CN105259899A - 一种变电站巡检机器人的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站巡检机器人的控制系统，其包括核心处理器，核心处理器包括GPU和ARM处理器；信息采集模块，其用于采集机器人巡检的相关信息；通信模块，用于发送机器人巡检的相关信息和发送工作人员的相关操作指令信息；机器人运动控制模块，其与ARM处理器进行数据连接，用于机器人的行走控制；分析模块，其与GPU进行双向数据连接，用于根据采集到的图像信息自动识别设备是否存在异常；导航系统模块，其与ARM处理器进行双向数据连接，用于实时定位机器人位置并根据巡检任务规划最优路径。本发明能够对机器人准确导航、定位，采集电气设备的工作状态，即时向控制中心返回设备状态和机器人本体工作状态。

Description

一种变电站巡检机器人的控制系统

技术领域

本发明涉及一种机器人的控制系统，特别是一种变电站巡检机器人的控制系统。

背景技术

变电站是输电和配电的集结点，承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的作用，对电网的安全和经济运行起着不可或缺的重要作用。对变电站电气设备进行定期巡视，迅速获得变电设备的状态信息并及时发现变电设备的缺陷和隐患，是保障变电站的安全稳定运行的关键。

目前，变电站巡检方式主要是依靠人工巡检，即依靠人工运用感官、抄表、记录以及使用一些相配套的检测仪器对变电设备进行简单定性判断的检查。这种巡检方式劳动强度大、工作效率低、主观因素多，因此质量难以保证。同时，对于偏远地区的变电站巡检以及恶劣天气条件的巡检，巡检工作是一件非常困难的工作。采用新技术来减轻变电站巡检人员的运行维护负担，有效保障设备安全可靠运行，成为电网所面临的主要问题之一。

当今智能电网的建设推进了变电站无人化的发展进程，利用变电站自动巡检机器人取代人工对变电设备状态进行检测成为一种发展趋势。变电站自动巡检机器人以其灵活的控制运行方式、巡检信息记录、及时准确、不受天气环境因素影响和无主观情绪等优点，逐渐被应用到变电站对变电设备进行巡检工作，提高了变电站巡检工作效率，保证变电站安全可靠运行。与传统人工巡检相比，变电站自动巡检机器人具有巨大优势和发展潜力及广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是提供一种变电站巡检机器人的控制系统，能够对机器人准确导航、定位，采集电气设备的工作状态，即时向控制中心返回设备状态和机器人本体工作状态。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，本发明一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，包括核心处理器、信息采集模块、通信模块、机器人运动控制模块、分析模块和导航系统模块；

所述核心处理器包括GPU和ARM处理器，所述GPU与ARM处理进行双向数据连接；GPU与ARM处理进行双向数据连接。GPU接收信息采集模块采集的信息、经编码后的视频图像信息，并对这些信息进行综合处理，将处理后的结果转换为相应的操作指令发送至ARM处理器。ARM处理器接收上位机的传送数据和GPU的传送数据以及操作指令；根据接收到的上位机操作指令进行最优路径规划、并将行驶方向调整信息和行驶速度调整信息实时处理为对应的控制信号发送至机器人运动控制模块；上传经压缩编码的巡检机器人采集的视频图像信息、机器人位置、机器人状态信息和巡检结果等信息供工作人员参考；

