CN113799131A - 一种变电站巡检及维修机器人控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种变电站巡检及维修机器人控制系统及方法，包括云台，巡检机器人以及维修机器人，利用红外热像仪以及高清CDD摄像机对设备进行数据采集，并进行数据分析判别故障，同时利用导航模式与避障模式的转换，利用红外温度传感器对障碍物进行生物与非生物的识别，进行模式的转换实现维修机器人的避障，提高自主导航与避障能力，保证电网的运行安全。

Description

一种变电站巡检及维修机器人控制系统及方法

技术领域

本公开属于巡检维修机器人技术领域，具体涉及一种一种变电站巡检机器人控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电网运行的实时的监视和控制是电网安全的核心工作，变电站电力设备的运行状态是否正常直接影响电网安全运行情况，设备出现不正常工作状态若是不及时处理很可能发展成故障，造成设备损坏或者人身事故。随着动力传输的增加，变电站巡检机器人得到了广泛的应用。其智能系统可实现全天24小时无人值守，但仍能正常工作，高压环境下巡检数据依然准确，实现巡检工作的自动化。

但是目前由于无人值守电力系统中的故障高压设备，在运行过程中总会因为各种原因产生一些热故障，即设备故障前的热征兆，但是目前的机器人若是对于变电站内的设备进行一一的检测，需要近距离或者接触式的进行设备运行状态信息获取，并且，当出现故障时，恶劣天气使用维修机器人无法快速的准确的躲避障碍物到达故障点进行故障巡检确认以及维修。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种变电站巡检及维修机器人控制系统及方法，本公开基于导航识别与红外成像技术，进行变电站设备巡检，具有高智能、低成本的优点，实现站内设备的远距离、非接触的实时的监测。

根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种变电站巡检及维修机器人控制方法，采用如下技术方案：

一种变电站巡检及维修机器人控制方法，包括以下步骤：

巡检机器人自主导航按照固定巡视路线进行变电站所有设备的常规巡检，在每一个巡视点自动停留；

在每一个巡视点按照程序自动扫描设备、并进行拍照，将所获取的设备编号以及设备巡检信息对应上传至云台；

对所有变压器、互感器的设备本体以及各个开关触头、母线连接头进行温度检测；

将所获取的所有设备对应的温度信息上传至云台，采用温升分析以及历史趋势分析对设备温度数据进行智能分析判断，对设备热缺陷进行判别并报警。

若判别某个设备出现故障，远程无线连接维修机器人上传设备故障信息，实时规划路线，选择最短距离路线行走进行定点维修。

进一步的，所述巡检机器人自主导航的方式具体为：采用图像识别轨道导航定位的方式，在巡检路线上预先喷涂轨道，巡视点停留区域布置十字标志，所述巡检机器人自动识别轨道，调整行走方向，并记录位置信息，通过预先设置规划行走过程。

进一步的，所述设备巡检信息包括：每个设备的编号、设备外观、设备温度、仪表仪器的显示数据以及刀闸的开合状态。

进一步的，所述云台与巡检机器人、维修机器人通过无线连接，远程控制巡检机器人以及维修机器人，并接收巡检机器人以及维修机器人上传的数据信息并进行分析，下发控制指令。

进一步的，若出现故障时，控制维修机器人进行近距离定点维修，目标设定为故障设备，选择最近一条路线，进行导航，判断是否需要避障，对障碍物的类型进行识别，区分生物以及非生物。

进一步的，当识别结果显示为生物时，发出警告，维修机器人红灯闪烁，示意生物体离开进行驱散，维修机器人不进行避障操作；

若障碍物依然存在于设定路线上，维修机器人进行避障操作。

进一步的，具体的避障操作是：切换导航模式为避障模式，确定障碍物的位置和大小，从障碍物左侧顺时针沿着障碍物运动，到达障碍物前方后结束避障操作；若从左侧无法绕过障碍物，则从障碍物右侧逆时针方向绕过障碍物。

进一步的，识别生物和非生物的具体方法为：

维修机器人携带红外温度传感器，对周围物体的温度进行识别，若温度在37℃左右，则判定为生物，否则为非生物。

根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种变电站巡检及维修机器人控制系统，包括云台，巡检机器人导航模块，所述云台接收巡检机器人以及维修机器人上传的数据信息，并进行分析下发指令；

