CN104070516A - 一种变电站巡检方法和变电站巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站巡检方法和变电站巡检机器人，方法包括：设定步骤：通过遥控装置控制行走装置按照预定路径遍历变电站；在遍历过程中，通过设置在所述行走装置上的陀螺仪和加速度传感器，测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号；对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，并记录在存储器中，从而在所述存储器中形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径；巡检步骤：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。本发明能够方便简单的设置巡航路径，快速适应变电站的环境，并且节约成本，便于推广。

Description

一种变电站巡检方法和变电站巡检机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种变电站巡检方法和变电站巡检机器人。

背景技术

变电站是电网的重要设施，保证变电站的安全运转对整个电网的稳定有着重要意义。为了对变电站内主变、母线和开关等设备的运行状态进行监控，需要定期对变电站进行巡视和检查。

目前，很多无人值守或少人值守的变电站，采用巡检机器人对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象，自动报警或进行预先设置好的故障处理。但是，目前的巡检机器人还存在很多不完善的地方，而随着智能变电站和无人值守变电站模式的推广，需要尽快完善巡检机器人的如下不足：

1）传统巡检机器人通过磁感应原理进行巡线来检修变电站的故障，这种方式需要对电厂进行整修并全范围铺设磁感线，不仅二次施工困难，而且维修不方便，且路径单一；

2）传统巡检机器人在功能方面缺乏人机交互功能，当发现问题时很难做到实时通知和及时做出相应处理，并且现有的厂家都没有重视电弧对变电站的危害，没有进行电弧相关的检测工作，并因此每年造成了不少的损失；

3）目前国内有少数公司正在进行这方面的研究，虽然有些已经做出成品，但是目前的此类相似机器人价格昂贵，稳定性不尽如人意，对现场工作环境要求都太高，技术也没有达到足够的成熟，并不能广泛适用于变电站。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种变电站巡检方法和变电站巡检机器人，能够方便简单的设置巡航路径，快速适应变电站的环境，并且节约成本，便于推广。

为了实现上述目的，本发明提供了一种变电站巡检方法，包括：

设定步骤：通过遥控装置控制行走装置按照预定路径遍历变电站；在遍历过程中，通过设置在所述行走装置上的陀螺仪和加速度传感器，测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号；对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，并记录在存储器中，从而在所述存储器中形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径；

巡检步骤：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。

优选地，上述的方法中，所述巡检步骤还包括：通过超声波模块探测障碍物，根据探测结果控制所述行走装置绕过所述障碍物后继续沿所述巡检路径行走。

优选地，上述的方法中，所述巡检步骤还包括：通过GPRS模块将巡检过程中产生的报警信号发送给手机终端，并接收远程指令。

优选地，上述的方法中，所述巡检步骤还包括：通过双线无线路由组建网桥，通过所述网桥将巡检过程中产生的检测数据发送给控制室。

为了更好的实现本发明的目的，本发明还提供了一种变电站巡检机器人，包括：

行走装置；

巡检控制装置，用于根据遥控信号控制所述行走装置按照预定路径遍历变电站；

用于测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号的陀螺仪和加速度传感器，设置在所述行走装置上；

用于对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数的低通滤波单元；

用于记录所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径的存储器；

所述巡检控制装置还用于：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。

优选地，上述的变电站巡检机器人中，还包括：

超声波模块，用于探测障碍物；

GPRS模块，用于将巡检过程中产生的报警信号发送给手机终端，并接收远程指令。

优选地，上述的变电站巡检机器人中，还包括：

双线无线路由，用于组建连接所述巡检控制装置与控制室的网桥。

优选地，上述的变电站巡检机器人中，还包括：ID射频收发器，设置在所述行走装置上，用于识别所述巡检路径上的检测点。

优选地，上述的变电站巡检机器人中，所述行走装置包括：

底盘；

采用差动方式转向的两个主动轮，安装在所述底盘上；

万向轮，安装在所述底盘上；

两个直流电机，设置在所述底盘上，并且分别连接所述两个主动轮；

电源，设置在所述底盘上，连接所述两个直流电机。

优选地，上述的变电站巡检机器人中，还包括：

能够打开的翻盖式外壳，罩在所述底盘上；

所述外壳内部包括：第一隔板和第二隔板。

本发明实施例至少存在以下技术效果：

1）本发明实施例中，通过遥控的方式遍历变电站并记录巡检路径，可以很好的适应新的变电站环境，无需在变电站铺设导航线圈，提高了机器人适应不同变电站环境的通用性。

2）本发明实施例中，通过陀螺仪和加速度传感器测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号，从而实现惯性导航控制，因为陀螺仪和加速度传感器为成熟产品，有效降低了导航设备的价格，降低了成本。

