输电线路巡检机器人上位机软件设计

输电线路巡检机器人上位机软件设计

郑鹏超高安洁解玉文高方玉贺晓宇

（北京国网富达科技发展有限责任公司北京100071）

摘要：为了满足输电线路巡检机器人智能化的市场要求，同时提高巡检机器人的人机交互性和实用性，基于VisualC#.NET的软件开发平台，设计了输电线路巡检机器人上位机软件。该上位机软件通过SOCKET进行通信，实现机器人与电脑的连接；不仅能够实现对机器人系统运动的操作功能，还能够方便快捷的设置和保存巡检结果。上位机软件界面友好，极大的实现了数据的开放性、人机交互性和数据传输能力。

关键词：C#；巡检机器人；上位机

0引言

智能运检是当前电力巡检的主要发展方向，但与直升机、无人机以及变电站机器人相比，我国输电线巡检机器人尚未达到实用化水平[1][2]。因此，北京国网富达公司对输电线路机器人实用化巡检关键技术开展研究，设计开发了不需要上下线，可直接跨越输电线路金具和杆塔的巡检机器人，使系统达到较高的实用化水平。

1软件环境概述

图1上位机软件功能示意图

如图1所示，驻塔机器人上位机软件通过无线网卡，连接机器人自带的WiFi热点实现对机器人的遥操作。通过WiFi无线传输方式，实现上位机软件对机器人的控制功能和状态显示功能。一方面，工作人员可以将对机器人遥操作控制命令输入到上位机软件中，上位机将符合通信协议的命令通过WiFi发送给机器人，远程控制机器人完成各种作业要求。另一方面，上位机可实时监控机器人行走速度、各类传感器状态、视频图像等信息。

2总体设计流程

根据项目需求，上位机软件主要有三大功能——视频监控、预置位操作、机器人操作和接收机器人状态信息。

上位机可实时观看机器人携带的云台摄像头采集并回传的监控视频，并通过按钮实现对云台的控制。

预置位操作部分可以实现设置预置位、保存预置位、发送巡检预置位信息等功能。

工作人员可通过键盘对机器人实现遥操作功能，控制机器人实现前进、后退、停止等动作。

接收机器人状态信息是实时读取WiFi模块接收到的命令，并根据通信协议，解析接收命令的参数，读取传感器状态、GPS坐标、电量等，并将参数状态显示在界面上[3]。

图2上位机软件遥操作程序流程图

图2为上位机软件遥操作程序整体流程图。详细流程如下：

首先，开启程序，输入机器人服务端IP和端口号后，开启Socket监听，与机器人建立通信连接。

读取Socket缓存区数据，按照通信协议格式整理缓存区数据，并将状态信息显示在软件界面上。

获取用户按键信息，根据通信协议发送控制命令给机器人服务端，控制机器人前进、后退、停止等动作。

中断发生，断开Socket通信，上位机软件界面复位。

图3上位机软件预置位操作程序流程图

图3为上位机软件预置位操作程序整体流程图。

预置位列表格式为程序集System.Data中的DataTable，并以程序集System.Windows.Forms中的DataGridView显示在界面上。预置位列表的获取方式有两种：读取已保存的预置位文件和读取机器人当前位置状态信息。其中，第二种方式需要在机器人的工作状态下才能获取。

预置位列表获取后，可以对列表中的各项进行编辑。

保存好的预置位文件即为机器人巡检任务文件。通过上传预置位文件给机器人，实现给机器人下达巡检任务的功能。

3软件界面设计

设计上位机软件，其界面如图4所示。

图4上位机软件界面

左区域为云台摄像机操作区域，可以实时观看视频图像，并通过按钮实现云台控制能。右区域上半部分为预置位操作区域，可以机器人当前状态为预置位，也可以读取、修改和保存预置位文件，并将预置位文件发送给机器人。下半部分为机器人操作区域，显示用户对机器人的操作信息。此外，还有小部分的辅助信息也实时显示在界面上。

3.1云台摄像头操作区域

驻塔机器人云台摄像头基于onvif协议，用户在操作前需要输入云台摄像头的IP地址、端口号、用户名和密码后，选择Login登录。如果用户忘记云台IP地址，可通过第三方软件查询。

登录成功后，选择视频通道1后，单击按钮“预览”，在上位机软件左上方的视频显示区域可以实时观看摄像头采集回的视频图像。此时“预览”按钮变为“停止预览”，用户可根据需求关闭摄像头。

云台控制遵循onvif协议，PTZ（Pan/Tilt/Zoom）代表云台全方位移动及镜头变倍变焦控制。按钮“UP”、“Down”表示云台上、云台下；按钮“Left”、“Right”表示云台左、云台右；按钮“ZoomIn”、“ZoomOut”表示镜头变焦；按钮“Auto”表示自动扫描。

用户可根据需要调节云台转动速度，并抓拍图像进行保存。

3.2机器人遥操作区域

用户输入机器人IP地址和端口号，连接机器人后，可使用键盘对机器人进行遥操作。“上”、“下”代表控制机器人从动轮夹紧、松开；“左”、“右”代表控制机器人前进、后退；空格代表停止。

机器人控制命令遵循通信协议，机器人行走速度可由键盘左右键进行控制。例如：每按左键一次，机器人前进速度加2；每按右键一次，机器人前进速度减2。直至机器人停止，速度为零，再次按右键，机器人开始向反方向运动。

3.3预置位操作区域

预置位区域如图5所示。

图5预置位操作区域

预置位列表区域代表某一个巡检任务中所有巡检位置的参数信息。

（1）单击“读取预置位”，可以读取本地保存的预置位文件，并显示在预置位列表中。

（2）上位机可以读取机器人当前状态的经纬度坐标、云台PTZ参数，并添加至预置位列表中。

（3）用户可以根据需要添加、修改并保存预置位文件。

用户根据需要将预置位列表保存为预置位文件，可作为巡检线路的巡检任务。在上位机软件中预置位操作下半部分，用户可以选择浏览本地保存的巡检任务，给机器人下达在线巡检的任务。用户也可以下载机器人内存中的巡检图像文件，保存至本地。

3.4信息显示区域

在上位机软件界面上有信息显示区域，主要功能是将接收到的机器人状态命令进行数据分析，读取机器人当前状态参数，并将参数实时显示在上位机界面上。

从机器人到上位机发送的通信命令，应当遵循通信协议。上位机软件在建立Socket通信通道之后，会实时收取缓冲区数据，并对数据进行处理。界面上可显示三个传感器状态、机器人版本信息等。状态栏显示用户操作提示、机器人状态、当前杆塔号、温湿度、电量和通信状态等信息。

参考文献：

[1]孔志增；输电线路巡检机器人系统及控制软件研究[D].华北电力大学，2008

[2]周风余；高压输电线路自动巡线机器人的研制[J]；电力系统自动化.2004，Vol.28No.23

[3]毛吉贵；输电线路巡检机器人后台管理及诊断系统的研究与开发[J].中国国际输配电技术创新与应用交流峰会，2012