变电站巡检机器人研究现状综述

变电站巡检机器人研究现状综述

邱 宁

山东博冉企业管理咨询有限公司 山东济南 250000

摘 要：变电站机器人是机器人技术应用于变电站的设备环境中,基于红外线,可见光相机等,获得地图和红外热图像信息,自动识别设备的状态和智能分析算法,而不是实现设备状态的自动检测和分析早期的变电站。可以绝大部分的代替人工巡检。目前，日本、中国、加拿大、巴西等国家已经开展并推广了变电站巡检机器人的研究。

关键词：巡检机器人；变电站；现状研究

前 言：变电站作为一个整体的电力工作所,机械设备的运行顺利非常的关键,在此基础上,全面监督变电站设备的检查,促进工作顺利,越来越满足逐渐增加的需求。多种多样的应用技术被用于变电站巡检机器人的开发,实现变电站的自动化检查,提高变电站设备运营的安全性,可以很大的提高变电站巡检工作的效率和质量。

1 变电站巡检机器人概述

变电站巡检机器人对室外变电所检查，配合无轨机器人四维目标位置追踪装置的变电所路径和行动自由，对红外线温度测量，智能测量表和图像识别技术，如容易对变电所进行定期检查，对图像图像信息和数据进行实时传送，如温度，湿度，气压远程传送平台;要实现网上实时监控。

2 国内、外变电站巡检机器人研究现状

2.1 国内变电站巡检机器人研究现状

电力科学研究院国家电网山东电力公司及其山东能源智能技术有限公司从1999年开始进行变电所巡逻机器人研究，并最先建立了国家电网公司的电力机器人技术实验室。2002年主要从事电力机器人领域的技术研究。2004年，首款功能试制品开发成功，此后在国家“863项目”和国家电网公司的多方支援下，研制出了用于变电站巡逻的机器人。如今，变电站巡检机器人的技术愈发先进；例如国网智能公司最新研制生产的无轨激光导航机器人。其技术先进，制造技术稳定，造价合理已量产使用。详见下图对比。综合运用非接触检测、机械可靠性设计、多传感器融合的定位导航、视觉伺服云台控制等技术，实现了机器人在变电站室外环境全天候、全区域自主运行，开发了变电站巡检机器人系统软件,实现了设备热缺陷分析预警，开关、断路器开合状态识别,仪表自动读数，设备外观异常和变压器声音异常检测及异常状态报警等功能,在世界上首次实现了机器人在变电站的自主巡检及应用推广，提高了变电站巡检的自动化和智能化水平。

国家电网研制巡检机器人

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国家电网研制机器人

1：无轨激光导航机器人 2：室内轨道机器人

2.2 国外变电站巡检机器人研究现状

自上世纪80年代以来，日本三菱公司和日本东京电力公司(tepco)一直在联合开发500kV变电站巡检机器人。该机器人在道路轨道上运行，使用红外热成像设备和图像采集设备，并配有辅助灯和面板，自动获取变电站内的实时信息。如图所示。

目前，我司研制的巡检机器人（如下图所示）也开始出口国外，如巴西、澳大利亚、巴基斯坦等国家。

3 关键技术分析

3.1 行走机构应用于变电站移动巡检机器人的行走机构主要可以分为3类：

（1）车轮行走装置;车轮运行机构具有较高的机动性和灵活性。能够在狭窄的空间内行走和转弯。现有的轮式移动机器人主要是两轮驱动和四轮驱动。四轮驱动比两轮驱动提供更好的稳定性、更好的驾驶能力和更大的转向灵活性。但其机械结构相对复杂，需要较大的设计空间。车轮上的移动机构的运动依赖于变电站相对平坦的地面，不适合变电站不规则的石面，这在一定程度上影响了检测的有效性。

（2）履带行走装置;适应复杂的道路条件和设置障碍的能力。但其复杂的机械结构、体积和较低的灵活性使其无法通过变电站的狭窄轨道。

（3）钢轨式固定机构;机器人在固定的轨道上移动。这种运动模式保证了机器人能够通过预定义的检测路径，运动非常精确，易于控制。然而，单一的指导限制了机器人在检测过程中的灵活性。目前，这种移动机器人主要用于控制变电站内的室内屏柜。

