變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目方案

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1、 重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng) 項目方案 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目小組 2010.9  1 概述 1.1 項目背景 傳統(tǒng)的變電站巡檢工作主要由工作人員來完成，但對于無人值守或少人值守的變電站，巡檢工作是一件非常困難的工作，尤其對偏遠地區(qū)的變電站，需要耗費大量的人力和時間；其次，由于變電站多為高壓、高輻射設(shè)備，人工巡檢具有很大的危險性；同時對于無人值守或少人值守的變電站，當變電站故障時的應(yīng)急指揮調(diào)度難度也非常大。因此運用機器人在一定程度上代替人工對變電站實行自動巡檢成為變電站巡檢的發(fā)展趨勢。 為了更好的實現(xiàn)偏遠地區(qū)和

2、無人值守變電站的安全、可靠地巡檢，重慶市電力公司超高壓局建設(shè)巡檢機器人應(yīng)用系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)對機器人實現(xiàn)遙控巡檢。系統(tǒng)通過定位系統(tǒng)對機器人準確導(dǎo)航、定位，采集電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，即時向控制中心返回設(shè)備狀態(tài)和機器人本體工作狀態(tài)。中心通過無線網(wǎng)絡(luò)對機器人實施監(jiān)控，對返回的數(shù)據(jù)進行處理，即時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的外觀異常和內(nèi)部熱缺陷等故障，從而達到可靠的巡檢。 1.2 應(yīng)用效果 通過開發(fā)、安裝變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)，可達到以下預(yù)期成果： 1. 機器人本體能夠沿著指定的巡檢線路進行巡游； 2. 機器人在巡游過程中對待檢設(shè)備定位； 3. 通過攝像儀和紅外熱像儀對變電站電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測；

3、4. 采集機器人本體的狀態(tài)參數(shù)，并將這些參數(shù)傳送至控制中心； 5. 對機器人本體的硬件進行檢測，一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)給出報警提示并采取相應(yīng)措施，確保機器人在工作過程中的可靠性和安全性； 6. 控制中心能夠通過上傳的視頻和紅外圖像對電氣設(shè)備進行監(jiān)控； 7. 控制中心通過電子地圖來展現(xiàn)機器人巡檢的工作過程； 8. 工作人員能夠?qū)C器人本體的運動實現(xiàn)遠程控制； 9. 工作人員能夠?qū)σ曨l和紅外設(shè)備實現(xiàn)遠程控制； 10. 工作人員能夠?qū)C器人本體的工作狀態(tài)進行監(jiān)控； 11. 機器人本體和控制中心之間能夠通過網(wǎng)絡(luò)進行通信。 2 設(shè)計方案 2.1 建設(shè)思路 通過重慶創(chuàng)格科技有限責(zé)任公司和重

4、慶大學(xué)專家一起研討，制定出一套切實可行的方案。在該方案的基礎(chǔ)上定制或研發(fā)相應(yīng)的設(shè)備，經(jīng)過組裝、調(diào)試研制出機器人本體部分。再根據(jù)項目的需求制定出配套軟件的設(shè)計方案，然后通過編碼完成項目的軟件部分。最后到現(xiàn)場進行聯(lián)合調(diào)試，對出現(xiàn)的問題進行改進，最終將成果交付超高壓局。 建設(shè)過程中堅持以下原則： 能夠完成巡檢任務(wù)； 不破壞變電站任何裝置； 不影響電氣設(shè)備的正常運行； 機器人在工作中保證可靠性； 在一定程度上減輕工作人員的巡檢工作量。 2.2 整體架構(gòu) 系統(tǒng)由三個部分組成：變電站控制中心軟件、無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場巡檢機器人。控制中心軟件運行在變電站控制室的計算機上，主要功能

