CN112258682B - 一种变电站机器人巡检系统及其巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站机器人巡检系统及其巡检方法。变电站机器人巡检系统包括基于5G通信技术建立网络连接的后台控制服务器和巡检机器人，通过第五代通信技术的使用，解决了机器人和后台服务器间通信速率和稳定性问题，可以充分发挥后台服务器的性能，达到图片实时解析处理的效果。巡检方法包含任务调度、路径规划、机器人自主导航、云台相机控制、图片文件实时回传及实时识别技术，可以实现机器人在自动巡检过程中连续巡检，减少停靠次数，在相同电池容量下，提升巡检效率和巡检范围，同时高性能工控机的加持下，识别时间短、准确性高、识别范围广，充分发挥了机器人的智能化，提高了巡检效率，提升了用户的使用体验。

Description

一种变电站机器人巡检系统及其巡检方法

技术领域

本发明涉及电力巡检机器人自动控制技术领域，具体涉及一种变电站机器人巡检系统及其巡检方法。

背景技术

在电网、轨交等行业，传统电网运维需要大量人力对电力设备进行巡检。随着社会经济的发展和科学技术的进步，人工智能在工业领域开始广泛应用，电力巡检机器人也随之应运而生。但是在具体的应用中，现有的巡检方法是电力巡检机器人行走到某一巡检点后停止，定点拍摄一张图片进行图像识别，该方式导致巡检时间往往很长，效率相对低下，无法充分发挥机器人巡检的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变电站机器人巡检系统及其巡检方法，该巡检系统及其巡检方法针对现有的巡检机器人在自动巡检过程中需要频繁停靠的弊端，实现了机器人在自动巡检过程中的连续巡检，减少了停靠次数，在相同电池容量下，大大提升了巡检效率和巡检范围。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种变电站机器人巡检系统，包括巡检机器人、后台控制中心服务器和外部5G通信模块；所述巡检机器人包括不限于自主导航模块、运动控制模块、路径规划模块、内部5G通信模块、文件传输模块、云台和搭载在云台上的可见光相机或红外相机；所述后台控制中心服务器包括站控模块、任务调度模块和数据处理识别模块；所述站控模块，用于机器人巡检任务的控制和巡检结果的展示；所述任务调度模块，用于巡检任务的调度下发；所述数据处理识别模块，用于接收回传图片或文件、对图片或文件进行识别处理及巡检结果的生成；所述外部5G通信模块分别与内部5G通信模块、后台控制中心服务器交互式连接。

后台控制中心服务器为高性能服务器，可以满足大量图像数据的实时处理，提高识别的效率和准确性。巡检机器人，可以独立实现路径规划、自主导航、云台相机等外设控制、文件回传、状态及告警反馈等。外部5G通信模块为设置在巡检机器人外侧的5G通信设备，与后台控制中心服务器相连。内部5G通信模块搭载于巡检机器人内部。外部5G通信模块和内部5G通信模块可以实现高速稳定的5G通信，实现后台控制中心服务器与巡检机器人的通信。

本发明还涉及一种上述变电站机器人巡检系统的巡检方法，该方法包括以下步骤：

(1)后台控制中心服务器检测到有巡检任务需要执行，向巡检机器人下发开始巡检任务指令。

(2)巡检机器人接收到后台控制中心服务器下发的任务开始指令，依照任务中被检测设备，按照指定路径前往目标巡检点。

(3)巡检机器人在到达目标巡检点附近拍摄被检测设备的图片，并回传到后台控制中心服务器。

(4)后台控制中心服务器对收到的被检测设备的图片进行实时识别解析，并生成被检测设备的检测结果。

(5)所有被检测设备巡检完成，后台控制中心服务器生成整个巡检任务的巡检报告。

进一步的，步骤(1)中所述的“后台控制中心服务器检测到有巡检任务需要执行，向巡检机器人下发开始巡检任务指令；”，其具体包括以下步骤：

后台控制中心服务器的任务调度模块检测到有巡检任务需要执行时，会判断当前巡检机器人是否满足执行任务条件，若满足，则向当前巡检机器人下发开始执行任务指令，若不满足，则放弃下发执行任务指令；后台控制中心服务器向巡检机器人下发的开始执行巡检任务命令包含该任务中所有被巡检设备；后台控制中心服务器的任务调度模块检测巡检任务时，支持用户通过站控模块临时下发巡检任务，同时支持自主检测用户预设时间点的巡检任务，此类任务由用户通过后台控制中心服务器中的站控模块创建；后台控制中心服务器还可以对正在巡检的任务进行管理控制，即通知机器人暂停正在巡检的任务，继续以前暂停的巡检任务，放弃正在巡检的任务。

