CN208323406U - 一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统 - Google Patents

一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统 Download PDF

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裴东锋
刘勇
金欣明
黄震
薛曙光
王攀
姜艳丰
郭素梅
周宝玉
王志兴
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State Grid Corp of China SGCC
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State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,包括巡检机器人系统、采用通信设备双向通信连接巡检机器人系统的本地监控后台、与本地监控后台双向通信的电力专网以及与电力专网双向通信的远程集控后台。基于互联网的变电站智能巡检机器人应用于变电站的巡视监测,代替运行人员进行巡视检查,机器人可以携带红外热像仪、可见光CCD、拾音器等检测与传感装置,以自主和遥控方式,24小时、全天候地完成高压变电设备的巡测,及时发现异物、损伤、发热、漏油等内、外部机械或电气异常,准确提供变电设备事故隐患和故障先兆诊断分析的有关数据,大大提高变电站安全运行可靠性。

Description

一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统。
背景技术
变电站设备巡检是保证变电站安全运行,提高供电可靠性的一项基础工作,随着变电站自动化水平的提高以及无人值守的普及,变电设备运行可靠性面临更加严峻的考验,变电站巡检受到了更大的重视。目前国内变电站均采用传统的人工巡视方式,由于受巡视人员劳动强度、业务水平、责任心和精神状态等诸多因素的制约,漏检、误检情况时有发生,造成重大经济损失,人工巡视已经越来越满足不了现代化变电站安全运行的要求,机器人代替人工巡视将是智能电网发展的必然趋势。
设备巡回检查制度是电气设备安全保证体系中最基本、最重要的制度之一。大运行模式下,变电站实行无人值班模式,取而代之的是由调控中心值班监控员在远方集中完成本电网区域内所有变电站的运行监视工作。实际工作中发现,这种运行管理模式在变电设备巡检方面有以下几点不足:
(1)工业视频系统功能不满足设备巡检工作要求。工业视频系统的摄像头数量有限,地区电网中220kV变电站一般只有16-18个摄像头,110kV变电站一般只有7-10个摄像头;另一方面受摄像头装设位置不合理、后期维护不到位等多种因素制约,视频系统在实际应用中存在黑屏、死画面、卡滞、有巡视死角等不足之处,直接造成设备巡视工作无法正常开展。另外,工业视频摄像头的像素还不能满足在远距离下查看清楚装置屏上的信息。
(2)运维人员现场巡视次数有限,无法实现实时巡检要求。变电站实行无人值班模式后,无法实现实时巡检,220千伏变电站每周计划性巡视一次,110千伏变电站每两周计划性巡视一次,巡视次数仅能满足设备安全运行的最基本要求。临时需要现场巡视设备时,还需要运维人员驱车数十公里到站,效率低、成本高。所以现场运维人员巡检存在周期长、频次低和成本高的缺点。
(3)变电站发生事故或比较严重的设备缺陷时,多数情况下无法及时开展设备巡检工作。例如,变电站室内配电装置发生爆炸、火灾等事故时,伴随有浓烟、巨响,还有发生二次爆炸的可能,因此这种情况下,为保证人身安全,即使现场有人也无法第一时间到设备区进行设备巡检,造成人员对现场设备故障情况不掌握,相关事故处理工作无法正常开展。
(4)传统巡检机器人具有适用局限性。一般用于500kV变电站常规巡检,只能当地控制,需要运维人员到达现场,且工程造价高,不适于在地区电网推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了提升设备巡检工作质量,既摆脱了工业视频系统中运用固定的摄像头进行巡检的各种束缚,又弥补了传统巡检机器人在地区电网无人值班变电站应用以及在电网异常紧急特巡中的功能缺失,提供一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统。
为了实现上述目的,本实用新型采取的技术方案如下:
一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,包括巡检机器人系统、采用通信设备双向通信连接巡检机器人系统的本地监控后台、与本地监控后台双向通信的电力专网以及与电力专网双向通信的远程集控后台;
所述巡检机器人系统包括智能巡检机器人、与智能巡检机器人双向通信的机器人无线网络设备、与机器人无线网络设备双向通信的站内无线WIFI以及与站内无线WIFI双向通信的光纤网络通信;所述光纤网络通信与本地监控后台的集控室监控平台双向通信,所述智能巡检机器人与变电站通信基站双向通信。