所述信息采集模块，其与所述GPU进行数据连接，用于采集机器人巡检的相关信息；

所述通信模块，其与所述ARM处理器进行数据连接，功能为上位机和ARM处理器的数据传送，用于发送机器人巡检的相关信息和发送工作人员的相关操作指令信息；

所述机器人运动控制模块，其与所述ARM处理器进行数据连接，用于机器人的行走控制；

所述分析模块，其与所述GPU进行双向数据连接，用于根据采集到的图像信息自动识别设备是否存在异常；

所述导航系统模块，其与所述ARM处理器进行双向数据连接，用于实时定位机器人位置并根据巡检任务规划最优路径。

进一步地，所述信息采集模块包括可见光摄像机、红外摄像仪、视频图像编码器和其他传感器组；

所述可见光摄像机用于采集可见光视频图像信息，以及当机器人行走时采集路况信息；

所述红外摄像仪用于采集设备的红外图像信息；

所述视频图像编码器用于将所述可见光摄像机和所述红外摄像仪采集到的信息与数据经过压缩编码转换传递给所述GPU进行下一步的处理；

所述其他传感器组用于采集温度、湿度信息。

进一步地，所述通信模块包括数据收发装置和图像发送装置；

所述图像发送装置用于发送所述可见光摄像机采集的可见光视频图像信息和当机器人行走时采集路况信息；以及用于发送所述红外摄像仪采集设备的红外图像信息；

所述数据收发装置用于发送机器人位置、机器人状态信息和巡检结果数据；以及用于发送工作人员的巡检任务下达以及其他操作指令。

进一步地，所述分析模块包括图像处理模块和结果分析模块；

所述图像处理模块用于字符识别，如识别温度表计的读数；

所述结果分析模块用于根据所述图像处理模块的结果判断设备是否存在异常，如将识别的设备的温度表计的度数，与机器人自身携带的温度传感器自动测温的结果进行对比，比较是否存在异常，并将分析结果返回GPU处理器。

进一步地，所述导航系统模块包括电子地图模块、巡检任务模块、路径规划模块和RFID实时定位模块；

所述电子地图模块用于完成巡检地点电子地图的绘制和巡检任务点的标识；

所述巡检任务模块预先设定巡检任务，包括停靠点及工作任务，以及操作人员临时下放的定点、遥控巡检任务；

所述RFID实时定位模块用于实时的精确定位，其包括RFID标签和RFID阅读器；所述RFID标签用于标识检测点，机器人携带所述RFID阅读器；当机器人携带的RFID阅读器经过标签时，所述RFID阅读器读取RFID标签信息，判断是否是监测点以及所关联的设备，实现监测点的定位和电气设备的定位功能

所述路径规划模块用于规划巡线机器人的最优行走路径，路径规划技术在机器人控制技术领域应用也非常广泛，属于现有的成熟技术。常用的路径规划的算法很多，主要有人工势场法、自由空间法、环境地图法、可视图法、遗传算法、蚁群算法等。

进一步地，所述机器人运动控制模块包括电机和电机驱动；所述ARM在获取各种信息的基础上发出指令给所述电机驱动，所述电机驱动控制机器人沿着指定线路巡检，包括沿着直线行走控制、转弯控制、停车控制等。

进一步地，还包括报警模块，所述报警模块与所述ARM处理器进行数据连接，并根据所述ARM的控制指令发出警铃报警。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明的变电站巡检机器人控制系统，借助双核处理器模块作为系统核心加以构建，具备良好的控制性能和扩展性能的，也有助于降低系统成本，有利于推广使用；

本发明实现自主控制能力，巡检机器人能够根据设置的定时任务自动进行巡检，代替巡检人员对变电站内电气设备的部分项目进行巡检，并对图像进行分析和判断，及时发现电力设备存在的问题。同时机器人可以在操作人员的遥控下完成局部作业，自动定位机器人所处的位置并规划路径进行导航；

本发明基于多传感器，具备可靠地实时检测能力，相比于传统的通过机器人搭载的摄像头远程巡视设备故障，该系统能够实现巡检机器人多种传感器同时扫描设备，运用图像处理技术和模式识别技术发现各种类型的早期故障并加以评估。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明执行一次任务的流程图；

图3为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，包括核心处理器、信息采集模块、通信模块、机器人运动控制模块、分析模块和导航系统模块；

