CN108628321A - 一种无人值守变电站室内特情检查机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人值守变电站室内特情检查机器人。包括机器人本体运动系统、现场实情采集系统、远程终端控制系统、开关柜局放自动检测系统；所述机器人本体运动系统由自主移动平台与检测模块组成，通过检测模块与自主移动平台相配合，使得机器人能够规避障碍、自主定位行走到指定位置；所述现场实情采集系统用于对故障信息进行采集；所述远程终端控制系统能够在远方给机器人下达指令并且接收视频照片信息；所述开关柜局放自动检测系统能够让机器人在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。本发明在跳闸后能够对一、二次设备进行拍照、设备特征识别，以代替人工巡视，实现第一时间掌握现场设备信息。
Description
技术领域
本发明属于电力智能监测领域，具体涉及一种无人值守变电站室内特情检查机器人，更具体地说包括跳闸后对设备进行巡检，对设备的关键信息进行上传，如现场一二次设备图像、局放数据。
背景技术
无人值守变电站在强对流、雷雨、台风、冰雹等天气情况下，常出现多个变电站同时有线路开关跳闸情况，需出动运维人员分头进站检查保护动作信号和现场设备情况，可能导致因运维人员无法立即到达现场，延误故障隔离和送电。对于因线路问题跳闸而站内设备无异常的情况，运维人员仍需前往现场，耗费大量时间和精力。
因此，本发明基于上述情况研制了特情监测能手-无人值守变电站多功能机器人，实现为运维人员提供现场第一手情况进行故障预判断，并且对跳闸间隔的一二次设备进行局放检测的功能。判断设备运行状况良好，可替代运维人员到现场检查的流程；判断设备有异常情况，运维人员便可第一时间做好事故处理的准备，提高了供电的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人值守变电站室内特情检查机器人，对跳闸后对一、二次设备进行拍照、设备特征识别，以代替人工巡视，实现第一时间掌握现场设备信息。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无人值守变电站室内特情检查机器人，包括机器人本体运动系统、现场实情采集系统、远程终端控制系统、开关柜局放自动检测系统；所述机器人本体运动系统由自主移动平台与检测模块组成，通过检测模块与自主移动平台相配合，使得机器人能够规避障碍、自主定位行走到指定位置；所述现场实情采集系统用于对故障信息进行采集；所述远程终端控制系统能够在远方给机器人下达指令并且接收视频照片信息；所述开关柜局放自动检测系统能够让机器人在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。
在本发明一实施例中，所述自主移动平台采用两轮差动式运动结构，即包括两侧主动轮及前后辅助轮，保证机器人可实现变电站室内路面的自由移动与转向。
在本发明一实施例中，所述机器人本体运动系统利用快速随机生成树RRT路径规划方法生成机器人的运动路径。
在本发明一实施例中，所述检测模块包括包括设于自主移动平台侧面的四个超声波测距模块，以监视路面状况实现机器人运动过程中的避障、停车。
在本发明一实施例中，所述检测模块包括设于自主移动平台上的激光雷达，通过采用基于激光雷达的SLAM同步定位与制图技术，具体采用gmapping算法，实现机器人对二维环境的感知以及对自身的定位。
在本发明一实施例中，所述现场实情采集系统包括无线监控云台、设于无线监控云台上的摄像头、升降台机构，以实现摄像头360度水平转角与90度垂直转角拍摄，无线监控云台与升降台机构的配合，还能够实现摄像头不同高度的全方位拍摄。
在本发明一实施例中，所述升降台机构采用螺纹传动，24V永磁直流电机作为驱动力源，航空铝一体成型。
在本发明一实施例中，所述无线监控云台采用基于学习的特征识别方法，通过摄像头识别待采集目标特征，在图像中识别目标，并控制无线监控云台，将摄像头对准目标，配合机器人定位导航功能，弥补定位误差，实现待采集目标的精确对准。
在本发明一实施例中，所述远程终端控制系统采用包括FTP，SMTP，RTSP的协议，实现视频的传输，并且使用多任务分配与规划技术，使机器人能够实现包括导航、建图、定位、视频采集、升降台升降的功能。
在本发明一实施例中，所述开关柜局放检测系统包括水平安装在无线监控云台处的执行机构，该执行机构包括采用螺纹传动的伸缩机构、安装于伸缩机构末端的局部放电测试仪，通过伸缩机构的水平直线伸缩运动，在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够对跳闸后对一、二次设备进行拍照、设备特征识别，以代替人工巡视，实现第一时间掌握现场设备信息。
附图说明
图1为机器人本体结构。
图2为SLAM系统结构图。
图3为Gmapping算法框架。
图4为摄像头云台。
图5为局放检测流程图。
图6为局放测试仪工作原理。
具体实施方式