进一步的，步骤(2)中所述的“巡检机器人接收到后台控制中心服务器下发的任务开始指令，依照任务中被检测设备的数据信息，按照指定路径前往目标巡检点；”，其具体包括以下步骤：

开始前往目标巡检点前，巡检机器人会依照巡检任务中被检测设备所在的路径点选取最优路径；巡检机器人按照最优路径中排序的巡检点，按照预设的巡检路径依次前往各目标巡检点，巡检机器人在行进过程中，按照每条路径预设的巡检速度调整移动速度；每个被检测设备关联两个巡检点，即每个被检测设备需要预设两个巡检点，即巡检点1和巡检点2，且两个巡检点处于同一直线路径上；巡检点1和巡检点2为实施时设置。

其中，被检测设备的数据信息(即被检测设备、被检测设备所在路径点、巡检路线等数据)，需要在前期准备调试工作中通过以下步骤进行获取：控制巡检机器人对所在巡检区域进行扫图；标注机器人巡检的路径点和路线；预设机器人在自动巡检时每条巡检路线的巡检速度等信息；在某个巡检点设置云台调整位姿的距离阈值，同时对被检测设备进行标注建模，预设云台位姿及相机变倍等信息。

进一步的，步骤(3)所述的“巡检机器人在到达目标巡检点附近拍摄被检测设备的图片，并回传到后台控制中心服务器；”，其具体包括以下步骤：

(31)巡检机器人在距离某被检测设备的巡检点1预设的阈值范围内，依照巡检点1中预设值调整云台位姿和搭载的相机变倍，使相机指向被检测设备；巡检机器人和巡检点1的距离在阈值范围内时，调整云台位姿及相机变倍变焦，使云台及相机指向被检测设备；巡检机器人在通过巡检点1至巡检点2之间的路径时，云台的位姿按照巡检点1预设位置指向固定方位；通过这两个巡检点，实时调整云台位姿。

(32)云台和相机调整到位后，巡检机器人在巡检点1至巡检点2移动过程中，同时对被检测设备进行连续拍照获取高清图片、红外图片或相关文件，获取图片或文件后按照指定格式进行命名并存储。

(33)机器人将获得的图片或文件回传至后台控制中心服务器。

机器人在距离巡检点1阈值范围内提前调整云台位姿及相机变倍变焦，指向被检测设备；在通过巡检点1至巡检点2之间的路径时，云台的位姿按照巡检点1预设位置指向固定方位；通过这两个巡检点，实时调整云台位姿，提高被检测设备拍摄的准确度。若云台位姿要指向固定方位，则在通过巡检点1和巡检点2之间的路径时直接拍照。若云台位姿要实时调整，则需要通过计算获取巡检机器人实时的云台角度，实时调整云台，并同步进行拍照。

如果某一段路径有两个以上被检测设备，则巡检机器人会在该路径使用较慢的巡检速度，保证云台可以拍摄到被检测设备。云台中搭载的相机为可见光相机或红外热像仪，支持自动聚焦，也支持手动聚焦，可以按照配置进行调整。搭载的相机可以随云台进行航线和俯仰两个维度进行任意调整。

进一步的，步骤(4)中所述的“后台控制中心服务器对收到的被检测设备的图片进行实时识别解析，并生成被检测设备的检测结果；”，其具体包括以下步骤：

(41)后台控制中心服务器对回传的图片或文件进行合法性验证。

(42)后台控制中心服务器对验证合法的图片或文件进行识别解析，生成对应被检测设备的巡检结果。

后台控制中心服务器支持可见光视觉识别、支持红外温度识别、噪音识别、录音录像多种巡检类型。可见光识别支持表计、开关状态、旋钮、指示灯、颜色、异物、火灾、锈蚀等多种识别类型。若对同一个被检测设备有多张图片，获取了多次巡检结果，则后台控制中心会对巡检结果进行仲裁，选取最优的巡检结果。若巡检结果有失败和成功，则优先选取识别成功的结果作为巡检结果。若巡检结果多次成功，对于开关等识别结果为状态的设备，则选取识别成功的结果中相同结果较多的作为最终识别结果。对于表计等识别结果为数字的设备，若有多个识别成功的结果，则取与平均数最接近的结果，对于三个以上识别结果，若其中一个识别结果与其他识别结果对比超过设置的阈值，则视为错误数据舍弃，并对其图片存储以供任务结束后人为审核。对外观检测等需要识别锈蚀、异物等类型的设备，则优先选择存在锈蚀、异物等识别结果作为巡检结果。若全部为识别失败，则该巡检设备的巡检结果为识别失败。后台控制中心服务器除可以通知机器人开始巡检任务外，还可以在任务过程通知机器人暂停巡检任务，继续巡检任务和放弃巡检任务。