如图1～3所示，所述核心处理器包括GPU和ARM处理器，所述GPU与ARM处理进行双向数据连接；GPU与ARM处理进行双向数据连接。GPU接收信息采集模块采集的信息、经编码后的视频图像信息，并对这些信息进行综合处理，将处理后的结果转换为相应的操作指令发送至ARM处理器。ARM处理器接收上位机的传送数据和GPU的传送数据以及操作指令；根据接收到的上位机操作指令进行最优路径规划、并将行驶方向调整信息和行驶速度调整信息实时处理为对应的控制信号发送至机器人运动控制模块；上传经压缩编码的巡检机器人采集的视频图像信息、机器人位置、机器人状态信息和巡检结果等信息供工作人员参考；

所述信息采集模块，其与所述GPU进行数据连接，用于采集机器人巡检的相关信息；

所述通信模块，其与所述ARM处理器进行数据连接，功能为上位机和ARM处理器的数据传送，用于发送机器人巡检的相关信息和发送工作人员的相关操作指令信息；

所述机器人运动控制模块，其与所述ARM处理器进行数据连接，用于机器人的行走控制；

所述分析模块，其与所述GPU进行双向数据连接，用于根据采集到的图像信息自动识别设备是否存在异常；

所述导航系统模块，其与所述ARM处理器进行双向数据连接，用于实时定位机器人位置并根据巡检任务规划最优路径。

所述信息采集模块包括可见光摄像机、红外摄像仪、视频图像编码器和其他传感器组；

所述可见光摄像机用于采集可见光视频图像信息，以及当机器人行走时采集路况信息；

所述红外摄像仪用于采集设备的红外图像信息；

所述视频图像编码器用于将所述可见光摄像机和所述红外摄像仪采集到的信息与数据经过压缩编码转换传递给所述GPU进行下一步的处理；

所述其他传感器组用于采集温度、湿度信息。

所述通信模块包括数据收发装置和图像发送装置；

所述图像发送装置用于发送所述可见光摄像机采集的可见光视频图像信息和当机器人行走时采集路况信息；以及用于发送所述红外摄像仪采集设备的红外图像信息；

所述数据收发装置用于发送机器人位置、机器人状态信息和巡检结果数据；以及用于发送工作人员的巡检任务下达以及其他操作指令。

所述分析模块包括图像处理模块和结果分析模块；

所述图像处理模块用于字符识别，如识别温度表计的读数；

所述结果分析模块用于根据所述图像处理模块的结果判断设备是否存在异常，如将识别的设备的温度表计的度数，与机器人自身携带的温度传感器自动测温的结果进行对比，比较是否存在异常，并将分析结果返回GPU处理器。

所述导航系统模块包括电子地图模块、巡检任务模块、路径规划模块和RFID实时定位模块；

所述电子地图模块用于完成巡检地点电子地图的绘制和巡检任务点的标识；

所述巡检任务模块预先设定巡检任务，包括停靠点及工作任务，以及操作人员临时下放的定点、遥控巡检任务；

所述RFID实时定位模块用于实时的精确定位，其包括RFID标签和RFID阅读器；所述RFID标签用于标识检测点，机器人携带所述RFID阅读器；当机器人携带的RFID阅读器经过标签时，所述RFID阅读器读取RFID标签信息，判断是否是监测点以及所关联的设备，实现监测点的定位和电气设备的定位功能

所述路径规划模块用于规划巡线机器人的最优行走路径，路径规划技术在机器人控制技术领域应用也非常广泛，属于现有的成熟技术。常用的路径规划的算法很多，主要有人工势场法、自由空间法、环境地图法、可视图法、遗传算法、蚁群算法等。

所述机器人运动控制模块包括电机和电机驱动；所述ARM在获取各种信息的基础上发出指令给所述电机驱动，所述电机驱动控制机器人沿着指定线路巡检，包括沿着直线行走控制、转弯控制、停车控制等。