5、是對巡檢現(xiàn)場的情況進行監(jiān)控。該軟件包括以下幾個主要功能： 1、電子地圖的展現(xiàn)。控制中心軟件根據(jù)變電站平面圖繪制出電子地圖，對巡檢機器人的工作過程進行展現(xiàn)。 2、視頻、紅外圖像的顯示。機器人采集的視頻圖像信息和紅外圖相信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心軟件就會在相?yīng)的窗口中顯示視頻圖像和紅外圖像。工作人員可以通過這兩個窗口監(jiān)視現(xiàn)場的工作情況和設(shè)備的運行情況。 3、機器人狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示?？刂浦行能浖軌蚪邮諜C器人回傳的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并將其在窗口中顯示出來。這樣工作人員可以及時地了解現(xiàn)場的巡檢狀況。 4、遠程遙操作?？刂浦行能浖试S工作人員通過軟件提供的操作

6、面板對機器人本體、攝像儀和紅外熱像儀實施遠程遙操作，不僅可以遠程控制機器人行走而且可以控制攝像儀和紅外熱像儀的云臺、焦距等。 無線網(wǎng)絡(luò)負責(zé)中心軟件和巡檢機器人之間的通訊。無線網(wǎng)絡(luò)要求高帶寬、高可靠性和低延遲，能夠穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中誤碼率低。 巡檢機器人主要承擔設(shè)備巡檢的任務(wù)并將采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)上傳到控制中心。其主要功能包括： 1、機器人導(dǎo)航定位。機器人要能夠沿著巡檢路線巡游，同時還要能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的位置進行定位。 2、機器人本體故障診斷和自保護。機器人本體軟件系統(tǒng)對硬件進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)發(fā)出報警信息并采取相應(yīng)措施進行自我保護。 3、電

7、力設(shè)備的監(jiān)測。機器人通過其所攜帶的攝像儀和紅外熱像儀對電力設(shè)備進行監(jiān)測，并將采集的圖像數(shù)據(jù)和紅外數(shù)據(jù)上傳至控制中心。 2.3 拓撲結(jié)構(gòu) 機器人本體攜帶導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?？刂浦行能浖\行在監(jiān)控室的服務(wù)器上。服務(wù)器與機器人之間采用點對點的無線網(wǎng)絡(luò)連接。在機器人上安裝全向天線，確保在任何方向上都能夠接收到無線網(wǎng)絡(luò)信號。服務(wù)器通過交換機和無線AP相連，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上保證機器人和服務(wù)器處于同一個局域網(wǎng)網(wǎng)段中，這樣機器人和服務(wù)器就能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信。 2.4 系統(tǒng)工作方式 系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器的工作模式。控制中心軟件作為客戶端，機器人作為服務(wù)器。系統(tǒng)運行時，機器人首

8、先啟動，然后啟動控制中心的軟件系統(tǒng)。在這個過程中機器人會和服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接。機器人開機啟動后，就會在導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下沿著巡檢路線行進，在各個監(jiān)測點，機器人會停下來對電力設(shè)備進行監(jiān)測的工作。機器人所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)和本體運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心。 控制中心接收機器人發(fā)回的數(shù)據(jù)，其中，視頻和紅外數(shù)據(jù)通過控制中心軟件窗口顯示；機器人本體數(shù)據(jù)在狀態(tài)窗口中顯示?？刂浦行能浖€以電子地圖的方式展現(xiàn)機器人在現(xiàn)場的工作情況。另外，工作人員還可以通過軟件控制面板對機器人的行走和攝像儀、紅外熱像儀的焦距、云臺進行遠程遙操作。 2.5 系統(tǒng)可靠性 2.5.1 可靠性隱患 1機器人在行走過程中出現(xiàn)無

9、法檢測到磁條、標簽時會與行走路線產(chǎn)生較大偏差，超出了系統(tǒng)的控制范圍； 2、機器人攜帶的設(shè)備可能出現(xiàn)故障； 3、網(wǎng)絡(luò)可能會出現(xiàn)中斷。 2.5.2 可靠性解決方案 1. 可靠的導(dǎo)航控制：采用多種導(dǎo)航定位技術(shù)相融合的方案，確保機器人在行走過程中不會出現(xiàn)大的偏差和失控的情況。一旦出現(xiàn)無法控制的情況，機器人采用多種處理方式使自己停止運行。用戶可以采用遠程人工控制的方法，一旦系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則可以采取人工對機器人的行走加以控制。 2. 故障檢測和機器人的自我保護：機器人在運行過程中不斷檢測自身硬件設(shè)備的運行狀況。一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的故障處理程序會采取相應(yīng)的處理措施，必要時可以讓機器人停止工