进一步的，所述的“实时调整云台位姿”，其具体包括以下步骤：

巡检机器人云台指向被检测设备可以拆分成水平偏移角度和垂直俯仰角度。

计算水平偏移角度时，设EF为巡检机器人行进路线，M为被检测设备，C为被检测设备在水平面的垂点，被检设备在巡检机器人左侧；已知巡检点1坐标为(x₁,y₁)，记做A，巡检点2坐标为(x₂,y₂)，记做B，巡检机器人在AB间任意一点坐标为(x,y)，记做D，这三点的坐标均为已知量，从导航模块获取；从巡检机器人获取云台在A点的水平偏移角度∠CAB及在B点时的水平偏移角度∠CBF。

依照正弦定理，可知：

AC/sin(180-∠CBF)＝AB/sin(∠CBF-∠CAB) (1)

AC/sin(180-∠CDB)＝AD/sin(∠CDB-∠CAB) (2)

其中，x₁、y₁、x₂、y₂、∠CBF、∠CAB为已知；

由公式(1)-(4)可以得出：

AC＝(AB*sin∠CBF)/sin(∠CBF-∠CAB) (5)

tan∠CDB＝(AC*sin∠CAB)/(cos∠CAB*AC-AD) (6)

由公式(5)-(6)可以得出：

tan∠CDB＝(AB*sin∠CBF*sin∠CAB)/[AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)] (7)

公式(7)要满足：AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)！＝0，∠CDB的取值范围0-180；当AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)＝0时，∠CDB＝90°；∠CDB为机器人在D点时云台的水平偏移角，记做α；同理适用于被检测设备在巡检机器人右侧。

计算垂直俯仰角度时，AB、∠CAB、∠CBA、∠ACB已知，依照正弦定理可以求出AC和BC的长度；∠MAC为机器人在A点时云台的俯仰角，∠MBC为机器人在B点时云台的俯仰角，通过云台直接得出；

由∠MCA等于∠MCB等于∠MCD等于90度，采用式(8)求得MC的长度；

MC＝tan∠MAC*AC

＝[tan∠MAC*(AB*sin∠CBF)]/sin(∠CBF-∠CAB)； (8)

此时BC、∠CBF、∠CDB、MC已知，采用式(9)和式(10)求得∠MDC，

依照正弦定理可得：

DC＝(DB*sin∠CBF)/sin(∠CBF-∠CDB) (10)

tan∠MDC＝[tan∠MAC*AB*sin(∠CBF-∠CDB)]/[DB*sin(∠CBF-∠CAB)]；(11)

∠MDC为机器人在D点时云台的俯仰角，记做β；结合实际应用，巡检机器人云台只会向上抬升，β取值范围在0-90°。巡检机器人在选取两个巡检点时车体要求保持水平，在两个巡检点之间运动时遇到斜坡，车体发生了俯仰，通过陀螺仪获取巡检机器人车体俯仰角度β₁，进行补偿，此时巡检机器人在D点时，云台的水平角度为α，俯仰角度为β+β₁，随着巡检机器人移动，实时调整。

由以上技术方案可知，本发明所述的变电站机器人巡检系统包括基于5G通信技术建立网络连接的后台控制服务器和巡检机器人，通过第五代通信技术的使用，解决了机器人和后台服务器间通信速率和稳定性问题，可以充分发挥后台服务器的性能，达到图片实时解析处理的效果。本发明所述的巡检方法包含任务调度、路径规划、机器人自主导航、云台相机控制、图片文件实时回传及实时识别技术，针对现有巡检机器人在自动巡检过程中需要频繁停靠的弊端，可以实现机器人在自动巡检过程中连续巡检，减少停靠次数，在相同电池容量下，大大提升了巡检的效率和巡检的范围，同时高性能工控机的加持下，识别时间短、准确性高、识别范围广，充分发挥了机器人的智能化，提高了巡检效率，提升了用户的使用体验。