本实施例中，还包括报警模块，所述报警模块与所述ARM处理器进行数据连接，并根据所述ARM的控制指令发出警铃报警。

具体地，GPU处理器与ARM处理器尽量保证高速的数据传输，以提高系统整体的处理性能。ARM处理器还可以用于执行一些其它的系统操作，例如电源管理、日志管理、时隙控制等常规的嵌入式系统管理操作。信息采集模块由可见光摄像机、红外摄像仪、其他传感器组和视频图像编码器构成，可见光摄像机采集可见光视频图像信息，以及当机器人行走时采集路况信息，红外摄像仪采集设备的红外图像信息，视频图像编码器与GPU进行数据连接,将可见光摄像机和红外摄像仪采集到的信息与数据经过压缩编码转换传递给GPU进行下一步的处理、其他传感器组为温度湿度传感器等，采集温度湿度等信息。分析模块由图像处理和结果分析两部分构成，图像处理主要为字符识别，结果分析根据图像处理的结果判断设备是否存在异常，与GPU进行双向数据连接，主要功能为根据采集到的图像信息自动识别设备否是存在异常。通信模块主要由数据收发装置和图像发送装置构成，与ARM处理器进行数据连接，功能为上位机和ARM处理器的双向数据传送。导航系统模块由电子地图、巡检任务、路径规划和RFID实时定位构成，电子地图预先设置巡检地点电子地图和标识巡检任务点，存储的位置为常用的存储设备，例如SDRAM存储器、FLASH存储器等；巡检任务为预先设定的巡检任务，包括停靠点及工作任务，以及操作人员临时下放的定点、遥控巡检任务；RFID技术由RFID阅读器和RFID标签构成，用于实时的精确定位；路径规划规划巡线机器人的最优行走路径，路径规划常用的算法主要有人工势场法、自由空间法、环境地图法、可视图法、遗传算法、蚁群算法等；与ARM处理器进行双向数据连接，为主要功能为实时定位机器人位置并根据巡检任务规划最优路径。机器人运动控制模块与ARM处理器进行数据连接，该模块由电机驱动和电机两部分构成，主要功能为根据ARM处理器发送的控制信号驱动机器人电机，控制机器人沿着制定线路巡检，包括沿着直线行走控制、转弯控制、停车控制等。报警模块与ARM处理器进行数据连接，报警装置为超强蜂鸣器。

本发明的一种变电站巡检机器人的控制系统控制下，巡检机器人执行一次任务的流程为：预先建立电子地图即巡检地点电子地图和标识巡检任务点，以及预设自动巡检任务。机器人首先根据巡检任务和电子地图规划路径；到达巡视地点时，可见光摄像机和红外摄像头工作，可见光摄像机采集可见光视频图像信息，以及当机器人行走时采集路况信息，红外摄像仪采集设备的红外图像信息，视频图像编码器将可见光摄像机和红外摄像仪采集到的信息与数据经过压缩编码转换传递给GPU；GPU实时地对所处环境的视频图像信息以及其他传感器采集到的环境信息进行综合处理，确定是否存在异常，并将处理结果转换成操作信息发送给ARM处理器；ARM处理器将操作信息实时处理成控制信号并发送给相应的模块，若GPU处理结果为设备异常，则GPU发送报警的操作信息，ARM转化成报警模块的控制信号，报警模块随即报警；同时ARM实时上传视频图像信息、机器人位置、机器人状态信息和巡检结果；巡视完该巡检点，判断任务是否完成，若未完成，则前往下一个巡检点，循环以上操作过程，直至巡检结束。

本发明的工作过程是：当巡检任务下达时，首先判断任务类型，即任务是预先设置的自动巡检任务还是工作人员通过控制中心发布的临时巡检任务；若为自动巡检任务，则执行一次自动巡检任务，回到充电位置，等待下一次任务的执行。若为工作人员发布的临时任务，则首先判断当前巡检器人是否正在执行任务，若没有，则执行该临时任务；若机器人正在执行巡检任务，则首先保存当前的位置，重新规划路径，去执行临时任务，最后回到中断前的位置，继续执行未完成的任务，直至任务结束。