3）本发明实施例中，通过低通滤波获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，解决了现有陀螺仪输出量噪声大、波形复杂不能直接用于惯性导航的技术问题。

4）本发明机器人可以实现对变电站的智能巡检，弥补传统巡检的模式的诸多不足之处。具有短信电话功能，当机器人发现问题时，可通过GPRS自动将问题以短信方式发送给员工，还具有路径记忆功能，可以更好的实现自动化的巡检过程。提高自动化程度，使变电站的智能巡检更加安全可靠，减轻大量的人力物力，减少支出，而且如果有意外突发情况，也可避免人员受伤。

附图说明

图1为本发明方法实施例的步骤流程图；

图2为本发明提供的巡检机器人的功能逻辑单元结构图；

图3为本发明提供的巡检机器人的左视图；

图4为本发明提供的巡检机器人的主视图；

其中，附图标记说明如下：

设定步骤101；巡检步骤102；

行走装置201；巡检控制装置202；陀螺仪和加速度传感器203；

低通滤波单元204；存储器205；

超声波模块206；   GPRS模块207；   双线无线路由208；

底盘301；   主动轮302；   万向轮303；

直流电机304；   齿轮组305；   外壳306；

电脑307；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

图1为本发明方法实施例的步骤流程图，如图1所示，本发明实施例提供了一种变电站巡检方法，包括：

设定步骤101：通过遥控装置控制行走装置按照预定路径遍历变电站；在遍历过程中，通过设置在所述行走装置上的陀螺仪和加速度传感器，测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号；对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，并记录在存储器中，从而在所述存储器中形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径；

巡检步骤102：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。

可见，本发明方法实施例中，通过遥控的方式遍历变电站并记录巡检路径，可以很好的适应新的变电站环境，无需在变电站铺设导航线圈，提高了机器人适应不同变电站环境的通用性。

本发明方法实施例中，通过陀螺仪和加速度传感器测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号，从而实现惯性导航控制，因为陀螺仪和加速度传感器为成熟产品，有效降低了导航设备的价格，降低了成本。

本发明方法实施例中，通过低通滤波获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，解决了现有陀螺仪输出量噪声大、波形复杂不能直接用于惯性导航的技术问题。

在本发明的一个实施例中，所述巡检步骤还包括：通过超声波模块探测障碍物，根据探测结果控制所述行走装置绕过所述障碍物后继续沿所述巡检路径行走。从而，本发明具有障碍规避能力，有效提高了机器人对环境的适应性。

在本发明的一个实施例中，所述巡检步骤还包括：通过GPRS模块将巡检过程中产生的报警信号发送给手机终端。可见，针对无人值守变电站，可以将报警信号远程发送给工作人员的手机终端，工作人员不需要时刻待在变电站控制室中值守，也能随时掌握故障情况并赶回处理，因此，在保障安全的同时节约了人力资源，提高了无人值守变电站的经济效益。

在本发明的一个实施例中，所述巡检步骤还包括：通过双线无线路由组建网桥，通过所述网桥将巡检过程中产生的检测数据发送给控制室。

图2为本发明提供的巡检机器人的功能逻辑单元结构图，如图2所示，变电站巡检机器人，包括：

行走装置201；

巡检控制装置202，用于根据遥控信号控制所述行走装置按照预定路径遍历变电站；

用于测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号的陀螺仪和加速度传感器203，设置在所述行走装置上；

用于对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数的低通滤波单元204；

用于记录所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径的存储器205；

所述巡检控制装置202还用于：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。

可见，本发明机器人实施例中，通过遥控的方式遍历变电站并记录巡检路径，可以很好的适应新的变电站环境，无需在变电站铺设导航线圈，提高了机器人适应不同变电站环境的通用性。

本发明机器人实施例中，通过陀螺仪和加速度传感器测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号，从而实现惯性导航控制，因为陀螺仪和加速度传感器为成熟产品，有效降低了导航设备的价格，降低了成本。

本发明机器人实施例中，通过低通滤波获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，解决了现有陀螺仪输出量噪声大、波形复杂不能直接用于惯性导航的技术问题。