附图说明

图1是本发明中巡检系统的原理框图；

图2是本发明中巡检方法的方法流程图；

图3是本发明中巡检方法的任务管理控制示意图；

图4是云台偏移角度的计算原理图。

其中：

100、后台控制中心服务器，101、站控模块，102、任务调度模块，103、数据处理识别模块，200、巡检机器人，201、自主导航模块，202、运动控制模块，203、路径规划模块，204、内部5G通信模块，205、文件传输模块，206、云台和搭载在云台上的可见光相机或红外相机，300、外部5G通信模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种变电站机器人巡检系统，包括巡检机器人200、后台控制中心服务器100和外部5G通信模块300。

所述巡检机器人200包括不限于自主导航模块201、运动控制模块202、路径规划模块203、内部5G通信模块204、文件传输模块205、云台和搭载在云台上的可见光相机或红外相机206。自主导航模块201为slam导航模块，负责自主导航；运动控制模块202，负责机器人底层运动控制；路径规划模块203，负责按照被巡检设备进行路径规划；内部5G通信模块，负责物理层通信；文件传输模块205，负责文件传输；云台和搭载在云台上的可见光相机或红外相机206，负责云台控制和拍照。路径规划模块203规划路径后调用自主导航模块201进行导航；自主导航模块201通过搭载的激光雷达，调用运动控制模块202实现自主导航；文件传输模块205模块功能实现依赖内部5G通信模块204。

所述后台控制中心服务器100包括站控模块101、任务调度模块102和数据处理识别模块103。所述站控模块101，用于机器人巡检任务的控制和巡检结果的展示。所述任务调度模块102，用于巡检任务的调度下发。所述数据处理识别模块103，用于接收回传图片或文件、对图片或文件进行识别处理及巡检结果的生成。

所述外部5G通信模块300分别与内部5G通信模块204、后台控制中心服务器100交互式连接。

后台控制中心服务器100为高性能服务器，可以满足大量图像数据的实时处理，提高识别的效率和准确性。后台控制中心服务器100与5G通信服务器通过千兆交换机连接，5G通信服务器(即外部5G通信模块)和机器人搭载的5G通信模块(内部5G通信模块)连接，从而实现后台控制中心服务器与巡检机器人网络通信。巡检机器人为变电站轮式巡检机器人，可以独立实现路径规划、自主导航、云台相机等外设控制、文件回传、状态及告警反馈等。外部5G通信模块为设置在巡检机器人外侧的5G通信设备，与后台控制中心服务器相连。内部5G通信模块搭载于巡检机器人内部。外部5G通信模块和内部5G通信模块可以实现高速稳定的5G通信，实现后台控制中心服务器与巡检机器人的通信。

如图2所示，本发明还涉及一种上述变电站机器人巡检系统的巡检方法，该方法利用5G通信技术实现变电站巡检机器人对被检测设备不停靠连续巡检，该方法包括以下步骤：

S1、后台控制中心服务器检测到有巡检任务需要执行，向巡检机器人下发开始巡检任务指令。

后台控制中心服务器存储着巡检机器人自动巡检相关的数据，包含：用户预先配置的连续巡检任务及其相关的被检测设备、需要被巡检的设备预先设定巡检点，有现场实施人员提前通过实施工具进行配置。后台服务控制系统具备任务调度模块，可以实时检测用户预设定时间的连续巡检任务，或者接收站控下发的连续巡检任务。当后台服务控制系统任务调度模块判断到机器人具备执行任务条件，且需要执行自动连续巡检任务时通过Gsoap接口通知机器人开始执行任务，并将任务相关的被检测设备及其对应的巡检点信息传输给机器人。

后台控制中心服务器的任务调度模块检测到有巡检任务需要执行时，会判断当前巡检机器人是否满足执行任务条件，若满足，则向当前巡检机器人下发开始执行任务指令，若不满足，则放弃下发执行任务指令；后台控制中心服务器向巡检机器人下发的开始执行巡检任务命令包含该任务中所有被巡检设备；后台控制中心服务器的任务调度模块检测巡检任务时，支持用户通过站控模块临时下发巡检任务，同时支持自主检测用户预设时间点的巡检任务，此类任务由用户通过后台控制中心服务器中的站控模块创建。

如图3所示，后台控制中心服务器可以对任务状态进行管理控制，通知机器人对连续巡检任务进行开始、暂停、继续、放弃操作。巡检机器人在未执行连续巡检任务时，后台控制中心服务器可以通知巡检机器人开始执行任务。巡检机器人在执行任务过程中，后台控制中心服务器可以通知巡检机器人暂停执行任务。机器人暂停任务过程中，后台控制中心服务器可以通知机器人继续执行之前暂停的连续巡检任务。机器人在执行任务过程中，后台控制中心服务器可以通知机器人放弃执行当前任务并以已巡检进度生成巡检报告。

