劉姜鈞泰 秦丞

（昆明供電局信息中心 云南省昆明市 650011）

隨著時代的進步和發(fā)展，對于電力能源需求量在不斷增加，特高壓電網(wǎng)建設規(guī)模在逐漸擴大，與此同時，輸電網(wǎng)絡變得越來越復雜，這在一定程度上促使人工地面故障巡查難度系數(shù)大大提升。采用地上人工巡檢方式常常會由于遮擋、距離等因素干擾，難以有效確定絕緣子和相關(guān)的電氣設備是否處于良好的工作狀態(tài)。如果在一些特殊的氣象環(huán)境中，通常難以正常實施人工登塔巡檢，另外，通常在一些人員活動密集區(qū)域輸電線路常常會受到外力破壞，采用人工巡檢方式根本無法及時發(fā)現(xiàn)輸電線路故障問題，而且不能及時制止輸電線路外力破壞問題。由此可見，輸電線路智能巡檢機器人代替人工巡檢方式的應用有著重要的意義。

1 輸電線路巡檢機器人發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電網(wǎng)工程建設規(guī)模的不斷擴大，輸電線路巡檢工作量和難度系數(shù)在不斷提升，然而，現(xiàn)階段對于巡檢人員出現(xiàn)了供不應求的現(xiàn)象，另外，采用人工巡檢方式無論是在質(zhì)量方面還是在效率方面與巡檢機器人的應用相差甚遠。輸電線路機器人的開發(fā)研究已經(jīng)成為現(xiàn)階段的重要課題，得到了國內(nèi)外許多研究機構(gòu)的高度關(guān)注。

這種機器人在實際輸電線路巡檢應用過程中有著良好的應用優(yōu)勢，但是同樣存在著一些缺陷問題，通常主要表現(xiàn)在實用性相對較低，整體質(zhì)量相對較大，而且難以有效實現(xiàn)越障，無法長時間投入運行。基于此，在本文研究和設計的主要是微小型智能巡檢機器人系統(tǒng)，而且整體質(zhì)量和體積相對比較小，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間在桿塔上工作，可高效完成相關(guān)的在線巡檢工作，能夠達到全新的可視化自動巡檢效果，有效突破了現(xiàn)階段智能巡檢機器人的瓶頸問題。

2 總體設計

輸電線路巡檢機器人在實際應用過程中有著良好應用效果，其系統(tǒng)通常由4 部分構(gòu)成，主要分別為本體、遠程集控中心、越障橋以及駐留巢穴。首先，在機器人本體上搭載了無線路由器和高清攝像頭，通過無線路由器在一定程度上能夠促使輸電線路巡檢機器人所獲取的巡檢信息傳輸?shù)竭h程集控中心，通過對高清攝像頭的搭載應用在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對導線和地線整體情況的拍攝，巡檢人員可通過所拍攝的內(nèi)容判斷輸電線路故障和隱患問題，以便及時解決。而且還能夠達到全線路無障礙行走，這主要是基于對架設越障橋方式的有效應用；其次，遠程集控中心主要是對機器人的控制和故障隱患識別并判斷，通常需要對所獲取的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所獲取的氣象數(shù)據(jù)展開深入的分析，與此同時，并依據(jù)其發(fā)出相應的控制巡檢指令。通過對TensorFlow 技術(shù)對采集圖片的處理，在一定程度上能夠達到輸電線路故障及隱患問題的識別和判斷；駐留巢穴的作用主要是氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測和機器人充電。駐留巢穴通常會將所監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程集控中心，從而保證遠程集控中心機器人命令下達的科學性。主要是憑借太陽能充電的方式和對無線充電模塊的有效應用，在處于駐留巢穴位置時，通過對傳感器檢測的有效應用能夠?qū)崿F(xiàn)短路故障以及發(fā)射端電壓狀態(tài)的準確判斷，如果判斷正處于正常狀態(tài)，那么將會自動啟動充電模式，從而實現(xiàn)自動充電的目的，在電池電壓達到一定的值時會自動關(guān)閉充電。在此環(huán)節(jié)主要是基于對無線充電技術(shù)的有效應用，這在一定程度上促使其操作巡檢半徑更加廣泛，有效突破了火花、接觸節(jié)點磨損、充電短路等技術(shù)瓶頸問題。