3.2 导航技术

（1）磁轨导航磁轨导航

系统稳定，不受外部环境影响。磁性材料以预先设定的路径埋入地下，机器人通过传感器检测磁性块上的信息，传感器连续监测路径之间的偏移位置。在运行过程中，内置标签由RFID雷达监控，并在相应的位置执行各种操作，如停车和转弯。然而，需要定期轨道维护的磁导航模式在一定程度上限制了机器人的运动范围，机器人无法自主绕过障碍物。

（2）SLAM导航

地图定位与构造技术(SLAM)不仅是一种未知的地图导航技术，而且是一种非常流行的用于巡检机器人的导航技术。利用传感器收集的信息，机器人在不断计算位置的同时绘制环境地图。导航是由不同的传感器完成的。目前，主要的导航系统是基于激光雷达的大满贯和基于视觉的VSLAM。SLAM激光器比VSLAM激光器使用更早，具有良好的理论基础，在应用中也非常稳定和成熟，能够在强光下工作。激光雷达距离精确，导航精度可达厘米。但是激光雷达的范围有限，而且非常昂贵。VSLAM使用摄像机以低成本收集数据。距离用三角法计算。虽然VSLAM的精度不如激光SLAM高，但它可以充分利用收集到的纹理信息，这使得它在重新定位和场景分类方面非常有效。然而，它受到光因子的严重限制，在弱光(无纹理)下不能正常工作。

3.3 图像识别

图像识别是机器人控制技术中最重要的技术之一。它决定了控制设备的精度，实现方法也是机器人设计中要考虑的主要因素之一。巡检机器人视觉系统利用红外和可见光数据摄像机红外图像、指针计数器、断路器选择位置等，对文件图像、前期数据处理采集、分析设备图像、纹理判断是否异常。利用恒尺度特征变换和霍夫变换实现开关位置识别。基于深度学习的图像识别算法可以实现图像分类、图像分割、目标检测等。算法优化是图像识别的核心问题。

3.4 设备状态检测技术

变电站设备的控制方法一般是视觉和听觉设备的操作，其中视觉设备占主导地位。随后，红外温度计被用来检测热故障和检查设备的安全性。日本研制的第一批检测机器人配备了红外热成像设备和成像采集设备;它们取代了旧的便携式红外热成像设备，以探测设备的热点，并以人工实地观察取代了远程监测，从而减少了工作强度，提高了工作人员的安全。

4 变电站巡检机器人应用技术的实施要点

4.1 变电站巡检机器人总体系统的设计

变电站巡检机器人的整体设计过程中，为了保证检验机器人的效果，在操作和正常工作系统设计方面，模块化设计的主要方法有:机器人移动检验站，网络信息收集检查机器人和监测系统，实现这些分布式模块设计巡检机器人的实现效率，高质量的检测工作;充分发挥模块间交互作用检测机器人的主体作用，保证此类设计模型的安全，也能提高警戒机器人的准确度，减少各种安全事故。

4.2 变电站巡检机器人总体巡检任务的规划

从客观的角度看来变电站巡检机器人工作的过程中,巡检计划的任务起着决定性的作用。第一点，一定要对巡检的时间进行严格的控制，除此之外，还要考虑各种外界的影响因素，在编制的过程中尽量避免受到这些因素的影响，比如恶略天气等等；第二点，要做好巡检机器人任务点与变电站设备之间的联系，通过这种方式使机器人对变电站设备信息、种类进行判断，从某些方面来说这也是对巡检信息准确性的一种保障。经过对大量的数据进行调查、搜集以及分析发现，许多变电站巡检机器人的巡检路线的叙述都是以无向图的方式进行描述，并且在其中以无向图的拐点为巡检机器人点，而巡检点为机器人的停靠点。另外，客观地说，无向图是通过网络将各种数据存储在云端的数据关系数据系统。

结束语

基于上述,文章对变电站巡检机器人的技术管理和关键技术进行了分析，而且描述了所对应的点来实现具体领域的应用,尽管我国变电站巡检机器人开发了一系列技术,但还不是十分令人满意,这就需要研究人员不懈努力对变电站巡检机器人进行更深入的研究探索。

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