超高壓線路中巡檢機器人的設計運用分析

郝亞斐

摘要：在500kV超高壓輸電線路運維巡檢中，巡檢機器人能夠代替人工執行高壓巡檢任務，降低工人巡線的勞動強度。傳統巡檢機器人在實踐工作中控制精度較低，數據傳輸不穩定，因此本文在傳統巡檢機器人的基礎上，引入基于工業主板的巡檢機器人，提升巡檢機器人的智能化水平，進而提升高壓線路運維巡檢的質量和水平。

關鍵詞：500kV高壓線路；巡檢機器人；雙無線傳輸

1 巡檢機器人控制系統硬件構成

1.1 機器人總體控制系統結構及關鍵硬件

在本文研究中，機器人總體控制系統結構包括PC（監控電腦）+IPC（工業母版）+PMAC（多軸運動控制卡），采用三級遞階控制結構，包括地面基站（監控級）、機器人本體控制系統（組織級）、下位機（執行級）。在巡檢機器人控制系統的硬件組成中，工業母版是核心硬件，其實現地面基站對機器人的越障控制，并通過無線通訊模塊反饋信息，通過I/O接口采集各傳感器的狀態，并進行邏輯分析與處理。機器人總體控制系統的硬件組成還包括數字量模擬量采集卡、運動控制卡、無線通訊模塊、電機控制方案、雙無線傳輸等。

1.2 檢測設備與地面基站

巡檢機器人總控制系統的檢測設備的核心是云臺攝像機和紅外熱像儀，在視頻服務器板卡的支持下，實現其與地面基站的無線通信，檢測信號則通過無線網橋進行傳輸。基地通過對檢測設備的控制將采集到的視頻信息或其他數據信息存入到工業母板硬盤中進行備份。地面工作人員可以通過檢測設備傳輸過來的視頻圖像對線路進行判斷，判斷其是否存在故障或安全隱患。地面基站的核心組成部分是檢測控制操作平臺和運動控制遙控器，以獨立通訊通道的方式實現對巡檢機器人的運動控制。基站視頻控制模塊由“平板電腦+自制遙控平臺”構成，負責云臺方位變換、可見光拉焦、抓圖與錄像。

2 雙無線傳輸系統

2.1 總體軟件設計

在500kV超高壓線路巡檢中，巡檢機器人的整個系統是由多個功能組成的，在實際工作中需要同時執行若干個功能，這就需要采用多線程結構來實現巡檢機器人的有效控制。在控制流程方面，先進行初始化，然后打開各個線程，使各線程同時進入工作狀態，建立巡檢機器人與地面基站的無線通訊，實現信息數據的無線傳輸。雙無線傳輸系統開始運轉之后，工業母板開始讀取各傳感器狀態信息，并打開網絡進行信息連接，然后接受機器人發送來的數據信息。基地工作人員結合傳輸來的信息判斷自動模式或手動模式，然后進行對應操作。

2.2 基于RS232串口數據傳輸系統設計

RS232串口是實現巡檢機器人系統通訊的關鍵，而RS232串口通訊的實現方法則需要結合超高壓輸電線路巡檢的實際情況來決定，在本文的設計中，巡檢機器人進行數據傳輸時是雙向傳輸，數據為兩個數組，而且為了保證高壓線路安全、穩定、可靠的運行，需要對線路中的安全隱患和故障進行實時的控制，對數據傳輸的實時性要求較高，因此選擇MSComm控件作為實現RS232串口通訊的方法。在MSComm控件的編程中，應在程序中嵌入通信控件，并利用串口通信類編程實現通信功能。

2.3 基于以太網的視頻數據傳輸系統設計

在本文的巡檢機器人控制系統中，采用基于TCP/IP的以太網通訊方式，這種通訊方式適合高壓線路環境特點，能夠有效的保證信號傳輸的穩定性與安全性。在基于TCP/IP的以太網通訊模式下，其服務器編程與客戶端編程方法分別為：①服務器端編程：創建一個socket→設置socket屬性→綁定IP地址與端口→開啟監聽→接受客戶端的連接→收發數據→關閉網絡→關閉監聽；②客戶端編程：創建一個socket→設置socket屬性→綁定IP地址與端口→設置對方的IP地址和端口→連接服務器→收發數據→關閉網絡連接。在系統運行過程中，高壓線路信息的采集是通過紅外熱成像儀和可見光攝像機來完成的，視頻信息采集的同時通過兩路數據傳輸到基站平板電腦中，然后巡檢工作人員可對視頻信息進行檢查與判斷，進而確定高壓線路是否存在安全隱患或故障。

3 基于專家控制系統的設計

3.1 專家控制軟件實現方法

在高壓線路巡檢機器人上安裝有多個光電傳感器，以多傳感器融合的方式對傳感器信息進行收集，并在一定規則條件下進行處理與綜合。多傳感器融合技術實現了專家控制軟件對數據信息的檢測、整合和處理。為實現機器人自主越障，需要對專家控制系統的結構模型進行設計，主要包括推理機、事實庫、知識庫的軟件設計。知識庫主要存儲人類專家的知識，供推理機調用，也稱為規則庫，記錄機器人執行巡檢的行為與環境信息。事實庫分為動態與靜態，靜態庫存儲機器人的所有動作指令，動態庫存儲機器人當前狀態。

3.2 故障診斷與處理

高壓線路巡檢機器人在日常巡檢任務執行過程中，在面對各種復雜的條件時需要具備一定的智能，這就需要在巡檢機器人系統中設置故障自診斷與處理模塊，使機器人對常見故障進行自診斷與處理。時間工作中發現，機器人常見故障主要包括傳感器故障和動作故障兩種。當出現動作故障時，遙控器發出指令5s時間沒有回饋時，巡檢人員執行復位按鈕，并重新按鍵執行該動作。當出現傳感器故障時，通過機器人攜帶的帶有云臺的可見光攝像機進行觀察，并進行針對性的復位操作。

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