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1、变电站巡视机器人变电站巡视机器人目录机器人巡视的研究内容展望引言机器人系统的结构 基本工作原理相对于工人巡视的主要优缺点发展趋势引言引言 变电站设备长期处于运行状态下，为了确保电气设备的安全稳定运行，及时发现设备的缺陷或隐患，积累状态检修原始数据，往往要求现场运行人员定期或不定期对现场设备进行巡视检查或采用红处线测温手段对设备状态进行监视。 目前，系统内各变电站上述两项工作大部份由现场运行人员完成，采用人工模式，手工抄录，工作量大，且受环境因素、人员素质等各方面的影响，容易造成巡视不到位，核对不到位情况发生，巡视效率和质量往往达不到预期效果。 另外，随着电网监控中心的实施以及变电所无人值班模式
2、推进，500kV变电站也将实现无人值班，届时从操作站派人至变电所巡查，将进一步弱化上述工作效率，同时消耗大量的人力物力。因此，如何在智能变电站采取科学的手段，利用计算机监控技术实现变电站日常设备巡视、红外线测温、开关闸刀现场位置核对、将大大减少运行人员工作量，并产生很大的经济效益。 通过开发，安装变电站设备巡视机器人，可以达到以下预期成果： 机器人巡视的研究内容机器人巡视的研究内容1）机器人本体能够沿着指定的巡视路线进行巡视； 2）机器人在巡视过程中对待待检设备定位；3）通过摄像仪和红外热像仪对变电站电气设备的运行状态进行监测；4）采集机器人本体的状态参数，并将这些参数传送至控制中心； 5）对
3、机器人本体的硬件进行检测，一旦出现故障，系统给出报警提示并采取相应的措施，确保机器人在工作过程中的可靠性和安全性； 6）控制中心能够通过上传的视频和红外图像对电气设备进行监控； 7）控制中心通过电子地图来展现机器人巡视的工作过程；8）工作人员能够对机器人本体的运动实现远程控制； 9）工作人员能够对视频和红外设备实现远程控制；10）工作人员能够对机器人本体的工作状态进行监控；11）机器人本体和控制中心之间能够通过网络进行通信；机器人系统的结构机器人系统的结构 变电站巡检机器人是集多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、机器人视觉、安防技术、海量信息的无线传输技术于一体的复杂系统。 所
4、以机器人系统采用分层式控制结构，分为两层结构：基站控制系统层和移动站系统层，其系统结构如下图基站系统基站系统 基站系统采用PC机，Windows系统。 基站系统包括基站计算机，无线网桥，网络集线器等硬件设备，主要用于人机交互，接受操作人员的各种操作指令，并将这些指令下达到机器人移动体运动控制系统。 基站计算机安放在运行监控中心，由基站框架，电子地图，状态报警处理等模块组成移动站系统移动站系统移动站系统主要包括移动体运动控制子系统和工作子系统两大部分。 移动体运动控制子系统移动体运动控制子系统 硬件主要由PC104主板，PMAC2A-104运动控制卡和电机驱动器组成。主要负责机器人在巡视过程中的
5、运动，行为的控制。 系统需要采集各种外部环境数据，如超声，雷达，GPS等，来进行规划路径，巡视等工作。 系统通过实时接收局部行为规划结果，对车体进行动力学建模，将接收到的速度指令分解到各个电机，解算出各个电机需要承受的速度由PMAC实现对各个电机的控制，其中由两个电机驱动车体的运动，2个电机驱动云台运动，从而实现机器人的自主运动。 工作子系统工作子系统 主要负责完成机器人在巡视过程中需要做的工作，如图像和声音等的采集，传输以及机器人自动充电等工作。基本工作原理基本工作原理 红外热成像技术原理红外热成像技术原理 ， 模糊控制原理模糊控制原理，卡尔卡尔曼滤波原理曼滤波原理 是巡视机器人基本的三个工
6、作原理。 任何物体由于自身分子的不规则运动,不停地向外福射红外热能,从而在物体表面形成一定的温度场,俗称“热像“。 红外热成像技术正是通过吸收这种红外福射能量,测出设备表面的温度及温度场的分布,从而判断设备发热情况,并将肉眼看不见的“热像”转变成可见光图像,使测试效果直观。其灵敏度高,能检测出设备细微的热状态变化,准确反映设备内部、外部的发热情况,可靠性高,对发现设备隐患非常有效。红外热成像原理红外热成像原理 红外热成像仪利用红外热成像技术探测目标物体的红外热福射,并通过光电转换、电信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成可视图像,其核心器件和技术主要为焦平面探测器、后续电路、图像处理软