表1：機器人狀態(tài)說明與切換條件

3 巡檢模式設計

機器人在輸電線路巡檢方面有著重要應用意義，這種機器人在實際應用過程中可以長時間駐留塔桿，在運行工作過程中能夠跨越桿塔和沿地線行走。而且在實際應用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制或者是手動控制，能夠高效完成相關(guān)的自動定期、全局巡檢工作，如果在人工控制的條件下，能夠高效完成實時、定點巡視，具有良好的應用便利性。該機器人在實際工作過程中具有良好的視角，能夠高效完成對線路走廊、絕緣子、線路等全面的巡查，這主要是基于對攝像機云臺預留位置的有效設置。

該機器人在實際運行過程中通常主要有兩種運行模式，分別為自動巡檢模式、人工操作巡檢模式。首先，在前者的應用環(huán)節(jié)通常需要對其休眠狀態(tài)喚醒時間段進行科學的設置，巡檢路線主要是從一端的駐留巢穴到達另一端駐留巢穴，自動完成駐留巢穴之間線路的巡檢工作，在到達另一端駐留巢穴時，巡檢機器人則會自動進入充電狀態(tài)，在巡檢完成時自動進行休眠，直到下一次巡檢任務的下達。機器人所采集的相關(guān)巡檢信息會傳輸?shù)竭h程操控中心，巡檢人員則可以定期對其進行查看。在后者應用過程中可以采用兩種方式對機器人進行控制，通常主要有現(xiàn)場控制、遠程控制，這主要是基于對無線通信系統(tǒng)的有效應用，能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢任務指令的發(fā)送。

該項機器人在實際應用過程中通常主要包括返回充電狀態(tài)、空閑狀態(tài)、自動巡檢狀態(tài)以及手動控制狀態(tài)，在狀態(tài)切換過程中通常需要滿足表1 中的內(nèi)容。

4 控制系統(tǒng)設計與研究

4.1 跨越越障橋

巡檢機器人在實際工作過程中無障礙行走則是最為基礎的要求，是保證巡檢工作有效開展和進行的關(guān)鍵，在該項機器人應用的主要是嵌入式運動控制系統(tǒng)。在該機器人進行巡檢工作過程中遇到越障橋時，那么在這臺機器人中所搭載的紅外傳感器就會發(fā)揮作用，能夠準確識別到越障橋信息，然后再將其反饋到控制系統(tǒng)，然后發(fā)出相應指令促使越障裝置夾緊越障橋，然后在充分結(jié)合該機器人所處于的位置以及橋型結(jié)構(gòu)信息，通過相關(guān)的計算和分析對越障裝置夾緊程度進行有效控制，通過這種方式能夠達到精準上橋的效果；在橋上運行環(huán)節(jié)，通常會結(jié)合機器人所受到風的影響計算以及橋的結(jié)構(gòu)信息，從而實現(xiàn)對越障裝置夾緊程度進行有效的控制；運動控制系統(tǒng)通常會對機器人運行的平穩(wěn)性進行有效的控制，這主要是為了確保機器人可以安全越障重回地線。機器人在實際運行的過程中常常會遇到防震錘、桿塔等障礙物，然而通過對越障系統(tǒng)的有效應用，都可以輕松地跨越障礙物，控制機器人高效完成相應的爬坡、下坡環(huán)節(jié)?；趯刂扑惴ǖ目茖W使用，大大提高了機器人過橋的流暢度。