作为本实用新型的进一步改进,所述本地监控后台包括与通信基站双向通信的交换机、连接交换机的管理服务器和连接管理服务器的客户端。
作为本实用新型的进一步改进,所述远程集控后台设有三个数据传输端,分别连接电监部门、供电局和远程专家组。
作为本实用新型的进一步改进,所述智能巡检机器人包括机械部分和控制部分;所述机械部分包括驱动机构、底盘、充电机构和外壳;所述控制部分包括工控机控模块、电源管理模块、云台检测模块和运动控制模块。
作为本实用新型的进一步改进,所述驱动机构为轮式结构,前面的两轮为驱动轮,由一个电机驱动,后面的两轮为随动轮;所述底盘为具有承载力的钢板,钢板底部设有开口,所述开口安装散热风扇;所述充电机构采用一个直流电机驱动齿条做前后往复运动,齿条带动充电插片进行运动,与位于机器人停靠小屋内的的充电极板进行接触充电,所述充电插片和充电极板都采用铁合金材料;所述外壳包括固定在底盘中部的主壳体、拆卸连接在主壳体前部的装饰面板和拆卸接在主壳体后部的后壳体。
作为本实用新型的进一步改进,所述工控机控模块由主CPU控制系统、继电器控制组和散热器组控制系统组成。所述电源管理模块由高容量高功率聚合物锂电池组、电池电量监控系统、智能充电控制设备和锂电池充电接入设备组成;所述运动控制模块包括大功率高速直流电机、电机驱动控制系统、行程定位自适应编码、解码控制系统以及行程探测编码设备;所述云台检测系统采用双通道,可见光通道和红外通道,可见光通道用于监测电气设备视频监控可视化情况,红外通道用于监测电气设备发热所形成的热温度图像。所述云台检测系统包括普通CCD和红外CCD,所述普通CCD和红外CCD摄像头左右平行设置。
作为本实用新型的进一步改进,还包括总体控制系统;所述总体控制系统依照功能划分为四个模块:人机交互界面、控制模块、图像检测模块和信息管理模块。所述总体控制系统的软件开发采用面向对象的模块化程序设计方法,已现在通用的Windows操作系统作为运行品台,使用Microsoft Visual Studio作为开发工具,开发客户端软件界面和服务器端程序。
与现有技术相比,本实用新型所取得的有益效果如下:
基于互联网的变电站智能巡检机器人应用于变电站的巡视监测,代替运行人员进行巡视检查,机器人可以携带红外热像仪、可见光CCD、拾音器等检测与传感装置,以自主和遥控方式,24小时、全天候地完成高压变电设备的巡测,及时发现异物、损伤、发热、漏油等内、外部机械或电气异常,准确提供变电设备事故隐患和故障先兆诊断分析的有关数据,大大提高变电站安全运行可靠性。
构建变电站智能机器人监测系统,包含智能巡检机器人、机器人室、通信系统、本地监控后台、远程集控后台。变电站智能巡检机器人对变电站室内外设备进行自主巡检与数据采集;机器人室方便机器人提供充电及储存;通过无线通信系统,将巡检数据实时传输至本地监控后台,完成数据的分析处理及预警、告警等功能;通过远程集控后台实现系统远程集控管理。
(1)智能机器人:机器人具备自主导航、定位、充电、巡检功能,应用红外热成像和高清视频双视技术,可准确识别设备状态,及时发现设备缺陷,提高设备巡视效率。
(2)本地监控后台:机器人本地监控后台通过站内通信系统,与机器人进行双向信息交互,实现站端对机器人的控制、监视;同时实时掌握机器人回传的变电站设备和机器人本体状态数据。
(3)远程集控平台:各级单位可通过高度人性化和扩展性强的远程综合管理平台,实现对辖区内多个变电站和多台机器人的实时管理与监控,实时掌握站内设备数据,为电力运营决策提供有效依据。
附图说明
附图1为本实用新型的总体框架图;
附图2为本实用新型巡检机器人系统通信原理框图;
附图3为本实用新型总体控制系统的原理框图;
附图4为本实用新型巡检机器人控制部分的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步详细的叙述。
如附图1-4所示,一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,包括巡检机器人系统、采用通信设备双向通信连接巡检机器人系统的本地监控后台、与本地监控后台双向通信的电力专网以及与电力专网双向通信的远程集控后台;所述巡检机器人系统包括智能巡检机器人、与智能巡检机器人双向通信的机器人无线网络设备、与机器人无线网络设备双向通信的站内无线WIFI以及与站内无线WIFI双向通信的光纤网络通信;所述光纤网络通信与本地监控后台的集控室监控平台双向通信,所述智能巡检机器人与变电站通信基站双向通信,实现巡检数据的远传和基站命令的遥控。在此基础上,能够方便地接入电力系统生产专用的光纤通信网络,实现与远程集控后台的数据交换。在巡检机器人远程集控后台由运行人员下发巡视任务或者由本地监控后台自动下发巡视任务,来启动巡检机器人进行工作;巡检机器人通过局部规划移动到巡视任务中的停靠点,并且在停靠点停车;向本地监控后台发送到达停靠点的信息,根据配置文件中停靠点的信息下发预先设置的巡视命令,巡检机器人通过移动云台对巡视设备进行精确定位,从而进行设备的可见光和红外成像检测;巡检机器人及时保存并上传所巡视设备的可见光图像和红外图像,如果发现检测设备温度超过预定的最高温度则向运行人员发出警报;机器人检测完毕后,本地监控后台向巡检机器人下发此停靠点巡视完毕的指令。