下面结合附图1-6，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种无人值守变电站室内特情检查机器人，包括机器人本体运动系统、现场实情采集系统、远程终端控制系统、开关柜局放自动检测系统；所述机器人本体运动系统由自主移动平台与检测模块组成，通过检测模块与自主移动平台相配合，使得机器人能够规避障碍、自主定位行走到指定位置；所述现场实情采集系统用于对故障信息进行采集；所述远程终端控制系统能够在远方给机器人下达指令并且接收视频照片信息；所述开关柜局放自动检测系统能够让机器人在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。
所述自主移动平台采用两轮差动式运动结构，即包括两侧主动轮及前后辅助轮，保证机器人可实现变电站室内路面的自由移动与转向。所述机器人本体运动系统利用快速随机生成树RRT路径规划方法生成机器人的运动路径。
所述检测模块包括包括设于自主移动平台侧面的四个超声波测距模块，以监视路面状况实现机器人运动过程中的避障、停车。所述检测模块包括设于自主移动平台上的激光雷达，通过采用基于激光雷达的SLAM同步定位与制图技术，具体采用gmapping算法，实现机器人对二维环境的感知以及对自身的定位。
所述现场实情采集系统包括无线监控云台、设于无线监控云台上的摄像头、升降台机构，以实现摄像头360度水平转角与90度垂直转角拍摄，无线监控云台与升降台机构的配合，还能够实现摄像头不同高度的全方位拍摄。所述升降台机构采用螺纹传动，24V永磁直流电机作为驱动力源，航空铝一体成型。所述无线监控云台采用基于学习的特征识别方法，通过摄像头识别待采集目标特征，在图像中识别目标，并控制无线监控云台，将摄像头对准目标，配合机器人定位导航功能，弥补定位误差，实现待采集目标的精确对准。所述远程终端控制系统采用包括FTP，SMTP，RTSP的协议，实现视频的传输，并且使用多任务分配与规划技术，使机器人能够实现包括导航、建图、定位、视频采集、升降台升降的功能。
所述开关柜局放检测系统包括水平安装在无线监控云台处的执行机构，该执行机构包括采用螺纹传动的伸缩机构、安装于伸缩机构末端的局部放电测试仪，通过伸缩机构的水平直线伸缩运动，在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。
以下为本发明的具体实现实例。
首先，本发明无人值守变电站室内特情检查机器人实施例提供一种变电站室内监控系统，应用于一变电站室内，所述变电站室内应是具有一定空间内密闭建筑，室内存在至少一部以上运行中开关柜，所述监控系统包括：一机器人，在所述室内固定位置上，所述机器人至少存在一数据采样设备；自主移动平台，远程控制后台，通过无线网络给所述机器人发送巡检任务；后台存储与分析平台，图像处理技术，将采集到的参数反馈以获得设备当前运行状态。
可选的，所述机器人包括底部自主移动平台，所述自主移动平台可以接受来自后台的巡检指令，可实现机器人前、后、转弯等基本移动功能，根据接收的指令，规划最佳路径，按照所规划的路径到达指定地点，具有对二维环境的感知能力以及自身的准确定位；
可选的，所述机器人还包括中间升降平台，该平台可实现检测装置的上下伸缩，以满足变电设备不同高度、不同区域的巡检需求，所述平台应能实现自主控制和远程遥控控制策略，控制准确度应在2cm以内；
可选的，所述机器人还包括一部局部放电检测仪，该仪器能实现对开关柜的局放检测试，同时还具有数据上传及存储功能；机器人局放执行机构，可将局放放置在指定位置，以满足局放检测距离和位置要求；
可选的，所述机器人还包括一台高清摄像头，可检测到现场环境的高清图，实现自主聚焦；360°全向旋转云台，所述云台可满足高清摄像头拍摄不同角度图像的要求，实现室内全部或部分关键仪表、指示灯、空开以及压板的当前状态信息；
可选的，所述机器人还包括一台下位工控机，用于实现对机器人各部件的控制以及与上级设备的通讯；激光雷达，实现对机器人的同步定位与现场制图；
可选的，所述机器人还应包括开机自检单元，设置在下位工控机中，用于开机时检测电源模块电量及当前电量是否正常，检测自主定位功能，确认开机时机器人所处位置，云台转向检测，确认云台转向是否完好，与各单元通信功能，包括高清摄像头、局放数据采集以及与上位机的通信自检；
可选的，所述机器人还包括图像处理模块，该模块用于对获取的高清摄像头至少一帧图像进行处理，通过以下步骤：机器人获取图像采集、 图像预处理（如二值化、反色等处理方法）得到特征数据、训练过程（分类器涉及和分类决策） 、 识别，获取至少一个仪表显示器、空开或压板的信息，并上传后台数据保存；
可选的，所述监控系统还包括，主站与子站各一台电脑，主站电脑通过局域网远程控制子站电脑，子站电脑通过机器人控制后台连接现场无线局域网，实现对机器人下位机的通信，从而对下位机发送指令以及接受数据。
第二方面，本发明实施例提供一种变电站开关柜跳闸后对设备进行巡检的方法，该变电站至少一条线路发生跳闸，机器人进行路径规划生成，主站人员通过远程子站电脑，给机器人下位工控机发送跳闸开关柜巡检指令，机器人自主规划最佳路径运动到指定地点，采集至少一条以上关键信息，通过无线局域网所述跳闸开关柜关键信息上传至监控后台，主站人员通过后台数据获得所述开关柜的现场信息。
通过以上实施例，主站人员在无需到现场对所述跳闸开关柜进行巡视，就可在第一时间获得跳闸现场的关键信息，判断设备运行正常或不正常，以及现场设备的运行环境，从而解决了传统跳闸巡检后需要从主站分别赶赴跳闸变电站巡视的实时性差、经济成本高、安全系数低的弊端，解决了现有条件下对设备巡检和设备运行环境监控的效率低下、资源浪费的问题。该发明给电力系统运维工作省去了大量工作量，极大减轻了运维人员的工作强度，同时避免了人为的主观错误导致巡检质量不高、漏检、漏查的现象。