参考图2所示，在本发明的一个实施例中，变电站巡检机器人还包括：

超声波模块206，用于探测障碍物；

GPRS模块207，用于将巡检过程中产生的报警信号发送给手机终端，并接收远程指令。

双线无线路由208，用于组建连接所述巡检控制装置与控制室的网桥。

其中，巡检控制装置202可以采用单片机实现，发送数据时利用单片机把待发送的数据按USART:(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter通用同步/异步串行接收/发送器)协议的格式进行串行化，再通过GPRS（General Packet RadioService，通用分组无线服务技术)模块的将此串行化数据传至GSM（全球移动通讯系统）网络从而转发至目标端手机，由于GSM网络高速且覆盖范围广，所以可用来实现短信的远程发送功能；接收数据时同样GPRS模块会将收到的数据串行化后发送给单片机处理。

因为GPRS模块可以接收远程指令，所以可以实现手机对机器人的远程检修控制，具体举例如下：当巡检机器人通过红外热像仪检测到问题时，机器人将自动分析并且把分析结果通过GSM网络以短信方式发送给员工，从而能够实现高度的人机交互，让相关工作人员第一时间知道问题并及时作出相应的反应，保证变电站各功能稳定运行；另外利用手机的便利性，开发了通过GSM网络发送控制指令的功能，员工只需要按给定的数据格式发送短信至机器人的“号码”就能轻松地控制机器人的运行轨迹，实现远程遥控机器人检修。

在本发明的一个机器人实施例中，为适应各大变电站的环境，开发了可擦除式重复读写检修路径功能。当机器人第一次进入新的变电站环境时，仅需人工遥控机器人遍历变电站，机器人就能通过SD卡记录下行走时的特征数据（即机器人巡检设备时的转向角度），在下次开启时机器人便能进行SD卡读写并将记录的数据自动读出从而实现自动巡检变电站功能；陀螺仪和加速度传感器的使用可实时得到机器人的运行状态及驶向，从而对机器人的运行速度角度等各参数进行计算并求解出机器人的位置进而用于惯性导航。

陀螺仪可以采用ENC-03M系列，由于其精确度高、纯模拟输出有利于用于导航和路径规划、精确控轨、惯性制导等各方面，但由于ENC-03M输出量噪声大、波形复杂，所以本发明自行设计了低通滤波电路进行ENC-03M的滤波，经过滤波后的ENC-03M陀螺仪信号平滑，噪声小，可以用于机器人得带转向时的转动角度从而实现惯性导航的功能；当单片机通过自身的AD接口定时采集并处理陀螺仪的信号后，利用单片机的SPI（高速同步串行口）通信进行SD卡（Secure DigitalMemory Card）的文件写入功能，SD卡是一种掉电不丢失的大容量存储介质，可长时间无误差稳定的存储数据，这样就实现了路径实时存储功能。

在本发明的一个机器人实施例中，为了高速无线远程传输高清视频图像、温度、控制信息等大型数据，经过研究通过无线路由器组建局内网桥，用于实现机器人与终端控制室的实时数据传输。当机器人经过各站点时检测ID射频卡从而对具体的站点进行图像采集及温度等数据判别，各微控制器将采集的信号通过机器人内的电脑将数据发送至无线网络进行数据的高速安全传输。

其中，局域网网桥组建如下：通过双线大功率无线路由TP—LINKTL-WR841N组建网桥，此网桥属于局域网通讯，具备高速、隐私保护、安全传输等重要实用功能。由于机器人与终端控制室之间要进行高清视频图像、温度、控制信息等大型数据的无线双向互传，故经过理论论证，采用TP—LINK TL-WR841N系列高速大功率组建的无线网桥。

在本发明的一个机器人实施例中，还包括：ID射频收发器，设置在所述行走装置上，用于识别所述巡检路径上的检测点。

图3、图4分别为本发明提供的巡检机器人的左视图和主视图，如图所示，所述行走装置包括：

底盘301；

采用差动方式转向的两个主动轮302，安装在所述底盘上；

万向轮303，安装在所述底盘上；

两个直流电机304，设置在所述底盘上，并且分别通过齿轮组305连接所述两个主动轮；

电源（图未示），设置在所述底盘上，连接所述两个直流电机。

还包括：能够打开的翻盖式外壳306，罩在所述底盘上；

所述外壳内部包括：第一隔板和第二隔板，将壳体内部分为上中下3层，第一层放置电脑307（单片机、控制核心处理器），第二层放置控制电路，第三层就是底盘了。

外壳306上装有电源指示灯、运行指示灯、停止指示灯及红外热像仪、可见光摄像头;另机器人外壳的前端附有超声波模块，当遇到障碍物时，系统会采取边检测边绕线行走的方式避开障碍物，从而确保能在避障之后回到原轨迹;机器人壳内的电脑307是整个系统的核心部分，其主要负责机器人与终端控制室的通讯工作，经过微控制器采集的各种数据将通过机器人配备的电脑经由以太网发送至终端;机器人底盘上装有ID射频收发器，可用于机器人对站点的识别。

