動轉向狀態進行統一處理。巡檢機器人轉向方式對比如表1所示。

表1 巡檢機器人轉向方式對比

2.智能巡檢機器人應用可行性方案

導航、定位是否精確直接影響了巡檢機器人的自動化控制水平，巡檢機器人一旦出現導航偏差問題，會自動偏離預設路徑，從而引發嚴重的拋錨停機現象[2]。所以，要通過采用激光導航方式對智能巡檢機器人的應用進行可行性分析，從而實現對巡檢機器人運行性能的有效優化和完善。

2.1 激光傳感器選擇

在研發和設計巡檢機器人期間，要優先選用3D激光傳感器，盡可能避免環境因素對機器人的定位精確度產生不良影響。激光傳感器作為一種重要的核心設備，主要用于對機器人地圖和導航系統的創建和定位，以實現對傳感器中心間距的精確化測量[3]。當傳感器與外部環境進行交互期間，外部環境內部各種因素對傳感器產生直接性的影響，確保傳感器測距性能得以大幅度提升。現階段，部分廠家巡檢機器人在實際設計期間主要用到了2D激光傳感器，該傳感器主要起到了導航定位的作用，通過采用單線激光掃描的方式對水平面進行掃描處理，并進入二維定位環節中，實現對二維定位數據的全面化獲取和整理，然后，利用相關算法完成對三維激光點云的計算，從而形成相應的三維空間數據。但是，機器人在實際運動期間無法確保機器人處于同一個水平面上[4]，機器人的運動速度、輪胎磨損情況等參數的變化均會導致三維數據出現嚴重的混亂現象。通過利用3D激光傳感器開展導航定位工作，可以獲得相應的水平面二維數據，從而形成相應的三維空間數據，并借助三維數據特征進行定位操作。最后，還要采用三維定位功能[5]對三維空間數據進行系統化處理，即使機器人輪胎出現不同程度的磨損現象，整個環境也會出現不同程度的變化，可以利用后臺算法開展相關補償工作，從而更好地避免對巡檢機器人導航定位功能產生不良的影響。目前，某省份通過構建500kV吳寧新能源場站，應用智能巡檢機器人開展相應的試點應用工作，以最大限度地提高導航定位誤差處理的科學性和合理性，將巡視任務設置為2項，采用重復導航定位方式對10個巡檢點進行全面化檢查，并對最終平均值進行誤差分析[6]，接著，采用巡檢點定位的方式對巡檢點位偏差進行系統化統計，發現與2D激光導航相比，3D激光導航具有較高的精確性和穩定性。激光導航穩定性測試如表2所示。

表2 激光導航穩定性測試

2.2 輪胎選擇

現階段，某檢修分公司為了提高巡檢效率，搭建和應用了43臺智能巡檢機器人，根據該機器人最終維保消缺記錄情況將故障消缺次數設置為70次。根據巡檢機器人輪胎問題將巡檢脫軌和占總故障次數分別設置為14起、18.6%，巡檢機器人故障原因統計分析如表3所示。

表3 巡檢機器人故障原因統計分析

此外，在對巡檢機器人硬件進行選型處理期間，需要在充分考慮輪胎故障信息的基礎上優先選出實心輪胎，盡可能避免對充氣輪胎的選用，如果選用了充氣輪胎，一旦巡檢機器人內部輪胎氣壓出現不同程度的變化，勢必會造成機器人出軌[7]。在選用實心輪胎期間，需要定期觀察巡檢機器人輪胎磨損程度，避免引發充電失效、脫軌跌落等問題。

2.3 驅動方式選擇

為了選出合適的巡檢機器人驅動方式，現根據該機器人的實際使用情況對四輪四驅的方式應用效果進行分析，經過分析發現巡檢機器人輪胎出現嚴重的磨損現象。就會出現不同程度的定位偏移。四輪四驅方式巡檢機器人輪胎磨損情況如圖1所示，從圖1中可以看出，該輪胎磨損程度較高。所以，為了進一步提高巡檢機器人設計水平，技術人員要優先選用四輪八驅的方式，并科學地構建和應用動力學控制模型[8]，使巡檢機器人運動控制性大幅度提升，從而實現對機器人輪胎的有效保護，使得機器人的運行性能得以顯著提升。

圖1 四輪四驅方式巡檢機器人輪胎磨損情況

2.4 激光建圖注意事項

對于巡檢機器人而言，其地圖數據主要是由多種類型的激光路標組成，單個路標主要由以下幾個部分組成，分別是全局坐標系位置和激光測距數據。在構建巡檢電子地圖期間，需要根據所設置好的路標參數信息確定出相應的路標位置數據，為后期形成完整的電子地圖打下堅實的基礎。另外，在進行機器人激光建圖期間，需要選用合適的路標參考物，同時，還要結合機器人的巡檢路徑規劃情況，根據所設置好的設備構架、房屋等位置參數確保物體外觀的美觀性和固定性。

2.5 數據傳輸的安全性

目前，為了確保巡檢機器人監控系統與移動巡檢機器人之間能夠建立起有效的連接，需要利用無線網橋基站，對巡檢數據進行安全化傳輸，但是，部分機器人在選用無線網絡期間使用了無線Wi-Fi網絡，無法有效滿足內網數據接入相關標準和要求。巡檢機器人系統作為一種獨立的系統，紅外測溫、表計識別等相關數據無法直接共享到生產管理系統中，嚴重影響了重要數據的互通和共享效果。部分國網公司在構建無線專網期間，需要根據機器人數據接入情況，利用加密芯片對無線專網傳輸數據進行傳輸和保存，同時，還要利用安全數據平臺將相關數據直接接入相應的內網交換機中。目前，某省份500kV智能巡檢機器人在實際應用中，已經成功連接于若干個客戶終端設備，通過利用安全加密模塊將新能源場站1.8G基站，向遙控射頻信號發送相應的信號。同時，還要利用處理單元對信號進行解調處理，并確保安全數據接入平臺與電力信息內網之間建立起有效的連接，解決Wi-Fi傳輸數據所造成的一系列的安全性問題。總之，為了確保智能巡檢機器人發揮出更大的應用價值，技術人員 要盡可能提高該設備數據傳輸的可靠性和安全性。

3.結語

在人工智能技術的不斷發展下，機器人操作方式不斷推廣和普及，有效取代了人工處理方式，使得機器人逐漸發展為電網中的重要角色。但是，在現階段中，智能巡檢機器人在具體的應用中經常出現各種各樣的軟件問題和硬件問題，為此，技術人員要對智能巡檢機器人的激光傳感器、輪胎、驅動方式、激光建圖注意事項、數據傳輸的安全性等進行應用可行性分析，確保巡檢機器人更好地適應復雜環境，使其能夠可靠、穩定、安全地運行，以保證新能源場站智能化運維的精確性、可靠性。