10、作。這樣可以避免機器人出現(xiàn)失控的情況下對自身和電力設(shè)備造成損害。 3. 采用高可靠性的網(wǎng)絡(luò)：采用高可靠性、高傳輸帶寬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一方面保證了機器人和控制中心之間的通訊暢通，另一方面可以使監(jiān)控室的視頻、紅外圖像保持流暢，減少了控制中心與機器人失去聯(lián)系的情況。同時為了以防網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷，機器人配置了網(wǎng)絡(luò)檢測模塊，該模塊實時檢測網(wǎng)絡(luò)的連接狀況，一旦檢測到網(wǎng)絡(luò)中斷，機器人會停止運行。 2.6 開發(fā)環(huán)境 以Visual C++ 6.0作為開發(fā)工具，電子地圖采用MapX，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server數(shù)據(jù)庫平臺。 3 功能設(shè)計 3.1 導(dǎo)航定位 機器人本體沿著指定路線行走?？紤]到機器人兩個電

11、機性能的差異性以及在行走過程中出現(xiàn)的偏差，因此機器人控制系統(tǒng)包含對在行走過程中出現(xiàn)的偏差進行校正。在路徑轉(zhuǎn)彎處能夠識別轉(zhuǎn)彎標志并且能夠正確做出轉(zhuǎn)彎動作。 在巡檢過程中能夠?qū)ΡO(jiān)測點以及特殊位置實現(xiàn)定位。機器人本體能夠比較準確地讀取監(jiān)測點的標識信息，從而使機器人停止前進并對電氣設(shè)備進行檢測。在路徑轉(zhuǎn)彎處，機器人也能夠讀取轉(zhuǎn)彎標識從而使機器人能夠做出正確的轉(zhuǎn)彎動作。 3.2 設(shè)備監(jiān)測 在監(jiān)測點，機器人本體可通過實現(xiàn)設(shè)定的預(yù)置位將可見光攝像儀和紅外熱像儀自動對準待監(jiān)測電氣設(shè)備，并對其運行狀態(tài)、溫度等進行監(jiān)測，之后將采集的視頻圖像、紅外圖像以及溫度等參數(shù)傳送至控制中心，工作人員通過控制中心軟件窗口

12、在線檢測電氣設(shè)備的運行狀態(tài)。在巡檢過程中，用戶還可以對云臺位置和焦距等參數(shù)進行設(shè)置，可使用錄像和圖像截取功能，還可對紅外熱像儀的參數(shù)進行設(shè)置。 3.3 數(shù)據(jù)采集 機器人本體通過各種傳感器采集機器人運動所需的各種數(shù)據(jù)，包括超聲波、磁傳感器、RFID標簽、溫度，這些數(shù)據(jù)能夠傳送到控制中心軟件并顯示出來。 3.4 機器人本體硬件檢測 機器人本體軟件實現(xiàn)對自身硬件的檢測，包括超聲波、磁傳感器、RFID讀寫器、網(wǎng)絡(luò)等，確保系統(tǒng)各硬件能夠正常工作。一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)會調(diào)用故障處理程序來作出相應(yīng)的處理。 3.5 故障報警處理 針對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，故障報警處理程序會根據(jù)不同故障的類別給出報警提示信

13、息并采取相應(yīng)的故障處理，這樣就保證了系統(tǒng)的可靠性。 3.6 參數(shù)設(shè)置 機器人本體軟件允許用戶對關(guān)鍵參數(shù)進行設(shè)置，這樣使得系統(tǒng)可以運行在不同的配置環(huán)境下，從而提高了系統(tǒng)的靈活性。 3.7 開機自啟動 機器人系統(tǒng)加電后，下位機軟件自動啟動，讀取設(shè)定的配置信息，進入工作狀態(tài)。 3.8 遠程控制 控制中心軟件能夠?qū)C器人本體和監(jiān)測設(shè)備（攝像儀和紅外熱像儀）進行遠程控制。工作人員通過操作遠程控制界面或鍵盤控制機器人本體前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止。 控制中心軟件提供對可見光攝像儀和紅外攝像儀遠程操作面板，可對其進行云臺控制、焦距控制、錄像、圖像截取以及紅外攝像儀各種功能的遠程控制。 3.