S2、巡检机器人接收到后台控制中心服务器下发的任务开始指令，依照任务中被检测设备，按照指定路径前往目标巡检点。

开始前往目标巡检点前，巡检机器人会依照巡检任务中被检测设备所在的路径点选取最优路径；巡检机器人按照最优路径中排序的巡检点，按照预设的巡检路径依次前往各目标巡检点，巡检机器人在行进过程中，按照每条路径预设的巡检速度调整移动速度；每个被检测设备关联两个巡检点，即每个被检测设备需要预设两个巡检点，即巡检点1和巡检点2，且两个巡检点处于同一直线路径上；巡检点1和巡检点2为实施时设置。

其中，被检测设备的数据信息(即被检测设备、被检测设备所在路径点、巡检路线等数据)，需要在前期准备调试工作中通过以下步骤进行获取：控制巡检机器人对所在巡检区域进行扫图；标注机器人巡检的路径点和路线；预设机器人在自动巡检时每条巡检路线的巡检速度等信息；在某个巡检点设置云台调整位姿的距离阈值，同时对被检测设备进行标注建模，预设云台位姿及相机变倍等信息。

在前期的项目实施过程中，实施人员会使用相关配置工具进行地图扫描，路径点和路径标注，被检测设备标注，云台方位标注，云台相机方位标注，巡检点检测距离阈值设定等工作，将相关信息保存至xml文件中，通过后台控制中心服务器站控模块导入巡检机器人中，最终存入巡检机器人内部数据库中。巡检机器人在接收到后台控制中心服务器开始执行任务命令后，路径规划模块依照后台控制中心服务器下发的被检测设备及其对应的巡检点，从数据库检索对应的路径，以机器人当前坐标为起点，使用Dijkstra算法进行最优路径规划，对被检测设备进行排序。在获取最优路径后，机器人自主导航模块开始依靠搭载的3D激光雷达进行自主导航，按照预设的巡检路线，前往最近的被检测设备。在行进过程中，巡检机器人在每条巡检路线中，会按照预设的速度值改变实际行进速度。

S3、巡检机器人在到达目标巡检点附近拍摄被检测设备的图片，并回传到后台控制中心服务器。巡检机器人在到达距离被检测设备关联的巡检点预设的阈值范围内时，开始按照数据库中获取预设的云台位姿进行调整，同时调整可见光相机到指定变倍，可以使可见光相机拍摄到被检物清晰的图片。巡检机器人在行进过程中，控制可将光相机按照固定频率连续拍摄，生成按照指定命名规则的jpg格式图片存储并回传给后台控制中心服务器。指定格式名称包含任务ID、任务开始时间、识别时间，识别设备。为获取清晰的图片，巡检机器人搭载的可见光相机分辨率不低于1920*1080P，且支持30倍变倍和自动变焦。如果某一段路径有两个以上被检测设备，则巡检机器人会在该路径使用较慢的巡检速度，保证云台可以拍摄到被检测设备。云台中搭载的相机为可见光相机或红外热像仪，支持自动聚焦，也支持手动聚焦，可以按照配置进行调整。搭载的相机可以随云台进行航线和俯仰两个维度进行任意调整。

S31、巡检机器人在距离某被检测设备的巡检点1预设的阈值范围内，依照巡检点1中预设值调整云台位姿和搭载的相机变倍，使相机指向被检测设备；巡检机器人和巡检点1的距离在阈值范围内时，调整云台位姿及相机变倍变焦，使云台及相机指向被检测设备；巡检机器人在通过巡检点1至巡检点2之间的路径时，云台的位姿按照巡检点1预设位置指向固定方位；通过这两个巡检点，实时调整云台位姿。

若云台位姿要实时调整，则需要通过计算获取巡检机器人实时的云台角度，实时调整云台，并同步进行拍照。巡检机器人云台指向被检测设备可以拆分成水平偏移角度和垂直俯仰角度。

如图4所示，计算水平偏移角度时，设EF为巡检机器人行进路线，M为被检测设备，C为被检测设备在水平面的垂点，被检设备在巡检机器人左侧。已知巡检点1的坐标为(x₁,y₁)，记做A，巡检点2的坐标为(x₂,y₂)，记做B，巡检机器人在AB间任意一点的坐标为(x,y)，记做D，这三点的坐标均为已知量，可以从导航模块获取。此时可以从巡检机器人获取云台在A点的水平偏移角度∠CAB及在B点时的水平偏移角度∠CBF。依照正弦定理，可知：