所述本地监控后台包括与通信基站双向通信的交换机、连接交换机的管理服务器和连接管理服务器的客户端。作为本实用新型的进一步改进,所述远程集控后台设有三个数据传输端,分别连接电监部门、供电局和远程专家组。所述智能巡检机器人包括机械部分和控制部分;所述机械部分包括驱动机构、底盘、充电机构和外壳;所述控制部分包括工控机控模块、电源管理模块、云台检测模块和运动控制模块。所述控制部分主要完成机器人的运动控制、图像处理、红外采集、可见光采集、电机驱动控制、云台控制、移动定位、网络通信等功能,体现了多传感器信息融合技术在巡检机器人领域中得到的广泛应用。机器人本体控制程序是基于WINCE嵌入式实时多任务的操作系统,采用C++面向对象编程语言开发设计,主要负责采集定位信息的采集与处理,根据监控主站的控制命令,控制机器人的运动,并上传机器人的状态信息和传感器的数据。
所述驱动机构为轮式结构,前面的两轮为驱动轮,由一个电机驱动,后面的两轮为随动轮;该方案结构简单,易加工,四轮内侧分别突出2cm,在限速的情况下转弯性能好,没有侧滑。并且适应性强,便于机器人控制系统的设计。所述底盘为具有承载力的钢板,钢板底部设有开口,所述开口安装散热风扇,解决了高温环境下的散热问题。为了实现巡检机器人的自主充电,可靠运行,便于控制的目的,采用一个直流电机驱动齿条做前后往复运动,齿条带动充电电极进行运动,与安位于机器人停靠小屋内的离地面有一定高度的充电极板进行接触、从而充电。为了解决在高温、高湿环境下充电机构关键部件的氧化、腐烛等问题,充电插片和充电极板都采用了铁合金的材料。巡检机器人的外壳造型设计所依据的原则是:满足功能的需求、符合人机关系的原理、贯彻有关行业和国家的标准、以实现功能为主兼顾结构的要求,表现形体美和工艺美,设计创新具有自主产权。要求机器人的外壳防护等级不低于IP53。机器人采用轮式驱动方式,两驱动轮在前,随动轮在后的结构,其内部安装有硬件、信号发射与接收等部件,为了便于外壳的拆装和维护,所述外壳包括固定在底盘中部的主壳体、拆卸连接在主壳体前部的装饰面板和拆卸接在主壳体后部的后壳体。所述工控机控模块由主CPU控制系统、继电器控制组和散热器组控制系统组成,主CPU控制系统是机器人中枢神经控制器,控制协调机器人各个子系统,与上位机各项数据交换,完成相应功能,实现智能巡检;继电器控制组用来接收主CPU控制系统发出的控制命令,协调各个系统完成控制任务,实现控制功能;散热器组控制系统从而监控机器人内部各系统工作温度,达到触发条件时启动散热设备,保证各系统正常工作温度。所述电源管理模块由高容量高功率聚合物锂电池组、电池电量监控系统、智能充电控制设备和锂电池充电接入设备组成;电源管理模块用来实现电池的充放电控制,电池的电压,电流和电量的采集和电池的保护功能,同时为其他各个模块提供电源,是整个机器人系统的心脏部分。
所述运动控制模块包括大功率高速直流电机、电机驱动控制系统、行程定位自适应编码、解码控制系统以及行程探测编码设备;电机驱动控制系统接收主CPU控制指令,驱动电机变速运行,实现机器人快速启动、稳速行进、慢速停止等功能;大功率高速直流电机为机器人提供所需的牵引能力,保证机器人各项行进运行;行程定位自适应编码、解码控制系统则用来监控机器人行进路程,接收行程探测编码设备发来的不同巡检点的编码标识,校检编码标识,若出现误码,改变编码规则,同时将解码后的巡检点位置标识发送至主控CPU控制系统;行程探测编码设备按照行程定位自适应编码、解码控制系统发来的编码规则对不同巡检点的位置进行编码,探测到相应巡检位置时,将位置编发发送至行程定位自适应编码、解码控制系统。所述云台检测系统采用双通道,可见光通道和红外通道,可见光通道用于监测电气设备视频监控可视化情况,红外通道用于监测电气设备发热所形成的热温度图像。所述云台检测系统包括普通CCD和红外CCD,所述普通CCD和红外CCD摄像头左右平行设置。巡检机器人检测功能的实现主要是由检测模块完成的。云台检测系统的核心器件是普通CCD和红外CCD,为了使它们所观测到的空间区域尽可能一致,把2个CCD摄像头左右平行紧凑放置于防护罩内使之结合成一体机,多方位旋转控制是用云台来完成的。红外辐射和可见光经过各自光学系统的收集及处理,分别进入红外CCD和可见光CCD,将光信号转换成视频信号。然后,用图像采集卡进行采集、压缩,经A/D转换后变成数字视频信号,然后进入计算机进行显示和处理。客户端从计算机的RS.232串口发出控制命令,经串口转换器变成符合RS-485标准的命令,利用解码器对CCD和云台进行控制。