所述巡检机器人导航模块，自主导航巡检机器人按照固定巡视路线进行变电站所有设备的常规巡检；

还包括红外热成像仪以及高清CCD摄像机,所述高清CCD摄像机用于实现在每一个巡视点按照程序自动扫描设备、并进行拍照，将所获取的设备编号以及设备巡检信息对应上传至云台；

所述红外热成像仪器用于对所有变压器、互感器的设备本体以及各个开关触头、母线连接头进行温度检测并上传温度数据至云台。

进一步的，还包括维修机器人导航模块，所述维修机器人导航模块控制维修机器人进行近距离定点维修，目标设定为故障设备，选择最近一条路线，进行导航。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1)判断障碍物类别，当障碍物为人和动物时，通过灯光信号提示人离开或驱散动物，此时巡检机器人不需要避障，避免对正常作业的干扰。

2)巡检机器人与维修机器人相结合，实现巡检与维修的系统相分离，在路线上不会发生错乱，固定路线巡视，选择路线维修，快速准确的进行设备的巡检以及维修。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的控制方法流程图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

由图1所示，本公开提供了一种变电站巡检及维修机器人控制方法，包括以下步骤：

S101：巡检机器人自主导航按照固定巡视路线进行变电站所有设备的常规巡检，在每一个巡视点自动停留；

巡检机器人以全自主、本地或者远程遥控模式部分代替或辅助人工按照固定巡视路线进行变电站常规巡检，遇到巡视点可以自动的进行停留，然后云台进行下一步的操控指令，全自主系统代替大量的人工操作或者人工辅助操作，大大节省了人力，提高工作的效率。

S102：在每一个巡视点按照程序自动扫描设备、并进行拍照，将所获取的设备编号以及设备巡检信息对应上传至云台；

在巡检机器人中设置操作步骤程序，当其每到一个巡视点，自动按照程序进行全自动的数据采集，具体的是扫描设备的型号，存入数据库，然后采集该设备的外观，再将外观数据存入该设备型号对应的属性中，再采集该设备的刀闸开关状态以及仪表等数据，一并存入数据库，等待下一步上传至云台进行数据分析，实现全自动的数据采集，并实现自动存储归类，便于调取、上传，节约时间，有序化进行数据处理，大大节约了时间，提高工作的效率。

S103：对所有变压器、互感器的设备本体以及各个开关触头、母线连接头进行温度检测；

S104:将所获取的所有设备对应的温度信息上传至云台，采用温升分析以及历史趋势分析对设备温度数据进行智能分析判断，对设备热缺陷进行判别并报警。

S105:若判别某个设备出现故障，远程无线连接维修机器人上传设备故障信息，实时规划路线，选择最短距离路线行走进行定点维修。

巡检内容包括设备温度、设备外观、刀闸开合状态、仪表等，监控系统集巡视内容、时间、报表管理于一体，实现了巡检全过程管理，并能够提供数据分析与决策支持依据。系统的红外检测系统能够对变压器、互感器等设备本体以及各开关触头、母线连接头等的温度进行检测，并采用温升分析、历史趋势分析等手段，对设备温度数据进行智能分析和诊断，实现对设备热缺陷的判别和自动报警。

从电力企业信息安全角度考虑，必须应用内网传输图像信号，而采用手机模块内加sim卡，通过短信运营商的服务平台可将系统生成的设备检测异常报告，以短信的方式发至相关管理人员手机，起到报警作用，可以解决企业内网无法发送短信的问题。

所述巡检机器人自主导航的方式具体为：采用图像识别轨道导航定位的方式，在巡检路线上预先喷涂轨道，巡视点停留区域布置十字标志，所述巡检机器人自动识别轨道，调整行走方向，并记录位置信息，通过预先设置规划行走过程。

目前，用于机器人导航的方式主要是电磁巡线，而导航系统采用图像识别轨道导航定位方式可以提高运行可靠性并大幅降低成本。在巡检路线上预先喷涂轨道，停靠位置区域布置十字标志，导航系统可自动识别轨道，调整行走方向，可自动识别十字标志停靠，并记录位置信息，通过预先设置规划行走过程。此种导航方式和电磁导航模式比较，无电磁干扰威胁，可有效降低电磁巡线模式下的巡线装置价格劣势，且电磁轨道成本高，布线施工困难，需要对变电站路面开挖，埋人磁条，路线变更不方便。采用图像识别轨道导航定位方式能够大幅度地降低智能巡视系统的总体成本，且方便变更路线，增加巡视点，系统对变电站路面现场的要求不高，基本无需现场改造，布线工作2个工作日即可完成，便于现场推广使用。