AC/sin(180-∠CBF)＝AB/sin(∠CBF-∠CAB) (1)

AC/sin(180-∠CDB)＝AD/sin(∠CDB-∠CAB) (2)

其中，x₁、y₁、x₂、y₂、∠CBF、∠CAB已知。

由公式(1)-(4)可知，

AC＝(AB*sin∠CBF)/sin(∠CBF-∠CAB) (5)

tan∠CDB＝(AC*sin∠CAB)/(cos∠CAB*AC-AD) (6)

最终得出：

tan∠CDB＝(AB*sin∠CBF*sin∠CAB)/[AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)] (7)

公式(7)要满足AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)！＝0，取值范围0-180；当AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)＝0时，∠CDB＝90°。∠CDB为机器人在D点时云台的水平偏移角，记做α；同理适用于被检测设备在巡检机器人右侧。

计算垂直俯仰角度时，AB、∠CAB、∠CBA、∠ACB已知，依照正弦定理可以求出AC和BC的长度。

∠MAC为机器人在A点时云台的俯仰角，∠MBC为机器人在B点时云台的俯仰角，可以通过云台直接得出。

∠MCA等于∠MCB等于∠MCD等于90度，采用式(8)求出MC的长度；

MC＝tan∠MAC*AC

＝[tan∠MAC*(AB*sin∠CBF)]/sin(∠CBF-∠CAB)； (8)

此时，BC、∠CBF、∠CDB、MC已知，采用式(9)和式(10)求得∠MDC。

依照正弦定理可得：

DC＝(DB*sin∠CBF)/sin(∠CBF-∠CDB) (10)

tan∠MDC＝[tan∠MAC*AB*sin(∠CBF-∠CDB)]/[DB*sin(∠CBF-∠CAB)]；(11)

∠MDC为机器人在D点时云台的俯仰角，记做β。结合实际应用，巡检机器人云台只会向上抬升，β取值范围在0-90°。

巡检机器人在选取两个巡检点时车体要求保持水平，在两个巡检点之间运动时遇到斜坡，车体发生了俯仰，可以通过陀螺仪获取巡检机器人车体俯仰角度β₁，进行补偿。此时巡检机器人在D点时，云台的水平角度为α，俯仰角度为β+β₁，随着巡检机器人移动，实时调整。

S32、云台和相机调整到位后，巡检机器人在巡检点1至巡检点2移动过程中，同时对被检测设备进行连续拍照获取高清图片或相关文件，获取图片或文件后按照指定格式进行命名并存储。

S33、机器人将获得的图片或文件回传至后台控制中心服务器。

S4、后台控制中心服务器对收到的被检测设备的图片进行实时识别解析，并生成被检测设备的检测结果。具体地说，后台控制中心服务器先对回传的图片或文件进行合法性验证，再对验证合法的图片或文件进行识别解析，生成对应被检测设备的巡检结果。

后台控制中心服务器支持可见光视觉识别、支持红外温度识别、噪音识别、录音录像多种巡检类型。可见光识别支持表计、开关状态、旋钮、指示灯、颜色、异物、火灾、锈蚀等多种识别类型。若对同一个被检测设备有多张图片，获取了多次巡检结果，则后台控制中心会对巡检结果进行仲裁，选取最优的巡检结果。若巡检结果有失败和成功，则优先选取识别成功的结果作为巡检结果。若巡检结果多次成功，对于开关等识别结果为状态的设备，则选取识别成功的结果中相同结果较多的作为最终识别结果。对于表计等识别结果为数字的设备，若有多个识别成功的结果，则取与平均数最接近的结果，对于三个以上识别结果，若其中一个识别结果与其他识别结果对比超过设置的阈值，则视为错误数据舍弃，并对其图片存储以供任务结束后人为审核。对外观检测等需要识别锈蚀、异物等类型的设备，则优先选择存在锈蚀、异物等识别结果作为巡检结果。若全部为识别失败，则该巡检设备的巡检结果为识别失败。巡检结果中包识别的数值或状态、单位、可见光图片的路径、识别是否成功，是否告警等。对于识别成功的设备，还会与预设的阈值进行比较，如果符合告警条件，则产生告警信息。告警可以支持预警、一般、严重、危机四级告警，阈值支持大于、等于、小于、不等于、介于之间等多种判断条件。后台控制中心服务器除可以通知机器人开始巡检任务外，还可以在任务过程通知机器人暂停巡检任务，继续巡检任务和放弃巡检任务。