本发明无人值守变电站室内特情检查机器人的具体控制方式如下：
步骤A1：远程连接机器人步骤。运行人员打开主站电脑远程连接子站电脑，打开智能巡检机器人后台，连接下位工控机，实现智能巡检机器人与主站的通信。
步骤A2：对智能巡检机器人发送对跳闸后的开关柜巡检指令，工控机利用快速随机生成树RRT(rapidly exploring random tree)路径规划方法可生成机器人的最佳运动路径，开始巡检设备；
步骤A3：机器人移动到指定巡检地点，利用高清摄像对目标进行识别，采用基于学习的特征识别方法，通过摄像头识别待采集目标特征，在图像中识别目标，并控制云台，将摄像头对准目标。该方法可配合机器人定位导航功能，弥补定位误差，实现待采集目标的精确对准，可达到识别率98%以上。
步骤A4:对高清摄像头采集到的图片进行图像识别，利用中值滤波器对图像进行预处理，然后利用Otsu阈值分割算法按图像的灰度特性,将图像分成背景和目标两部分。背景和目标之间的类间方差越大,说明构成图像的目标部分的差别越大,当部分目标错分为背景或部分背景错分为目标都会导致目标部分差别变小。因此,使类间方差最大的分割意味着错分概率最小，从而区分出目标图像的关键信息，将他保存并展示在后台显示上以供电力运行人员查看，同时也图像信息显示在后台供电力运行人员确认结果的正确性。
步骤A5：机器人局放执行机构将局放放置在指定位置，对开关柜个位置进行局放实验，包括对开关柜进行地电波检测、超声波检测，将检测数据回传至数据后台，与原先设置的报警阈值进行对比，超过阈值则会在后台报警，提示电力运行人员到校场进行处置。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，包括机器人本体运动系统、现场实情采集系统、远程终端控制系统、开关柜局放自动检测系统；所述机器人本体运动系统由自主移动平台与检测模块组成，通过检测模块与自主移动平台相配合，使得机器人能够规避障碍、自主定位行走到指定位置；所述现场实情采集系统用于对故障信息进行采集；所述远程终端控制系统能够在远方给机器人下达指令并且接收视频照片信息；所述开关柜局放自动检测系统能够让机器人在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。
2.根据权利要求1所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述自主移动平台采用两轮差动式运动结构，即包括两侧主动轮及前后辅助轮，保证机器人可实现变电站室内路面的自由移动与转向。
3.根据权利要求2所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述机器人本体运动系统利用快速随机生成树RRT路径规划方法生成机器人的运动路径。
4.根据权利要求1所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述检测模块包括包括设于自主移动平台侧面的四个超声波测距模块，以监视路面状况实现机器人运动过程中的避障、停车。
5.根据权利要求1所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述检测模块包括设于自主移动平台上的激光雷达，通过采用基于激光雷达的SLAM同步定位与制图技术，具体采用gmapping算法，实现机器人对二维环境的感知以及对自身的定位。
6.根据权利要求1所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述现场实情采集系统包括无线监控云台、设于无线监控云台上的摄像头、升降台机构，以实现摄像头360度水平转角与90度垂直转角拍摄，无线监控云台与升降台机构的配合，还能够实现摄像头不同高度的全方位拍摄。
7.根据权利要求6所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述升降台机构采用螺纹传动，24V永磁直流电机作为驱动力源，航空铝一体成型。
8.根据权利要求6所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述无线监控云台采用基于学习的特征识别方法，通过摄像头识别待采集目标特征，在图像中识别目标，并控制无线监控云台，将摄像头对准目标，配合机器人定位导航功能，弥补定位误差，实现待采集目标的精确对准。
9.根据权利要求1所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述远程终端控制系统采用包括FTP，SMTP，RTSP的协议，实现视频的传输，并且使用多任务分配与规划技术，使机器人能够实现包括导航、建图、定位、视频采集、升降台升降的功能。
10.根据权利要求1所述的一种无人值守变电站室内特情检查机器人，其特征在于，所述开关柜局放检测系统包括水平安装在无线监控云台处的执行机构，该执行机构包括采用螺纹传动的伸缩机构、安装于伸缩机构末端的局部放电测试仪，通过伸缩机构的水平直线伸缩运动，在故障跳闸后对开关柜进行检测，判断开关柜的绝缘情况。
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