所述设备巡检信息包括：每个设备的编号、设备外观、设备温度、仪表仪器的显示数据以及刀闸的开合状态。

智能机器人巡检系统，以巡线机器人搭载红外热成像仪与高清CCD可见光摄像头为主体，通过识别固定路线移动，改变设备巡视观测距离与角度，通过通信手段，人员不用到现场，即可实现无死角高清晰度巡检，实时数据可传回。

所述云台与巡检机器人、维修机器人通过无线连接，远程控制巡检机器人以及维修机器人，并接收巡检机器人以及维修机器人上传的数据信息并进行分析，下发控制指令。

若出现故障时，控制维修机器人进行近距离定点维修，目标设定为故障设备，选择最近一条路线，进行导航，判断是否需要避障，对障碍物的类型进行识别，区分生物以及非生物。

巡检机器人在进行自动避障前，首先判断障碍物的类别，区分生物和非生物，决定是否需要躲避。当识别结果显示障碍物为生物时，车载红灯闪烁，向人示意离开或是驱散动物。若人或动物离开，巡检机器人不进行避障操作；

若障碍物依然在巡检机器人设定路线上，影响巡检机器人正常作业，巡检机器人执行避障操作。

当识别结果显示为生物时，发出警告，维修机器人红灯闪烁，示意生物体离开进行驱散，维修机器人不进行避障操作；

若障碍物依然存在于设定路线上，维修机器人进行避障操作。

在变电站中，人或动物可能会处于巡检机器人巡检路线上，影响巡检机器人工作。

巡检机器人携带红外温度传感器，识别周围物体的温度。哺乳类动物和鸟类动物体温恒定，大约在37℃左右。红外温度传感器识别出人或动物阻碍巡检机器人运动后，车载红灯闪烁，向人示意离开或是驱散动物。当障碍物离开后，巡检机器人按原设定路线继续巡视。

具体的避障操作是：切换导航模式为避障模式，确定障碍物的位置和大小，从障碍物左侧顺时针沿着障碍物运动，到达障碍物前方后结束避障操作；若从左侧无法绕过障碍物，则从障碍物右侧逆时针方向绕过障碍物。

导航模式和避障模式切换。正常情况下，巡检机器人处于导航模式，即按照导航系统设定的路线进行巡检工作；当识别出前方有障碍物需要避障时，导航模式关闭，巡检机器人不再按照原设定路线行驶，进入避障模式；当巡检机器人避开障碍物后，重新开启导航模式，进行路线矫正，重新回到原设定路线上。再次遇到障碍物则重复上述操作

识别生物和非生物的具体方法为：

维修机器人携带红外温度传感器，对周围物体的温度进行识别，若温度在37℃左右，则判定为生物，否则为非生物。

实施例2

本公开提供一种变电站巡检及维修机器人控制系统，包括云台，巡检机器人导航模块，所述云台接收巡检机器人以及维修机器人上传的数据信息，并进行分析下发指令；

所述巡检机器人导航模块，自主导航巡检机器人按照固定巡视路线进行变电站所有设备的常规巡检；

还包括红外热成像仪以及高清CCD摄像机,所述高清CCD摄像机用于实现在每一个巡视点按照程序自动扫描设备、并进行拍照，将所获取的设备编号以及设备巡检信息对应上传至云台；智能机器人巡检系统，以巡线机器人搭载红外热成像仪与高清CCD可见光摄像头为主体，通过识别固定路线移动，改变设备巡视观测距离与角度，通过通信手段，人员不用到现场，即可实现无死角高清晰度巡检，实时数据可传回。

所述红外热成像仪器用于对所有变压器、互感器的设备本体以及各个开关触头、母线连接头进行温度检测并上传温度数据至云台。

另外，由于红外成像仪对系统电压要求高，电压不稳将造成系统通讯中断或重启，因此有必要对系统用2套蓄电池组，1套供行走系统用电，1套供红外检测用电，保证用电高峰互不干扰，蓄电池组接UPS稳压装置，有效防止路面颠簸对逆变器电流质量的影响，UPS稳压装置必须能有效防止蓄电池过充，对电池电量判断较为精准，可直接接人中断信号，强制中断巡检任务，回站充电。

