基于变电站巡检机器人的关键技术探析

基于变电站巡检机器人的关键技术探析

商重远

贵州电网有限责任公司铜仁供电局 贵州铜仁 554300

摘要：科学技术的快速发展推动了智能电网的发展，随之，智能巡检机器人出现在了人们的视野中。在此背景下，变电站中无人值守模式得到了广泛应用，在规范变电站巡检工作的同时，降低了员工的劳动强度，减轻了人工巡检工作压力。同时，在开展变电设备检测工作的过程中，基于红外热成像、可见光摄像机的智能机器人的应用，以其先进的技术实现了对潜在安全风险的预警，为变电站的安全稳定运行提供的可靠的保障。鉴于此，本文就变电站巡检机器人的关键技术展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：变电站；巡检机器人；关键技术

1.变电站巡检机器人定义

在开展变电站巡检工作的过程中，巡检机器人的使用能够及时发现设备故障或者缺陷问题，同时还可以通过调用数据库的标准数据将其和检测数据作对比，进而正确判断设备的状态，这样一来不仅减少了变电站人工巡检工作量，同时还为电力系统的安全稳定运行提供了可靠的保障。变电站巡检机器人主要是一种结合了图像识别、电力电子、无线通信网络以及导航等技术的机器人，通过使用一定的技术，能够使巡检机器人在变电站内移动^[1]。多种传感器的使用，还能够实现对电气设备和现场环境的声音以及温度等数据信息的采集，将所得的数据之后通过无线通信网络可以发动到中央监控系统中，利用计算机来显示、处理这些数据信息。

2.变电站巡检机器人的关键技术

2.1移动控制

如今，变电站巡检机器人的移动控制技术能够在不同路况环境下实现高精度、高速度的运行，这种功能的实现主要取决于控制系统。因越过障碍物的方式不同，可将巡检机器人的移动系统分为履带式移动、轮式移动、复合移动以及定轨移动等。其中，使用轮式移动方式的机器人其自身的灵活性和机动性非常强，能够在狭窄的空间中转弯和行走，这种类型的机器人的移动效率和地面的平坦程度息息相关。履带式机器人能够很好地适应复杂的路况，并且还可以翻越一定的障碍物，同时，还具有很强的爬坡能力。但是，由于这种机器人的本体体积大、机械结构复杂、再加上灵活性低，所以，不适用于变电站的狭窄道路。定轨移动机器人主要是一种借助固定轨道来移动的变电站巡检机器人，这种方法能够使机器人根据固定的路径开展巡检工作，能够有效控制移动精度。然而，在单一的引导路径限制下，这种类型的机器人的灵活性并不强，如今，主要将其用来巡检变电站的室内屏柜。复合式巡检机器人是一种有机融合轮、履以及腿等结构的智能机器人，适用于多种地形环境，能够将各组成部分的优势充分发挥出来，并且还具有操作灵活的特点^[2]。但是，这种机器人的运动控制系统比较复杂，需要严格按照实际情况来对不同的复合模式进行设计，因此，技术的通用性并不高。

2.2图像识别

为确保变电站机器设备的精确度，就需要做好监测工作，以此来查明存于机器设备中的故障，所以，图像识别技术的应用非常关键。集可见光高清摄像机和红外热成像仪的具有云台双目视觉系统的巡检机器人，能够用来采集变电站中的各种仪表指针数据、红外图像以及短路开关的位置信息，之后在对所收集的图像文件进行处理的时候，还需要和数据库中的信息作对比，通过纹理判断和图像累计分析对设备持是否存在异常进行判断。图像识别主要是结合尺度不变特征转换和霍夫变换等特征算法来对断路器的开关位置进行有效识别。具体而言，红外热成像仪是一种通过红外传感器采集被测物体所辐射红外能量的仪器，之后经过滤波以及信号放大的处理，就能够得到被测物体的表面温度信息^[3]。