后台控制中心服务器在任务开始后实时接收机器人回传的jpg图片，按照命名规则及图片中携带的任务ID、任务开始时间、识别时间，识别设备校验文件合法性。对校验合法的可见光图片，后台控制中心服务器进行视觉识别，获取所需的识别信息，然后将识别结果写入数据库。后台控制中心服务器支持对表计、开关状态、指示灯、外观污渍、外观溢水、外观异物等进行视觉识别，例如可以获取电压表的电压读数、开关的分合状态或设备是否存在污渍等。

S5、所有被检测设备巡检完成，后台控制中心服务器生成整个巡检任务的巡检报告。

本发明通过5G通信技术进行图像传输和指令交互，替换了传统的AP-CPE模式，极大地了降低延迟，提高了带宽，使得大数据量并发传输得以实现，提高了系统实时性和稳定性；同时解决了在大型变电站需要搭建多个AP以解决无线覆盖范围的问题，降低了网络部署施工量和难度。本发明通过专门搭载5G通信模块，可以实现海量数据的可靠高效、低延时传输。通过让巡检机器人在巡检运动过程中提前调整机器人云台相机位姿，连续拍摄被检测物并及时回传文件，实现了机器人巡检尽可能少停靠的目的，显著缩短了机器人巡检的时间，提高了效率，同时在相同电池寿命下，扩大了机器人的运行时间及巡检范围，极大地提升了变电站巡检机器人的实用性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种变电站机器人巡检系统，其特征在于：包括巡检机器人、后台控制中心服务器和外部5G通信模块；所述巡检机器人包括自主导航模块、运动控制模块、路径规划模块、内部5G通信模块、文件传输模块、云台和搭载在云台上的可见光相机或红外相机；所述后台控制中心服务器包括站控模块、任务调度模块和数据处理识别模块；所述站控模块，用于机器人巡检任务的控制和巡检结果的展示；所述任务调度模块，用于巡检任务的调度下发；所述数据处理识别模块，用于接收回传图片或文件、对图片或文件进行识别处理及巡检结果的生成；所述外部5G通信模块分别与内部5G通信模块、后台控制中心服务器交互式连接；

该巡检机器人的巡检方法包括以下步骤：

(1)后台控制中心服务器检测到有巡检任务需要执行，向巡检机器人下发开始巡检任务指令；

(2)巡检机器人接收到后台控制中心服务器下发的任务开始指令，依照任务中被检测设备，按照指定路径前往目标巡检点；

(3)巡检机器人在到达目标巡检点附近拍摄被检测设备的图片，并回传到后台控制中心服务器；

(4)后台控制中心服务器对收到的被检测设备的图片进行实时识别解析，并生成被检测设备的检测结果；

(5)所有被检测设备巡检完成，后台控制中心服务器生成整个巡检任务的巡检报告；

步骤(3)所述的“巡检机器人在到达目标巡检点附近拍摄被检测设备的图片，并回传到后台控制中心服务器；”，其具体包括以下步骤：

(31)巡检机器人在距离某被检测设备的巡检点1预设的阈值范围内，依照巡检点1中预设值调整云台位姿和搭载的相机变倍，使相机指向被检测设备；巡检机器人和巡检点1的距离在阈值范围内时，调整云台位姿及相机变倍变焦，使云台及相机指向被检测设备；

(32)云台和相机调整到位后，巡检机器人从巡检点1向巡检点2移动，移动过程中实时调整云台位姿，同时对被检测设备进行连续拍照获取高清图片、红外图片或相关文件，获取图片或文件后按照指定格式进行命名并存储；

(33)机器人将获得的图片或文件回传至后台控制中心服务器；

所述的“实时调整云台位姿”，其具体包括以下步骤：

巡检机器人云台指向被检测设备可以拆分成水平偏移角度和垂直俯仰角度；

计算水平偏移角度时，设EF为巡检机器人行进路线，M为被检设备，C为被检测设备在水平面的垂点，被检测设备在巡检机器人左侧；已知巡检点1坐标为(x₁,y₁)，记做A，巡检点2坐标为(x₂,y₂)，记做B，巡检机器人在AB间任意一点坐标为(x,y)，记做D，这三点的坐标均为已知量，从导航模块获取；从巡检机器人获取云台在A点的水平偏移角度∠CAB及在B点时的水平偏移角度∠CBF；

依照正弦定理，可知：

AC/sin(180-∠CBF)＝AB/sin(∠CBF-∠CAB) (1)

AC/sin(180-∠CDB)＝AD/sin(∠CDB-∠CAB) (2)