本实用新型还包括总体控制系统;所述总体控制系统依照功能划分为四个模块:人机交互界面、控制模块、图像检测模块和信息管理模块。考虑到系统各项功能、组成结构、后期扩展性要求和开发环境的方便程度,所述总体控制系统的软件开发采用面向对象的模块化程序设计方法,已现在通用的Windows操作系统作为运行品台,使用Microsoft VisualStudio作为开发工具,开发客户端软件界面和服务器端程序。人机交互界面:是系统最上层,是用户操作界面管理的核心,操作人员通过按钮对软件界面系统进行各项操作,由于它是最上层,所以相应的调用下层功能模块以实现操作指令。控制模块:利用解码器可分别实现对云台的上下左右移动和对可见光(红外)CCD光圈大小调整、镜头伸缩调整等。实现对前端CCD的控制和机器人各功能传输控制。图像监测模块:是分别对红外温度图像和可见光图像的监测,包括图像信息的采集、保存,红外温度图像显示、可见光图像显示、红外图像与可见光图像的匹配处理、匹配后合成图像的显示和显示窗口的切换等。并且,可随时对图像数据库中保存的图像进行查询。信息管理模块:客户端用户进行登录、管理、查询。完成系统参数设置、系统配置和代理服务等功能,并提供常见材料发射率的查询等。
以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例,而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言,在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动,都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:其包括巡检机器人系统、采用通信设备双向通信连接巡检机器人系统的本地监控后台、与本地监控后台双向通信的电力专网以及与电力专网双向通信的远程集控后台;
所述巡检机器人系统包括智能巡检机器人、与智能巡检机器人双向通信的机器人无线网络设备、与机器人无线网络设备双向通信的站内无线WIFI以及与站内无线WIFI双向通信的光纤网络通信;所述光纤网络通信与本地监控后台的集控室监控平台双向通信,所述智能巡检机器人与变电站通信基站双向通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:所述本地监控后台包括与通信基站双向通信的交换机、连接交换机的管理服务器和连接管理服务器的客户端。
3.根据权利要求2所述的一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:所述远程集控后台设有三个数据传输端,分别连接电监部门、供电局和远程专家组。
4.根据权利要求1所述的一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:所述智能巡检机器人包括机械部分和控制部分;所述机械部分包括驱动机构、底盘、充电机构和外壳;所述控制部分包括工控机控模块、电源管理模块、云台检测模块和运动控制模块。
5.根据权利要求4所述的一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:所述驱动机构为轮式结构,前面的两轮为驱动轮,由一个电机驱动,后面的两轮为随动轮;所述底盘为具有承载力的钢板,钢板底部设有开口,所述开口安装散热风扇;所述充电机构采用一个直流电机驱动齿条做前后往复运动,齿条带动充电插片进行运动,与位于机器人停靠小屋内的充电极板进行接触充电,所述充电插片和充电极板都采用铁合金材料;所述外壳包括固定在底盘中部的主壳体、拆卸连接在主壳体前部的装饰面板和拆卸接在主壳体后部的后壳体。
6.根据权利要求4所述的一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:所述工控机控模块由主CPU控制系统、继电器控制组和散热器组控制系统组成;
所述电源管理模块由高容量高功率聚合物锂电池组、电池电量监控系统、智能充电控制设备和锂电池充电接入设备组成;所述运动控制模块包括大功率高速直流电机、电机驱动控制系统、行程定位自适应编码、解码控制系统以及行程探测编码设备;所述云台检测系统采用双通道,可见光通道和红外通道,可见光通道用于监测电气设备视频监控可视化情况,红外通道用于监测电气设备发热所形成的热温度图像;所述云台检测系统包括普通CCD和红外CCD,所述普通CCD和红外CCD摄像头左右平行设置。
7.根据权利要求1所述的一种基于互联网的变电站智能巡检机器人监测系统,其特征在于:还包括总体控制系统;所述总体控制系统依照功能划分为四个模块:人机交互界面、控制模块、图像检测模块和信息管理模块;所述总体控制系统的软件开发采用面向对象的模块化程序设计方法,已现在通用的Windows操作系统作为运行品台,使用MicrosoftVisual Studio作为开发工具,开发客户端软件界面和服务器端程序。
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