14、9 預(yù)置位設(shè)置 系統(tǒng)提供對監(jiān)測點的預(yù)置位設(shè)置，在監(jiān)測點用戶可以記錄下云臺的方位、俯仰角等信息，在實際巡檢時機器人根據(jù)預(yù)置位自動將云臺轉(zhuǎn)動到預(yù)先設(shè)定的方位，便于工作人員對設(shè)備進行監(jiān)測。 3.10 電子地圖展現(xiàn) 該功能根據(jù)機器人本體回傳的數(shù)據(jù)展現(xiàn)機器人的巡檢狀況。這使得工作人員以非常直觀的方式了解現(xiàn)場的情況，也使得人機界面十分友好。 3.11 視頻和紅外圖像的顯示 機器人本體采集的變電站設(shè)備視頻和紅外圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后在窗口中顯示，工作人員可以通過視頻窗口紅外窗口觀察電氣設(shè)備的運行狀態(tài)。 3.12 數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。?shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，機器人本體軟件和控制中

15、心軟件能夠發(fā)送和接收不同格式、不同類型的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)λ鼈冞M行正確的處理和顯示。 3.13 用戶管理 系統(tǒng)提供用戶登錄、添加、刪除、用戶信息修改等基本用戶管理功能。 3.14 數(shù)據(jù)存儲 系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲 4 實施方案 4.1 實施策略 1. 了解甲方的需求并給出切實可行的實施方案。 乙方在充分了解甲方的需求后，就項目的實施方案咨詢有關(guān)專家、學(xué)者，在與專家、學(xué)者進行充分研討后制定出符合甲方要求的可行的項目方案。 2. 研制或定制項目有關(guān)的硬件設(shè)備。 本系統(tǒng)的開發(fā)需要硬件的支持。乙方根據(jù)項目的實施方案，研制或定制相關(guān)的硬件設(shè)備，使得在硬件層次上保證項目滿

16、足用戶的需求。 3. 制定軟件設(shè)計方案并開發(fā)軟件系統(tǒng)。 根據(jù)項目的整體方案和客戶需求，制定出軟件設(shè)計方案，如概要設(shè)計、詳細設(shè)計，最后開發(fā)出符合需求的軟件系統(tǒng)。 4．采取先試點后推廣的策略，確保實施工作穩(wěn)步推進。 為保證項目實施工作有序、穩(wěn)步進行，可采取先試點、后推廣的策略。通過試點，一方面驗證軟、硬件系統(tǒng)，另一方面為全局推廣積累經(jīng)驗。 4.2 項目組織機構(gòu) 1. 甲方項目組織 甲方成立項目領(lǐng)導(dǎo)小組，協(xié)調(diào)各項工作，并對重大事項作出決策；成立項目工作小組，負責(zé)本項目協(xié)調(diào)溝通、組織管理和其它各項具體工作。 2. 乙方項目組織 乙方成立變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目組，負責(zé)本項目具體

17、實施工作。乙方項目組的工作由乙方項目管理組織進行統(tǒng)一管理。 4.3 項目計劃安排 項目整體工作分為七個階段：（1）項目啟動及業(yè)務(wù)需求交流、分析；（2）制定硬件系統(tǒng)的方案；（3）硬件設(shè)備的研制、定制及測試；（4）制定軟件系統(tǒng)的設(shè)計方案；（5）軟件系統(tǒng)的開發(fā)、測試；（6）系統(tǒng)整體的測試；（7）項目驗收。 項目整體計劃及各階段工作時間見下圖： 采取先試點后推廣的策略，確保實施工作穩(wěn)步推進 軟件開發(fā)與調(diào)試 硬件方案 軟件系統(tǒng)設(shè)計 第八月 第四月 第五月 第六月 第七月 第一月 項目驗收 第二月 第三月 第九月 第十月 項目啟動 需求分析 硬件研制、定制和調(diào)試

