室內(nèi)變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

孫顯鶴 郭小凱

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，利用攜帶檢測設(shè)備與機(jī)械臂的室內(nèi)機(jī)器人巡檢平臺來替代人工進(jìn)行室內(nèi)巡檢成為了可能[1]。本文在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有室外巡檢機(jī)器人進(jìn)行改造，使其能夠適應(yīng)室內(nèi)變電站的巡檢工作。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

原有巡檢機(jī)器人針對室外設(shè)備區(qū)巡檢需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，為適應(yīng)室內(nèi)巡檢任務(wù)，本文將多軸聯(lián)動機(jī)械臂放置到了巡檢機(jī)器人本體之上。在進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，通過機(jī)械臂對巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，使得巡檢機(jī)器人在室內(nèi)空間實(shí)現(xiàn)最大限度的目標(biāo)覆蓋及數(shù)據(jù)采集。通過后臺軟件功能的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對不同巡檢任務(wù)的拓展兼容。

由于要實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在復(fù)雜工作空間中的無死角覆蓋，就必須讓機(jī)器人對檢測場景擁有感知能力，通過視覺反饋調(diào)整機(jī)械臂末端姿態(tài)以及接觸力等方式，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的在線定位檢測功能。

為保證巡檢機(jī)器人在作業(yè)過程中能夠精確定位[2]，通過激光導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航。針對某些關(guān)鍵位置的準(zhǔn)確停靠，特別是在長距離路徑、局放監(jiān)測、擺渡等過程中，對精確定位要求特別高的位置，采用射頻標(biāo)簽識別（RFID）輔助定位。

2 室內(nèi)巡檢機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)與視覺定位檢測技術(shù)

針對上述關(guān)鍵技術(shù)，本文主要闡述其中的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航方法與視覺定位檢測技術(shù)。

2.1 機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)

目前常見的定位算法有三邊測量法和三角測量法，其中三角測量法的實(shí)施過程較為簡單，應(yīng)用較廣泛。

室內(nèi)巡檢機(jī)器人導(dǎo)航控制原理如圖1所示，圖中ΔS和Δθ為當(dāng)前運(yùn)行路徑的位置偏差和角度偏差。激光定位傳感器預(yù)先存儲環(huán)境中所有路標(biāo)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，機(jī)器人導(dǎo)航時(shí)，定位傳感器自動將檢測到的路標(biāo)與存儲的路標(biāo)匹配，進(jìn)而計(jì)算得到機(jī)器人位置與航行信息。

圖1 巡檢機(jī)器人導(dǎo)航控制原理

巡檢機(jī)器人導(dǎo)航過程中位置與航向偏差如圖2所示，傳感器坐標(biāo)系中的x軸與機(jī)器人縱軸重合，這樣激光定位得到的坐標(biāo)和方向即為機(jī)器人在全局坐標(biāo)系下的位置（x，y）和航向θ。

圖2 巡檢機(jī)器人位置及航向偏差

2.2 視覺定位與檢測技術(shù)

由于室內(nèi)巡檢機(jī)器人工作空間有限，本文通過將多功能工具盤安裝到多軸聯(lián)動機(jī)械臂的末端執(zhí)行器之上，從而使得巡檢機(jī)器人能夠更好地利用有限的工作空間。因此，要求巡檢機(jī)器人能夠?qū)z測目標(biāo)進(jìn)行空間感知，并將感知結(jié)果反饋回多軸聯(lián)動機(jī)械臂，機(jī)械臂根據(jù)視覺反饋結(jié)果做出相應(yīng)的動作，讓末端工具盤移動到檢測位置，完成對目標(biāo)的檢測。

本文采用了Drost-PPF[3]算法來完成空間物體對定位的感知，該算法分離線訓(xùn)練和在線識別兩個(gè)過程，采用了點(diǎn)對特征來描述點(diǎn)云數(shù)據(jù)的幾何關(guān)系，離線訓(xùn)練的過程中，通過輸入模型的點(diǎn)對特征訓(xùn)練匹配數(shù)據(jù)的特征描述器，而在線識別的過程中，利用模型特征描述器快速識別場景與模型的相似點(diǎn)對，最后通過三維霍夫投票獲得檢測物體在機(jī)器人坐標(biāo)系中的位姿。利用視覺反饋的信息，讓機(jī)械臂末端工具盤到達(dá)檢測位置對目標(biāo)物體進(jìn)行檢測。

對于不同的檢測目標(biāo)，只需要切換不同的模型就能完成對不同物體的檢測定位，擴(kuò)展了室內(nèi)巡檢機(jī)器人的檢測功能。

3 系統(tǒng)方案

本文將室內(nèi)巡檢機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了整合，并建立了一套完整、有效的室內(nèi)變電站自動化巡檢流程與相關(guān)辦法。通過軌道懸掛機(jī)器人來完成主要巡檢作業(yè)任務(wù)，無軌激光導(dǎo)航地面機(jī)器人配合軌道機(jī)器人，對軌道機(jī)器人的巡檢死角進(jìn)行檢查，通過智能巡檢機(jī)器人平臺軟件，對兩種機(jī)器人的日常巡檢結(jié)果進(jìn)行自動匯總、自動分析，實(shí)現(xiàn)趨勢預(yù)判的功能。系統(tǒng)總框圖如圖3所示。

為了更好地適應(yīng)室內(nèi)巡檢任務(wù)，無軌激光導(dǎo)航機(jī)器人采用蓄電池直接進(jìn)行供電，并在相應(yīng)巡檢區(qū)域配置供電點(diǎn)，通過機(jī)器人智能電量監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)電池電量的自動補(bǔ)給。軌道式機(jī)器人采用蓄電池和滑觸線相結(jié)合的方式進(jìn)行供電，提高了巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

圖3 室內(nèi)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)總框圖

4 結(jié)語

本文所示室內(nèi)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)通過對現(xiàn)有室外巡檢機(jī)器人進(jìn)行改造來實(shí)現(xiàn)，可有效提高室內(nèi)巡檢維護(hù)效率，降低維護(hù)成本，提高作業(yè)安全性。室內(nèi)自動巡檢系統(tǒng)可替代人工完成室內(nèi)變電站的巡檢工作，從而減輕巡檢人員的工作強(qiáng)度，降低企業(yè)的人力資源投入成本。