基于特高壓變電站多參量分級檢測巡檢機器人系統應用設計

毛穎科，吳劍敏，陳 佳

(國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

變電站是電力輸送網中的重要組成部分，變電站里的設備以及環境狀態直接關系到變電網絡的正常運營[1]。傳統的巡檢方式是人工定期巡視，該方式比較直接、簡單，但不能24 h全天候巡檢，有時會出現疏忽大意等問題[2]。

近年來電力巡檢機器人得到了快速發展，正在逐步代替人工巡檢。巡檢機器人一般采用輪式結構，即機器人做成小車的形狀，可以在地面上自由行走，機器人內部有整套的系統工作軟件[3]。但是這種系統設計還不夠完善，存在一些問題，比如受環境影響，以及機器人本體系統軟件過于龐大，導致CPU負荷過高，出現宕機等問題。

本文介紹的巡檢機器人系統可以很好地解決這些問題，該系統控制的機器人采用輪式結構見圖1。

圖1 輪式巡檢機器人外觀

本系統具有如下特點：運動與控制分離，本體控制系統負責運動，站控服務系統負責控制；精簡本體系統，機器人本體系統采用嵌入式ARM芯片，有效降低功耗，防止宕機；采用RGCS系統，給機器人發送指令，控制機器人運動，并完成相應的巡檢任務；任務狀態機機制，每一條巡檢任務都會經歷多個狀態，并支持暫停任務，開始任務模式。

1 變電站巡檢機器人系統

變電站巡檢機器人系統總體框架見圖2。

圖2 巡檢機器人系統

Web server是一個網站服務程序，提供圖形界面的操作，用戶可以通過該程序完成巡檢計劃，巡檢任務的配置。該程序將這些配置寫入到數據庫；實時地從數據庫中讀取巡檢結果信息，并在界面上展現；提供手動控制機器人的操作界面。

RGCS是巡檢任務執行的控制實體，實現的功能具體如下：①不斷的輪訓數據庫，查找當前需要執行的巡檢任務；②根據巡檢任務的內容，產生一系列的控制指令，發送給機器人，使其運動到目標位置，然后完成該位置的巡檢操作，例如拍照，視覺識別，讀取傳感器的數值等；③將巡檢結果寫入到數據庫；④接收Web server發送的手動控制指令，產生相應的控制命令，發送給機器人。

機器人本體程序負責接收RGCS發送的控制指令，然后控制電機驅動器，運動到目標位置，并將到位信息反饋給RGCS系統。

2 RGCS系統

2.1 RGCS系統結構

RGCS系統是控制機器人運動的核心模塊，扮演著機器人“大腦”的角色，體現了運動與控制分離的思想。該系統的總體結構如圖3所示。

圖3 RGCS系統結構

該系統共分為4個模塊，其中Web agent負責接收Web server發送的手動控制指令，解析完畢后發送給Robot control模塊，Robot control模塊將指令轉化為機器人的控制命令，然后發送給機器人，實現手動控制。DB control模塊提供數據庫操作的所有接口。Task manager模塊是RGCS系統的任務控制模塊，該模塊完成任務的自動巡檢工作。

2.2 Task manager模塊

2.2.1 巡檢任務工作流程

Task manager給機器人發送目標位置的坐標，包括目標點坐標，云臺位置，相機的倍率與焦距值。這些值是用工具給機器人做巡檢位置建模的時候保存的[4]，在自動巡檢模式下，Task manager從數據庫中讀取這些目標點的位置，發送給機器人。

機器人收到位置信息后，先控制電機運動到目標位置，再控制相機到相應的倍率與焦距位置，然后返回給Task manager一個全部到位的信息。

Task manager收到到位信息后，機器人本體的任務已經完成，剩下的工作由Task manager來完成，這些工作包括控制機器人本體中的相機拍攝一張照片，然后對照片的內容做視覺識別處理[5]，獲取到照片中儀表的數值，或者讀取機器人本體中外設的數值，例如紅外相機的溫度，傳感器的溫度，氧氣和二氧化碳傳感器的數值等。

2.2.2 巡檢任務狀態機

Task manager內部實現了一個任務狀態機，該狀態機的狀態圖如圖4所示。

圖4 任務狀態機

狀態機描述具體如下。

(1)start：狀態機啟動，開始進入自動巡檢模式。

(2)state final：狀態機停止，進入手動控制模式。

(3)state check schedule：從數據庫中查找需要執行的計劃，然后根據計劃生成一系列的巡檢任務。

(4)state check job queue：從任務隊列中取一條任務執行，如果隊列中沒有任務，則進入狀態1。

(5)state plan path：給機器人發送位置信息，然后定時檢測機器人是否已經到位。

(6)state handle job：收到機器人到位信息后，開始做巡檢任務，獲取儀表和傳感器數值，然后轉到狀態5。

(7)state job finished：將任務結果寫到數據庫，并更新任務狀態，然后再轉到狀態2。

狀態機的啟停可以由外部來控制，在本系統中，Web server模塊提供狀態機啟停的交互界面，當用戶需要手動控制機器人運動時，要先給RGCS發送停止自動巡檢的指令，RGCS收到指令后，暫停/停止當前正在執行的任務，然后使狀態機跳出工作態，進入state final狀態，這時用戶才可以手動控制機器人。

當用戶結束對機器人的控制后，需要給RGCS發送開始自動巡檢的指令，RGCS收到指令后，使狀態機由state final狀態跳轉到工作狀態，繼續執行暫停的巡檢任務，或者開始新的巡檢任務。

3 結語

本文提出了一種新型變電站巡檢機器人的系統設計方案，該方案可以簡化機器人本體系統的復雜度，將復雜的邏輯控制部分交給站控服務系統，從而降低本體控制系統的散熱與功耗，避免系統宕機。

本文還提出了RGCS系統控制機器人做巡檢任務的方案，運用任務狀態機機制，可以準確有效地控制機器人運動。