可见，针对目前市面上没有技术相对成熟的智能巡检机器人，本发明通过这种智能机器人在实现基本巡检功能外继续开发了记忆路径及惯性导航、手机控制巡检的功能，进而取代传统的人工巡检以及传统巡检机器人，提高巡检的实时性、可靠性、专业性以及安全性并延长了作业时间。

由上可知，本发明实施例具有以下优势：

1）本发明实施例中，通过遥控的方式遍历变电站并记录巡检路径，可以很好的适应新的变电站环境，无需在变电站铺设导航线圈，提高了机器人适应不同变电站环境的通用性。

2）本发明实施例中，通过陀螺仪和加速度传感器测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号，从而实现惯性导航控制，因为陀螺仪和加速度传感器为成熟产品，有效降低了导航设备的价格，降低了成本。

3）本发明实施例中，通过低通滤波获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，解决了现有陀螺仪输出量噪声大、波形复杂不能直接用于惯性导航的技术问题。

4）本发明机器人可以实现对变电站的智能巡检，弥补传统巡检的模式的诸多不足之处。具有短信电话功能，当机器人发现问题时，可通过GPRS自动将问题以短信方式发送给员工，还具有路径记忆功能，可以更好的实现自动化的巡检过程。提高自动化程度，使变电站的智能巡检更加安全可靠，减轻大量的人力物力，减少支出，而且如果有意外突发情况，也可避免人员受伤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变电站巡检方法，其特征在于，包括：

设定步骤：通过遥控装置控制行走装置按照预定路径遍历变电站；在遍历过程中，通过设置在所述行走装置上的陀螺仪和加速度传感器，测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号；对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数，并记录在存储器中，从而在所述存储器中形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径；

巡检步骤：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。

2.根据权利要求1所述的变电站巡检方法，其特征在于，所述巡检步骤还包括：

通过超声波模块探测障碍物，根据探测结果控制所述行走装置绕过所述障碍物后继续沿所述巡检路径行走。

3.根据权利要求1所述的变电站巡检方法，其特征在于，所述巡检步骤还包括：

通过GPRS模块将巡检过程中产生的报警信号发送给手机终端，并接收远程指令。

4.根据权利要求3所述的变电站巡检方法，其特征在于，所述巡检步骤还包括：

通过双线无线路由组建网桥，通过所述网桥将巡检过程中产生的检测数据发送给控制室。

5.一种变电站巡检机器人，其特征在于，包括：

行走装置；

巡检控制装置，用于根据遥控信号控制所述行走装置按照预定路径遍历变电站；

用于测量行走过程中的行驶速度信号和行驶角度信号的陀螺仪和加速度传感器，设置在所述行走装置上；

用于对所述行驶速度信号和所述行驶角度信号进行低通滤波，获得能够控制所述行走装置的行驶速度参数和行驶角度参数的低通滤波单元；

用于记录所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，形成由所述行驶速度参数和所述行驶角度参数确定的巡检路径的存储器；

所述巡检控制装置还用于：根据所述行驶速度参数和所述行驶角度参数，控制所述行走装置沿所述巡检路径进行巡检。

6.根据权利要求5所述的变电站巡检机器人，其特征在于，还包括：

超声波模块，用于探测障碍物；

GPRS模块，用于将巡检过程中产生的报警信号发送给手机终端，并接收远程指令。

7.根据权利要求6所述的变电站巡检机器人，其特征在于，还包括：

双线无线路由，用于组建连接所述巡检控制装置与控制室的网桥。

8.根据权利要求6所述的变电站巡检机器人，其特征在于，还包括：ID射频收发器，设置在所述行走装置上，用于识别所述巡检路径上的检测点。

9.根据权利要求6所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述行走装置包括：

底盘；

采用差动方式转向的两个主动轮，安装在所述底盘上；

万向轮，安装在所述底盘上；

两个直流电机，设置在所述底盘上，并且分别连接所述两个主动轮；

电源，设置在所述底盘上，连接所述两个直流电机。

10.根据权利要求6所述的变电站巡检机器人，其特征在于，还包括：

能够打开的翻盖式外壳，罩在所述底盘上；

所述外壳内部包括：第一隔板和第二隔板。