7、件等三部分。 焦平面探测器用于感知目标物体的温度分布,并转换为微弱的电信号; 后续电路将微弱的电信号进行电子学放大和逻辑处理,从而能够清晰地采集到目标物体温度分布情况; 图像处理软件则对上述放大后的输出电信号进行处理,呈现为目标物体温度分布的可见光像。模糊控制原理模糊控制原理 模糊控制,全称为模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control),是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一类计算机控制策略,是一种非线性控制。 模糊控制不是釆用纯数学建模的方法,而是结合专家的知识和思维,进行学习与推理、联想和决策的过程,由计算机来识别和建模,并进行控制,属于智能控制的范畴。 模糊控制系
8、统的基本结构如下图所示,由模糊化、知识库、模糊推理和清晰化(或称去模糊化)4个功能模块组成。 模糊化模糊化: 将模糊控制器的精确输入转换为一个模糊量才能,以用于模糊控制,具体可按模糊化等级进行模糊化。 知识库知识库: 由数据库和规则库两部分组成,数据库所存放的是所有输入输出变量的全部模糊子集的隶属度的量值,若论域为连续域,则为隶属函数。规则库存放了模糊控制规则,在推理时为“推理机”提供控制规则。控制规则是基于专家知识或手动操作经验来建立的,它是人的直觉推理的一种语言表示形式。 推理机推理机: 是模糊控制器中,根据输入模糊量和知识库完成模糊控制推理, 并求解模糊关系方程,从而获得模糊控制量的功能
9、部分。 清晰化清晰化: 经模糊决策得到的输出是模糊量,要进行控制必须进过清晰化接口将其转换为精确量。卡尔曼滤波原理卡尔曼滤波原理 1960年,卡尔曼发表了他著名的用递归方法解决离散数据线性滤波问题的论文。随着数字计算技术的进步卡尔曼滤波器逐渐成为研究和应用的热点。 随着电子计算机的迅速发展和广泛应用,卡尔曼滤波在工程实践中,特别在航空空间技术中迅速得到应用。 目前,卡尔曼滤波理论作为一种最重要的最优估计理论被广泛应用于各个领域,如控制系统、惯性导航、制导系统、全球定位系统、目标跟踪、通信与信号过程、金融等。 卡尔曼滤波(Kalman Filter)釆用由状态方程和观测方程组成的线性随机系统的状
10、态空间模型來描述滤波器,并利用状态方程的递推性,按线性无偏最小均方误差估计准则,采用一套递推算法对该滤波器的状态变量作最佳估计,从而求得滤掉噪声的有用信号的最佳估计。因为方程太复杂，所以这里就直接省略了因为方程太复杂，所以这里就直接省略了。相对于工人巡检的主要优缺点相对于工人巡检的主要优缺点1）减轻劳动强度，改善劳动环境。2）实现了标准统一和描述统一，从而提升了系统的标准化，智能化水品。 技术问题导致被检目标和待检项目覆盖率降低，无法做到全面检测。优点优点缺点缺点发展趋势发展趋势 随着变电站向无人值班化及智能化方向快速发展，对变电站巡视机器人的需求十分迫切，发展趋势发展趋势数据分析智能化数据分
11、析智能化移动平台灵活化移动平台灵活化 数据分析智能化数据分析智能化 继续提高现在基于模板的模式识别算法的实用性，提高模式识别成功率和效率，同时开展基于设备形状和纹理特性的模式识别技术研究，实现机器人按设备类型学习。移动平台灵活化移动平台灵活化 针对变电站设备区复杂地面，一方面提高移动平台的驱动和越障能力，提高执行效率，另一方面开展组合导航技术的研究，实现机器人巡视路径的自由规划。展望展望 采用机器人技术进行变电站巡视，既具有人工巡视的灵活性，智能型，也弥补了人工巡视纯在的一些缺陷和不足，同时为变电站设备状态检修提供创新型的检测手段，更适应只能变电站和无人值守变电站发展的实际需求。 具有巨大的优越性，是智能变电站和无人值守变电站巡视技术的发展方向，具有广阔的发展空间和应用前景。