其中，x₁、y₁、x₂、y₂、∠CBF、∠CAB为已知；

由公式(1)-(4)可以得出：

AC＝(AB*sin∠CBF)/sin(∠CBF-∠CAB) (5)

tan∠CDB＝(AC*sin∠CAB)/(cos∠CAB*AC-AD) (6)

由公式(5)-(6)可以得出：

tan∠CDB＝(AB*sin∠CBF*sin∠CAB)/[AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)] (7)

公式(7)要满足：AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)！＝0，∠CDB的取值范围0-180；当AB*sin∠CBF*cos∠CAB-AD*sin(∠CBF-∠CAB)＝0时，∠CDB＝90°；∠CDB为机器人在D点时云台的水平偏移角，记做α；同理适用于被检测设备在巡检机器人右侧；

计算垂直俯仰角度时，AB、∠CAB、∠CBA、∠ACB已知，依照正弦定理求出AC和BC的长度；∠MAC为机器人在A点时云台的俯仰角，∠MBC为机器人在B点时云台的俯仰角，通过云台直接得出；

∠MCA等于∠MCB等于∠MCD等于90度，采用式(8)求得MC的长度；

MC＝tan∠MAC*AC

＝[tan∠MAC*(AB*sin∠CBF)]/sin(∠CBF-∠CAB)； (8)

此时，BC、∠CBF、∠CDB、MC已知，采用式(9)和式(10)求得∠MDC，

依照正弦定理可得：

DC＝(DB*sin∠CBF)/sin(∠CBF-∠CDB) (10)

tan∠MDC＝[tan∠MAC*AB*sin(∠CBF-∠CDB)]/[DB*sin(∠CBF-∠CAB)]； (11)

∠MDC为机器人在D点时云台的俯仰角，记做β；结合实际应用，巡检机器人云台只会向上抬升，β取值范围在0-90°；巡检机器人在选取两个巡检点时车体要求保持水平，在两个巡检点之间运动时遇到斜坡，车体发生了俯仰，通过陀螺仪获取巡检机器人车体俯仰角度β₁，进行补偿，此时巡检机器人在D点时，云台的水平角度为α，俯仰角度为β+β₁，随着巡检机器人移动，实时调整。

2.根据权利要求1所述的变电站机器人巡检系统，其特征在于：步骤(1)中所述的“后台控制中心服务器检测到有巡检任务需要执行，向巡检机器人下发开始巡检任务指令；”，其具体包括以下步骤：

后台控制中心服务器的任务调度模块检测到有巡检任务需要执行时，会判断当前巡检机器人是否满足执行任务条件，若满足，则向当前巡检机器人下发开始执行任务指令，若不满足，则放弃下发执行任务指令；后台控制中心服务器向巡检机器人下发的开始执行巡检任务命令包含该任务中所有被巡检设备；后台控制中心服务器的任务调度模块检测巡检任务时，支持用户通过站控模块临时下发巡检任务，同时支持自主检测用户预设时间点的巡检任务，此类任务由用户通过后台控制中心服务器中的站控模块创建；后台控制中心服务器还可以对正在巡检的任务进行管理控制，即通知机器人暂停正在巡检的任务，继续以前暂停的巡检任务，放弃正在巡检的任务。

3.根据权利要求1所述的变电站机器人巡检系统，其特征在于：步骤(2)中所述的“巡检机器人接收到后台控制中心服务器下发的任务开始指令，依照任务中被检测设备的数据信息，按照指定路径前往目标巡检点；”，其具体包括以下步骤：

开始前往目标巡检点前，巡检机器人会依照巡检任务中被检测设备所在的路径点选取最优路径；巡检机器人按照最优路径中排序的巡检点，按照预设的巡检路径依次前往各目标巡检点，巡检机器人在行进过程中，按照每条路径预设的巡检速度调整移动速度；每个被检测设备关联两个巡检点，即每个被检测设备需要预设两个巡检点，即巡检点1和巡检点2，且两个巡检点处于同一直线路径上；巡检点1和巡检点2为实施时设置。

4.根据权利要求1所述的变电站机器人巡检系统的巡检方法，其特征在于：步骤(4)中所述的“后台控制中心服务器对收到的被检测设备的图片进行实时识别解析，并生成被检测设备的检测结果；”，其具体包括以下步骤：

(41)后台控制中心服务器对回传的图片或文件进行合法性验证；

(42)后台控制中心服务器对验证合法的图片或文件进行识别解析，生成对应被检测设备的巡检结果。

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