变电站智能巡检机器人导航定位技术设计

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摘要

智能巡检机器人性能对于提高变电站电气设备安全运行具有重要作用。本文设计了变电站智能巡检机器人导航定位总体机构,以定点监测和轨迹行进作为导航定位方案,轨迹行进采用一种新颖的路径导航算法,通过图像处理和模式识别判断机器人前进方位。最后通过模拟机器人进行实验,运行结果表明本导航方法具有路径识别速度快,判别精确、灵活可移植的特点。

1 引言

为了保证变电站安全生产和运行 , 必须定期对现场 电气设备进行巡视检测 , 及时进行消缺和检修 [1-2]。传统变电站巡视依赖人工巡检 , 劳动量大 , 漏检、误检造成的经济损失时有发生。单靠人工巡检难以满足变电站设备和线路安全运行要求。随着智能机器人的开发和推 广 , 用机器人代替部分人力巡检成为迫切需要 [3-4]。

智能巡检机器人携带红外热像器、CCD 摄像机、监听头等传感装置组成 , 通过远程遥控实现变电站室内外 电气设备的巡视检查 [5-6]。当出现金具发热、导线悬挂异物和设备振动异常等现象 , 及时通过无线信号发出报 警或执行故障消除操作 [7-8]。巡检机器人设计的关键就是导航定位系统 , 即利用具有图像处理、模式识别和人工智能等功能的探测器先确定巡视轨迹和方位 , 然后探测目标物的位置、温度、机械振动、图像等变化 , 识别 出缺陷和故障 [9-10]。

本文主要解决巡检机器人导航定位问题。通过分析现场巡检功能需要 , 建立机器人总体机构 ; 制定轨迹前进的人工视觉导航方案 ; 设计定位检测方法 , 最后通过模拟实验验证方案的有效性。

2 导航定位整体结构

2.1 功能要求

巡检机器人的智能就是利用图像处理、模式识别和人工智能等技术进行多功能自主设备巡视检查 , 代替人眼观查不到的缺陷 , 旨在提高设备巡视自动化和工作效率。因此变电站智能巡检机器人应具备的功能 :

(1) 导航定位功能 : 能够寻着预先设定好的轨迹行进 , 包括掉头、直行、转弯和暂停等 , 到达位置后通过调节红外摄像机及可见光 CCD探测器、俯仰电机实现设备最佳角度和清晰度的拍摄。

(2) 图像处理功能 : 携带红外热像仪、可见光 CCD 和监听头等检测设备。红外热像仪可以探测设备热缺陷,生成设备本体及金具连接处的红外热成像图片 , 判断是否有高温异常。

可见光 CCD通过采集图像进行电气设备的外观检查 , 包括线路悬挂异物、移位等异常情况 , 同时记录主变、断路器、刀闸开合位置实际位置 , 自动读取仪器仪表上非同源读数、油位等 , 报警或进行故障处理。

(3) 伺服功能 : 通过控制电机使机器人在一定时间按预先设计好的程序对待检设备进行排序巡视。

(4) 无线传输功能 : 图像、声音等信号或报警信号要实时传输到监控中心 , 同时及时接受来自监控中心的调控指令 , 保持良好的通信状态。

2.2 总体结构

变电站巡检机器人相当于一个可沿指定路径移动的智能监控系统 , 需要配置红外和可见光摄像机、无线通讯设备、伺服控制系统、声音和图像采集处理系统等 ,结构如图 1 所示。

变电站智能巡检机器人导航定位技术设计

图1 视觉导航变电站巡检机器人总体结构


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