4.2 控制系統(tǒng)硬件設計

該機器人功能性的實現(xiàn)主要是基于對相關(guān)系統(tǒng)硬件的有效使用，在機器人中所使用的系統(tǒng)硬件設施相對較多，主要應用的是雙系統(tǒng)設計，并且不同系統(tǒng)所發(fā)揮的作用也存在較大差異。在stm32芯片上主要應用的是ucos 系統(tǒng)，其作用主要是實現(xiàn)云臺控制、運動控制以及傳感器數(shù)據(jù)采集等；其次，在arm 芯片上主要應用的是Linux 系統(tǒng)，其功能主要是信息采集、信息傳輸、遠程控制功能，這主要是基于與無線路由器通信技術(shù)的融合應用；另外，如果發(fā)生故障問題，那么就可能導致機器人無法正常運行，為可以有效避免故障問題的產(chǎn)生，arm 芯片和stm32 芯片建立起良好的通信關(guān)系，主要是基于串口方式的有效應用，其頻率為0.1s，如果在運行的過程中arm 芯片無法正常運作，那么stm32 芯片則會重啟arm 芯片，反之，如果在運行的過程中stm32 芯片無法正常運作，那么arm 芯片則會重啟stm32 芯片，通過這種方式大大強化了機器人運行的可靠性和穩(wěn)定性；電源管理模塊的作用主要是實現(xiàn)電池充電，在此方面主要是基于對無線充電技術(shù)的有效應用，相關(guān)電源管理工作的實施主要是基于對相關(guān)算法的有效應用，在擴展作業(yè)半徑和延長電池使用時間方面發(fā)揮著不可替代的作用。運動控制單元的作用主要是對機器人的位置以及主動輪速度進行有效調(diào)節(jié)，以保障機器人運行的穩(wěn)定性；三軸高清維穩(wěn)云臺的作用主要是降低外界因素所產(chǎn)生的振動影響，以保證數(shù)據(jù)采集的準確性和質(zhì)量。

4.3 上位機控制系統(tǒng)軟件

通過對上位機軟件的有效應用促使機器人具有狀態(tài)顯示、圖片采集等功能，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對其有效的遙控操作，控制內(nèi)容主要有前進、后退、停止，通常和機器人有著良好的通信關(guān)系，這主要是基于對無線串口的有效應用。通過對上位機軟件的應用能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人的有效控制，而且還能夠?qū)⒏咔逶婆_吊艙所獲取的相關(guān)重要信息存儲在手持終端位置，這在一定程度上為巡檢人員提供了有力的幫助，除此之外，還可以實現(xiàn)對機器人電池電量、傳感器狀態(tài)、運行速度等具體信息的實時查看。

5 模擬環(huán)境測試

模擬環(huán)境測試環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵，為了能夠保證輸電線路智能巡檢機器人在實際應用過程中可以穩(wěn)定運行，那么則必須要對其進行模擬環(huán)境測試。該機器人的測試場所在室內(nèi)，將模擬地線設置在了室內(nèi)，與此同時，還將雙軌越障橋安裝在模擬地線上方，在跨越越障橋測試方面取得良好成效，整體運行效果始終處于平穩(wěn)狀態(tài)，而且視頻傳輸具有良好的實時性，與預期目標相符合。另外，還對其進行了室外地線上的實驗。其運行性能始終保持穩(wěn)定的狀態(tài)，能夠順利穩(wěn)定通過越障橋。

6 結(jié)束語

輸電線路智能巡檢機器人系統(tǒng)的有效應用為輸電線路巡檢工作創(chuàng)造了許多便利條件，本文所研制的巡檢機器人主要是由本體、遠程集控中心、越障橋、駐留巢穴等部分構(gòu)成，在實際應用過程中能夠達到全線路無障礙自動巡檢的效果，進一步擴大了其工作半徑?；趯tm32 和arm 系統(tǒng)的雙系統(tǒng)設計，在一定程度上大大提高了機器人運行的穩(wěn)定性，能夠達到故障系統(tǒng)重啟的效果。通過對無線充電模式的有效應用，有效避免了火花、充電電路短路問題的產(chǎn)生。這種機器人在實際應用過程中操作便捷，促使人工巡檢和智能巡檢有機地結(jié)合在一起，從而為巡檢工作創(chuàng)造了許多便利條件