电缆管廊智能巡检机器人的设计

电缆管廊智能巡检机器人的设计

庞永丽，郭鑫， 郝璐璐， 李婉莹

国网山西省电力公司大同供电公司 山西大同市 037000

摘 要：近年来随着我国基础设施项目建设的不断深入，城市管廊为城市的水、电、暖、气等设施的维护、保养提供了极大方便。在电力电线管廊运维的日常巡检方面，国内已正在探索研究机器人智能巡检代替人工巡检。智能巡检主要用于辅助运维人员进行管廊电缆等巡视，具有高效经济、安全可靠、双向互动等优势，大大减少了运维人员的工作量，有力地保障了电网安全运行。本文详细论述了巡检机器人的组成和功能，实现了对电缆管廊的自动巡检，为城市工程电缆管线的可靠运行提供全面的技术保障。

关键词：电缆管廊；电缆管廊；机器人；智能巡检

传统的管廊巡检一般都是通过人工来完成的，利用工作人员的感官器官以及配备一些比较精密的仪器等等，来对管廊线路进行详细的检查和巡视，这种传统的巡检方式不仅导致工作人员的劳动强度过大，而且对质量的检测很容易出现分散的情况，找不到准确出现问题的原因。而现如今，在科学技术以及网络社会不断发展的影响下，计算机技术以及微机监控技术在管廊当中越来越被广泛的利用，特别是巡检机器人利用其自身独有的系统以及特点，不仅不会受到天气以及环境的一些外在因素影响，而且能够缩减工作人数，对其进行设定之后，机器人就会自己执行巡检任务，这样能够有效保证设备的安全运行，并且最大限度的减少设备的事故发生率。而在管廊当中使用的智能机器人，一般都属于特种的机器人，我国的管廊机器人巡检已经逐渐取得了很有效的研究成果，在管廊的应用中也取得了非常良好的效果。

1. 电缆管廊智能巡检机器人组成

电缆管廊智能巡检机器人由以下六部分组成：机器 人本体、灭火机器人平台、智能控制系统、轨道平台、 供电平台和通信平台，如图1所示。

图1 管廊智能巡检机器人组成

1. 1. 机器人本体

机器人本体主要由图像采集系统、语音对讲及应急广播系统、环境检测系统、自主防撞与避障系统、精准定位系统和人员检测跟踪系统等组成，它是完成巡检任务的核心部件。

1. 2. 灭火机器人平台

灭火机器人与巡检机器人本体共用轨道系统、通讯系统、充电系统和控制系统，自身搭载超细干粉灭火器。灭火机器人能与巡检机器人联动，准确到达火灾位置，其运动性能与巡检机器人相同，如速度、爬坡能力、定位精度等。防护性能为IP65。

1. 3. 智能控制系统

智能控制系统是巡检机器人的控制核心，利用智能控制系统软件实现对巡检机器人的远程控制及信息处理等功能。

控制系统除完成信息采集功能外，还提供数据处理等功能。包括：自动生成设备缺陷报表、巡检任务报表，提供历史曲线；可按巡检时间、设备类型、设备名称、最高温度等过滤条件对巡检数据进行查询。所有巡检产生的数据，系统都将自动保存下来，并形成报表， 可供用户打印巡检记录或者导出到Excel中。

1. 4. 轨道平台

电缆管廊智能巡检机器人的轨道平台由工字型轨道构成，此轨道是一种专门特制加工的型材，它是轨道巡检机器人的主体支撑轨道。为满足不同需求，可采用多种模式：1）铝合金导轨：外观美观、重量轻，但成本较钢制导轨略高。2）钢制导轨：外观较铝合金导轨略显简陋，重量较重，但成本低。轨道平台要求承载重量150kg以上，每隔6米安装一只轨道固定支架。由于地下管廊中湿度较大，轨道要有较好的防锈处理。

1. 5. 供电平台

为保证巡检机器人正常工作，一定要有可靠的电源供应。本系统采用电池和分布式接触充电系统相结合的供电方式。分布式充电站采用接触式防打火安全充电技术，每隔1000米设置一台充电桩，充电系统具有良好的防打火性能，机器人车载电池单次充电能保证连续行走10km以上。

