提升變電站機(jī)器人巡視作業(yè)率的方案探究

尹 琪，殷 軍，屠楚明，申志成

(國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

隨著智能運(yùn)檢技術(shù)的深入推廣和應(yīng)用，智能機(jī)器人越來越多地運(yùn)用到變電站運(yùn)維工作中，應(yīng)用范圍廣，工作頻次高，減少現(xiàn)場一線員工繁雜、低效、重復(fù)的工作量，提升運(yùn)維工作的質(zhì)量和效率。采用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行巡視，既具有人工巡視的靈活性、智能性，同時(shí)也克服和彌補(bǔ)了人工巡視存在的缺陷和不足，更適應(yīng)智能和無人值守發(fā)展的實(shí)際需求，是智能和無人值守巡檢技術(shù)的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

長久以來，變電站內(nèi)機(jī)器人巡視工作一直處于變電站運(yùn)維人員和生產(chǎn)廠家不斷改進(jìn)的過程當(dāng)中。然而，隨著應(yīng)用的不斷深入和對機(jī)器人工作要求的逐步提高，目前機(jī)器人巡視暴露出來一些問題，比如周圍環(huán)境改變導(dǎo)致的機(jī)器人停滯或跑偏、機(jī)器人無法自主充電，經(jīng)常性使機(jī)器人停止巡視作業(yè)，影響機(jī)器人巡視在日常運(yùn)維工作中的應(yīng)用。

對導(dǎo)致機(jī)器人停止作業(yè)的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析，從變電站運(yùn)維的角度探尋解決思路，并設(shè)計(jì)合理的方案進(jìn)行實(shí)施，以提升機(jī)器人巡視作業(yè)率。

1 問題分析

1.1 調(diào)查統(tǒng)計(jì)

為了深入研究導(dǎo)致機(jī)器人停止巡視作業(yè)的原因，調(diào)查統(tǒng)計(jì)了某地區(qū)20座機(jī)器人變電站2018年發(fā)生的各類機(jī)器人停止巡視作業(yè)問題，并歸納分類。

1.2 原因分析

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，導(dǎo)致機(jī)器人停止巡視作業(yè)的因素大致可以分為各類場地因素和機(jī)器人各類故障因素，主要問題統(tǒng)計(jì)如表1所示。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，機(jī)器人各類故障因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)占比總停止作業(yè)次數(shù)的41 %，這一數(shù)據(jù)與機(jī)器人的質(zhì)量、性能直接相關(guān)。各類故障因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)具有偶發(fā)性，需要運(yùn)維人員在故障發(fā)生時(shí)第一時(shí)間聯(lián)系廠家，廠家人員第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場，針對性地找出故障原因，并進(jìn)行專業(yè)測試、調(diào)試及維修，必要時(shí)還需要更換零部件。

表1 某地區(qū)18年機(jī)器人停止作業(yè)問題統(tǒng)計(jì)

圍繞巡視機(jī)器人發(fā)生的各類故障問題，機(jī)器人廠家一直在改進(jìn)中，目前隨著機(jī)器人巡視技術(shù)越來越成熟，巡視機(jī)器人故障率呈現(xiàn)逐年下降趨勢。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，各類場地因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)占總停止作業(yè)次數(shù)的59 %，解決各類場地因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)也是變電站運(yùn)維工作的重點(diǎn)。場地因素包括巡視通道兩旁草叢過高、現(xiàn)場安全措施等，本質(zhì)上都屬于機(jī)器人巡視通道上或通道兩旁出現(xiàn)物體，被巡視機(jī)器人判斷為障礙物或干擾導(dǎo)航，致使機(jī)器人停止移動(dòng)。從變電站運(yùn)維工作角度著手，重點(diǎn)探尋方案解決由于變電站內(nèi)場地因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)問題。

1.3 解決思路

伴隨傳感器技術(shù)的進(jìn)步和變電站內(nèi)機(jī)器人無軌巡視的趨勢，目前大多數(shù)巡視機(jī)器人采用激光定位導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生各類場地因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)時(shí)，機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)由于場地因素而無法工作或主動(dòng)觸發(fā)避障功能而停止在現(xiàn)場，除此之外機(jī)器人本體可以正常運(yùn)行。因而課題組從機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)出發(fā)，設(shè)計(jì)機(jī)器人避障繞行程序，當(dāng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)無法判定當(dāng)前位置或遇到障礙物時(shí)，選擇備選巡視線路繼續(xù)巡視。

2 提升方案及實(shí)施

2.1 備選巡視路線確定

將變電站內(nèi)的機(jī)器人巡視路線抽象為由節(jié)點(diǎn)和連線組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)遇障位置的不同，以路徑最短為原則選擇備選巡視路線。以某220 kV變電站的機(jī)器人巡視路線為例，如圖1所示。將該巡視路線抽象為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。