还包括维修机器人导航模块，所述维修机器人导航模块控制维修机器人进行近距离定点维修，目标设定为故障设备，选择最近一条路线，进行导航。

整个系统各部分承担相应功能，通过串口、无线通信协同工作，形成有机配合整体，实现整体功能。

运行人员根据巡检时间、周期、路线、监测目标灵活进行任务定制，机器人按照定制任务、定制时间进行自动巡检，任务完成后自动回到出发点充电。系统自动生成设备红外测温异常报表和报告，若按监控计算机硬盘500G计算，可保存3年巡视数据，设有硬盘空间不足报警功能。自系统在希望l10kV变电站运行，将发现的故障第一时间传达给了运行人员，通过及时消缺，保证了设备运行安全。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1，巡检机器人自主导航按照固定巡视路线进行变电站所有设备的常规巡检，在每一个巡视点自动停留；

步骤2，在每一个巡视点按照程序自动扫描设备、并进行拍照，将所获取的设备编号以及设备巡检信息对应上传至云台；

步骤3，对所有变压器、互感器的设备本体以及各个开关触头、母线连接头进行温度检测；

步骤4，将所获取的所有设备对应的温度信息上传至云台，采用温升分析以及历史趋势分析对设备温度数据进行智能分析判断，对设备热缺陷进行判别并报警。

步骤5，若判别某个设备出现故障，远程无线连接维修机器人上传设备故障信息，实时规划路线，选择最短距离路线行走进行定点维修。

2.如权利要求1所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，所述巡检机器人自主导航的方式具体为：采用图像识别轨道导航定位的方式，在巡检路线上预先喷涂轨道，巡视点停留区域布置十字标志，所述巡检机器人自动识别轨道，调整行走方向，并记录位置信息，通过预先设置规划行走过程。

3.如权利要求1所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，所述设备巡检信息包括：每个设备的编号、设备外观、设备温度、仪表仪器的显示数据以及刀闸的开合状态。

4.如权利要求1所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，所述云台与巡检机器人、维修机器人通过无线连接，远程控制巡检机器人以及维修机器人，并接收巡检机器人以及维修机器人上传的数据信息并进行分析，下发控制指令。

5.如权利要求1所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，若出现故障时，控制维修机器人进行近距离定点维修，目标设定为故障设备，选择最近一条路线，进行导航，判断是否需要避障，对障碍物的类型进行识别，区分生物以及非生物。

6.如权利要求5所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，当识别结果显示为生物时，发出警告，维修机器人红灯闪烁，示意生物体离开进行驱散，维修机器人不进行避障操作；

若障碍物依然存在于设定路线上，维修机器人进行避障操作。

7.如权利要求6所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，具体的避障操作是：切换导航模式为避障模式，确定障碍物的位置和大小，从障碍物左侧顺时针沿着障碍物运动，到达障碍物前方后结束避障操作；若从左侧无法绕过障碍物，则从障碍物右侧逆时针方向绕过障碍物。

8.如权利要求5所述的一种变电站巡检及维修机器人控制方法，其特征是，识别生物和非生物的具体方法为：

维修机器人携带红外温度传感器，对周围物体的温度进行识别，若温度在37℃左右，则判定为生物，否则为非生物。

9.一种变电站巡检及维修机器人控制系统，其特征是，包括云台，巡检机器人导航模块，所述云台接收巡检机器人以及维修机器人上传的数据信息，并进行分析下发指令；

所述巡检机器人导航模块，自主导航巡检机器人按照固定巡视路线进行变电站所有设备的常规巡检；

还包括红外热成像仪以及高清CCD摄像机,所述高清CCD摄像机用于实现在每一个巡视点按照程序自动扫描设备、并进行拍照，将所获取的设备编号以及设备巡检信息对应上传至云台；

所述红外热成像仪器用于对所有变压器、互感器的设备本体以及各个开关触头、母线连接头进行温度检测并上传温度数据至云台。

10.如权利要求9所述的一种变电站巡检及维修机器人控制系统，其特征是，还包括维修机器人导航模块，所述维修机器人导航模块控制维修机器人进行近距离定点维修，目标设定为故障设备，选择最近一条路线，进行导航。

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