1. 6. 通信平台

电缆管廊智能巡检机器人系统利用无线网络传输技术，实现远程监控平台对前端巡检机器人的控制。在电缆管廊内每200米设置一台无线发射终端，实现电缆管廊内无线网络的无缝隙覆盖。同时在电缆管廊内铺设光纤通信传输网络，电缆管廊内光纤通信传输网络敷设的光缆及四电口10/100M电信级光纤收发器作为本系统的主干传输设备，巡检机器人和远程监控中心通过以太网进行通讯。系统配备后备电源功能，主网失电后，系统能正常运行工作不少于1小时。

2. 电缆管廊智能巡检机器人功能设计

2.1电缆管廊的自动巡检

电缆管廊智能巡检机器人可不间断地对电缆管廊进行反复巡检，并对电缆管廊的环境数据、声音、视频进行连续、动态的采集及存储。巡检机器人具备开机自检、自动休眠、上位唤醒等多种工作模式。远程控制端可控制机器人的行走速度：0～120m/min可调，具有自行匀速巡检、工作位置准确停车探测、紧急事件高速到达、遇到障碍自动停车告警以及遇到人员减速跟踪探测等功能。

2.2巡检机器人行走方式设计

巡检机器人采用自动行走的悬挂轨道式设计，由电机驱动巡检机器人行走，从机械设计上保证机器人爬坡时，对摩擦力的要求。同时机器人具有姿态分析功能， 当遇到上坡、下坡以及转弯等情况时，自动调整运行。因为机器人运行时靠轨道两侧的驱动轮夹紧运行，分别由各自电机驱动，当运行轨道存在上坡、下坡以及转弯等情况时，机器人的运行速度要发生变化。为了保证巡检机器人的监测质量，希望巡检机器人不论在任何环境下都能自由、平稳的行走。本系统采用了基于倾角传感器的巡检机器人调速装置及控制方法，通过巡检机器人内部预置的倾角传感器，实时采集机器人本体运行中姿态的变化，根据机器人本体行进方向俯仰角度、倾斜角度以及航向角度的变化，控制机器人本体合理的调整运行速度，使机器人本体行走能够满足各种工况环境的需求。

2.3巡检机器人灾害处理手段

巡检机器人具有灾情预警、高温识别、火焰识别、定位、定点灭火能力。现场出现灾情时，巡检机器人可将事故现场的图像、环境温度、有害气体的含量等数据发送回指挥中心，并能通过应急对讲进行现场指挥作业或紧急疏散。巡检机器人还可依靠热成像技术穿透烟雾，准确探寻现场伤员位置，为抢险救援提供决策。

2.4多样化的应用模式

巡检机器人系统具有多种应用模式，可以实现灵活、多样、快速、便利应用，诸如：例行巡检、遥控巡检、特殊巡检、设备精确测温、应急事故处理、远程监控指挥等高级功能。巡检机器人在发现异常或自身出现问题时，可以发出声音报警，并以短信或邮件形式通知用户。

3. 结束语

电缆管廊作为解决城市地下空间与管网问题的有效方式，代表了城市基础设施发展的必然方向和全新模式，其发展前景是毋庸置疑的。目前，对电缆管廊的研究主要集中在开发利用的规划、设计和施工阶段，而对管廊后期的运营管理，特别是以电气控制技术为手段的运营管理方面的研究较少。城市地下电缆管廊智能巡检机器人系统，可以实现对电缆管廊的自动巡检，实现电缆管廊的现场灾害处置，可与原有在线监控系统联动实现对电缆管廊的智能化管理，为城市工程管线的可靠运行提供全面的技术保障，对保证电缆管廊及电缆管廊内工程管线的安全稳定运行具有重要意义。

^参考文献：

1. 周立辉,张永生,孙勇,等.智能变电站巡检机器人研制及应用[J]. 电力系统自动化,2011,35(19):85-88.

2. 苏尚流,缪希仁.基于微型摄像头的轨道式变电站巡检机器人[J].电器与能效管理技术,2015(13):19-23.

3. 吴璋,佃松宜,龚永铭,等.电缆管道巡检机器人远程测控系统的研究与实现[J].测控技术,2013,32(9):32-36.