2.3导航定位

变电站的巡检机器人导航定位技术能够有效抵御外界环境带来的影响，通过RFID定位、磁导航、以及多传感器等先进设备和技术来实现导航定位功能。将其具体应用于变电站中，首先需要在地面上安装磁条，之后需要在巡检机器人经过的路线周边根据一定的间隔距离设置RFID标签，只有这样才能够通过巡检机器人内部控制系统的读写器来读取标签中的信息，最后联合使用摄像头来实现机器人的导航定位控制。这种技术的使用具有投入成本低、信息获取量大的优势，但是，由于事物具有两面性，所以，这种机器人在处理图像信息的时候计算量比较大，而且还容易受到烟雾以及光照等因素的影响，所以，在实际使用的时候需要和起来导航技术结合起来。地图构建和同步定位在巡检机器人中是一种比较流行的导航技术，该技术作用的发挥主要是借助传感器来实现对相关数据信息的采集，之后通过计算得出自身的确定位置，最后还可以根据周边环境构建地物。其中，不同类型的传感器得到的导航效果也不同。最近这些年，基于视觉的VSLAM和基于激光雷达的SLAM是经常用到的两种，其中，激光SLAM已经具有成熟的理论依据，能够将其稳定用在不同的领域中，并且也能够在强光照射下高效运行，这种系统的高航精确度可高达厘米级别，而且测距也更加精确，但是，价格昂贵，而且探测范围具有一定的局限性

^[4]。VSLAM是一种通过摄像头来采集数据的系统，距离的测算可以借助三角测距的方式来完成，尽管这种方法的精确度比激光SLAM低，而且也不利于在光线昏暗的地方使用，但是，其能够将所有收集到的纹理信息充分应用起来，在场景分类和重定位中将其特有的优势充分体现出来。

2.4自主充电

尽管磷酸铁锂电池能够为机器人供电，但是，由于这种方法并不利于机器人长时间不间断的工作场景下高效运作，所以，人们开始致力于对机器人自主充电方案和途径的探索中。目前，机器人的自主充电技术主要包含了非接触式、接触式和光能这三种类型，其中，接触式自主充电技术作用的发挥需要借助高航定位技术，也就是说，通过自主定位能够帮助机器人找到固定接口，并且将其本体和接口自动连接起来，激光定位方法的使用能够实现充电接头间的高精度定位，并且还具有一定的误差容忍度。而非接触式的自动充电技术主要是借助磁共振、电磁感应以及微波无线等无线感应的方法来实现能量的传输，这种工作方法能够有效避免自主式充电接口引起的污秽以及磨损等问题，但是，由于功率相对较小，所以，还不能将其用在变电站这种具有高精度要求的环境中^[5]。

3.变电站巡检机器人技术的应用要点

变电站巡检机器人技术的使用，主要是为机器人规划巡检任务。技术人员在编制巡检任务的时候，必须将对巡检时间的控制作为其中一项重要内容，并且要尽可能避免机器人在特殊气候条件下开展巡检工作，以此来最大限度减少由于气候因素带来的不利影响。同时，强化任务点以及变电设备之间的联系，确保巡检机器人能够更好地识别任务点检查设备的名称以及类别，从而一共更加准确的数据信息。同时，为确保机器人巡检信息的准确性、真实性和可靠性，还需要合理控制任务点和变电设备支架的联系。此外，抽象无向图形数据作为一项非常关键的关系模型数据，需要技术人员将该模型数据全面录入到数据库中，在实施计算工作的时候，首先需要详细计算路的权值以及轨点的最短距离，并且将其输入到机器人的计算机系统中，以此来有效提高机器人的巡检效率，为机器人高效完成巡检工作提供可靠的保障。

结语

总而言之，在电网中智能变电站作为一项重要内容，要想提高智能电网的运作效率，巡检机器人的使用必不可少。通过借助导航控制技术和移动定位，就能够确保机器人的运行。在艰苦的工作环境下，基于外热成像仪、可见光高清摄像机的巡检机器人能够实现对变电站设备的全方位巡检，借助自主技术实现全天候、长时间的运行，以此来有效监测设备的运行状态，从而为电网的安全稳定运行提供可靠的保障。

参考文献：

[1]申军，罗茂，赵炜.变电站巡检机器人应用技术及实施要点[J].冶金管理，2019，(15):54-55.

[2]岳增凯.变电站巡检机器人无线充电关键技术的研究[D].山东大学，2019.

[3]陈彬.变电站巡检机器人关键技术及其适用性研究[J].科技创新导报，2019，16(05):135+137.

[4]陈华林.变电站巡检机器人应用技术及实施要点研究[J].电工技术，2019，(02):108-109+112.

[5]杨思捷.变电站巡检机器人关键技术分析[J].无线互联科技，2019，16(01):136-137.