該行駛路線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由5個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)(如結(jié)點(diǎn)1-2-3-4)與2個(gè)樹枝狀結(jié)構(gòu)(如結(jié)點(diǎn)10-11)組成，當(dāng)遇障點(diǎn)位于環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，其備選巡視路線為沿環(huán)路繞行；當(dāng)遇障點(diǎn)位于樹枝狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，備選巡視路線為原路返回至上一拓?fù)涔?jié)點(diǎn)。

2.2 機(jī)器人避障繞行程序模塊編寫及測試

根據(jù)備選巡視路線方案與導(dǎo)航點(diǎn)點(diǎn)位表，制定機(jī)器人避障繞行程序的算法流程圖，并根據(jù)算法流程圖編寫程序，如圖3所示。

一座220 kV變電站的機(jī)器人巡視路線由上千個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)組成。當(dāng)機(jī)器人激光傳感系統(tǒng)檢測到道路前方障礙物或由于道旁遮擋無法判斷導(dǎo)航方向時(shí)，機(jī)器人根據(jù)當(dāng)前導(dǎo)航點(diǎn)所在位置選擇繞行方案，如果遇故障時(shí)位于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，機(jī)器人計(jì)算所在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)路徑實(shí)際長度，選擇長度最短的環(huán)形路徑，掉頭沿此環(huán)形路徑行駛。在環(huán)形路徑上的巡視任務(wù)完成后，自動(dòng)返回上一拓?fù)浣Y(jié)點(diǎn)，繼續(xù)巡視；如果遇障時(shí)位于樹枝狀結(jié)構(gòu)上，機(jī)器人自動(dòng)返回上一拓?fù)浣Y(jié)點(diǎn)，繼續(xù)巡視任務(wù)。

現(xiàn)場設(shè)置障礙物，測試改進(jìn)算法程序后的機(jī)器人遇障反應(yīng)，可以看到機(jī)器人在安全圍欄面前停止移動(dòng)，并原路返回。

2.3 后續(xù)場地維護(hù)

當(dāng)機(jī)器人激光傳感系統(tǒng)檢測到道路前方障礙物或由于道旁遮擋無法判斷導(dǎo)航方向時(shí)，機(jī)器人會(huì)啟動(dòng)拍照功能記錄當(dāng)前所在位置的影像并返回后臺。變電站運(yùn)維人員在交接班前檢查機(jī)器人后臺，針對機(jī)器人返回的巡視路線上存在的各種場地問題，分別開展場地維護(hù)工作。

2.3.1 圍欄等安全措施

當(dāng)場地上正在進(jìn)行設(shè)備檢修、改造工作，尤其是大型綜合檢修等工期較長的工程時(shí)，會(huì)有安全措施阻斷機(jī)器人行駛道路。運(yùn)維人員需要根據(jù)工作計(jì)劃調(diào)整機(jī)器人巡視路線，從而使巡視路徑最優(yōu)化。

2.3.2 道旁新增設(shè)備

當(dāng)?shù)缆放猿霈F(xiàn)新增設(shè)備，而機(jī)器人廠家維護(hù)人員未及時(shí)更新機(jī)器人導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致機(jī)器人在新環(huán)境中無法確定前進(jìn)方向時(shí)，機(jī)器人運(yùn)維人員及時(shí)通知廠家維護(hù)人員，對新增設(shè)備位置進(jìn)行導(dǎo)航地圖掃描工作，并將后臺原有導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)更新。

2.3.3 道路旁草叢過高

當(dāng)?shù)缆放圆輩策^高，變電站運(yùn)維人員及時(shí)通知相關(guān)人員清除或修剪道旁過高草叢，并檢查變電站其他道旁草坪情況，對過高的草叢全面整治。

2.4 效果驗(yàn)證

該成果在瓦山變?nèi)揪C合檢修工程與新華變110 kV副母綜合檢修工程啟動(dòng)前投入使用，對機(jī)器人算法及軟件進(jìn)行升級改造。在工程期間，機(jī)器人對于行駛道路上的安全圍欄與工程物資能夠有效避開，并且在不遺漏巡視點(diǎn)位的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)繞行路線最優(yōu)化。

3 結(jié)論

為提升機(jī)器人巡視作業(yè)率，調(diào)查統(tǒng)計(jì)了導(dǎo)致機(jī)器人停止巡視作業(yè)的各項(xiàng)因素，并通過歸納分類，將因素分為場地因素和機(jī)器人故障因素。

根據(jù)機(jī)器人導(dǎo)航原理，結(jié)合巡視路線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，編寫機(jī)器人避障繞行程序模塊，讓機(jī)器人遇到障礙物后沿備選巡視路線執(zhí)行任務(wù)，消除場地因素導(dǎo)致的機(jī)器人停止作業(yè)情況，并結(jié)合后續(xù)的場地維護(hù)工作進(jìn)一步優(yōu)化，提升了機(jī)器人巡視作業(yè)率。