本发明的变电站巡检机器人控制系统，借助双核处理器模块作为系统核心加以构建，具备良好的控制性能和扩展性能的，也有助于降低系统成本，有利于推广使用；

本发明实现自主控制能力，巡检机器人能够根据设置的定时任务自动进行巡检，代替巡检人员对变电站内电气设备的部分项目进行巡检，并对图像进行分析和判断，及时发现电力设备存在的问题。同时机器人可以在操作人员的遥控下完成局部作业，自动定位机器人所处的位置并规划路径进行导航；

本发明基于多传感器，具备可靠地实时检测能力，相比于传统的通过机器人搭载的摄像头远程巡视设备故障，该系统能够实现巡检机器人多种传感器同时扫描设备，运用图像处理技术和模式识别技术发现各种类型的早期故障并加以评估。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，包括核心处理器、信息采集模块、通信模块、机器人运动控制模块、分析模块和导航系统模块；

所述核心处理器包括GPU和ARM处理器，所述GPU与ARM处理进行双向数据连接；

所述信息采集模块，其与所述GPU进行数据连接，用于采集机器人巡检的相关信息；

所述通信模块，其与所述ARM处理器进行数据连接，用于发送机器人巡检的相关信息和发送工作人员的相关操作指令信息；

所述机器人运动控制模块，其与所述ARM处理器进行数据连接，用于机器人的行走控制；

所述分析模块，其与所述GPU进行双向数据连接，用于根据采集到的图像信息自动识别设备是否存在异常；

所述导航系统模块，其与所述ARM处理器进行双向数据连接，用于实时定位机器人位置并根据巡检任务规划最优路径。

2.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，所述信息采集模块包括可见光摄像机、红外摄像仪、视频图像编码器和其他传感器组；

所述可见光摄像机用于采集可见光视频图像信息，以及当机器人行走时采集路况信息；

所述红外摄像仪用于采集设备的红外图像信息；

所述视频图像编码器用于将所述可见光摄像机和所述红外摄像仪采集到的信息与数据经过压缩编码转换传递给所述GPU进行下一步的处理；

所述其他传感器组用于采集温度、湿度信息。

3.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，所述通信模块包括数据收发装置和图像发送装置；

所述图像发送装置用于发送所述可见光摄像机采集的可见光视频图像信息和当机器人行走时采集路况信息；以及用于发送所述红外摄像仪采集设备的红外图像信息；

所述数据收发装置用于发送机器人位置、机器人状态信息和巡检结果数据；以及用于发送工作人员的巡检任务下达以及其他操作指令。

4.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，所述分析模块包括图像处理模块和结果分析模块；

所述图像处理模块用于字符识别；

所述结果分析模块用于根据所述图像处理模块的结果判断设备是否存在异常。

5.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，所述导航系统模块包括电子地图模块、巡检任务模块、路径规划模块和RFID实时定位模块；

所述电子地图模块用于完成巡检地点电子地图的绘制和巡检任务点的标识；

所述巡检任务模块预先设定巡检任务，包括停靠点及工作任务，以及操作人员临时下放的定点、遥控巡检任务；

所述RFID实时定位模块用于实时的精确定位，其包括RFID标签和RFID阅读器；所述RFID标签用于标识检测点，机器人携带所述RFID阅读器；当机器人携带的RFID阅读器经过标签时，所述RFID阅读器读取RFID标签信息，判断是否是监测点以及所关联的设备，实现监测点的定位和电气设备的定位功能

所述路径规划模块用于规划巡线机器人的最优行走路径。

6.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，所述机器人运动控制模块包括电机和电机驱动；所述ARM在获取各种信息的基础上发出指令给所述电机驱动，所述电机驱动控制机器人沿着指定线路巡检。

7.如权利要求1～6任一所述的一种变电站巡检机器人的控制系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与所述ARM处理器进行数据连接，并根据所述ARM的控制指令发出警铃报警。