18、 系統(tǒng)整體調(diào)試 4.4 項目各階段的主要工作 項目各階段具體工作內(nèi)容見下圖： T1 需求確認 T2 制定 硬件方案 ? 需求交流 確定方案 ? ? 制定導(dǎo)航方案 ? 制定定位方案 ? 制定監(jiān)測方案 ? 制定網(wǎng)絡(luò)方案 ? 硬件資料準備 需求分析 項目實施任務(wù)包括： 1 3 2 T4 軟件系統(tǒng) 設(shè)計 ? 概要設(shè)計 ? 詳細設(shè)計 ? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 ? 4 ? 制定硬 件研制方案 購買基本材料 ? ? ? ? T3 硬件研制、 定制 制定硬件方案 硬件研制、定制 軟件系統(tǒng)設(shè)計 5 軟件開發(fā)、測

19、試 6 系統(tǒng)整體測試 7 項目驗收 T5 軟件開發(fā)、 測試 T6 系統(tǒng)整體測試 ? 機器人本體開發(fā) 控制中心軟件開發(fā) ? ? 導(dǎo)航定位測試 ? 設(shè)備巡檢測試 ? 網(wǎng)絡(luò)測試 ? 遠程控制測試 ? ? 項目驗收并投入使用 技術(shù)支持 ? T7 項目驗收 5 項目管理 5.1 項目管理目的 1. 確保項目范圍清晰且沒有不必要的重疊 2. 解決項目之間可能發(fā)生的沖突，當項目之間發(fā)生資源沖突時確定資源分配的優(yōu)先次序 3. 將項目相互之間的依賴關(guān)系溝通給相關(guān)項目，并有效地執(zhí)行 4. 減少項目風(fēng)險的影響 5. 向總部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)提供

20、有效和一致的項目狀態(tài)匯報 6. 加強貫串不同項目的項目規(guī)范的一致性 5.2 項目管理范圍 1. 在支撐機構(gòu)與每個獨立項目之間建立起有效的溝通渠道 2. 確定每個關(guān)鍵項目的主要檢查點 3. 向每個項目提供項目狀態(tài)匯報模板 4. 明確（不是任命）每個項目的項目負責(zé)人 5. 協(xié)調(diào)分析可能存在的項目風(fēng)險，提出風(fēng)險管理的方法和流程 6. 定義項目成效的衡量方法 7. 負責(zé)項目的規(guī)劃，控制實施周期 5.3 項目管理工作內(nèi)容描述 從項目管理角度，每個成功的項目都要經(jīng)歷從立項、啟動、規(guī)劃、執(zhí)行與控制及結(jié)束5個階段，在這5個階段中項目管理工作的主要內(nèi)容見下表： 階段 標題 說明 1

21、 立項 根據(jù)對業(yè)務(wù)影響的優(yōu)先順序和項目的可行性來描述并確定項目或想法，并獲得領(lǐng)導(dǎo)小組的批準。 2 啟動 定義項目要求、進行初步規(guī)劃、協(xié)商項目細節(jié)，即預(yù)算審批，以及進行“準備執(zhí)行”，評審所要求的任務(wù)或工作。 3 規(guī)劃 確保項目有效執(zhí)行所要求的活動或工作，如項目的評審和總結(jié)。建立項目組，制定詳細的項目計劃，以及為評審詳細計劃所做的最后準備。 4 執(zhí)行和控制 執(zhí)行項目及實施解決方案所涉及的活動或工作。該階段包括所有項目任務(wù)的執(zhí)行、項目的監(jiān)督和控制、成本管理、時間安排、項目成效、風(fēng)險、合同和項目的變更。該階段還包括審批項目承建商提交的項目管理或交付件的簽收。 5 結(jié)束 項目

22、完成工作，包括將實施完成的解決方案轉(zhuǎn)交給適當?shù)臉I(yè)務(wù)部門，提供培訓(xùn)、結(jié)束項目計劃，進行最后的項目評審，并解散項目組。 5.4 項目管理流程 項目管理分為項目啟動、項目執(zhí)行和項目驗收三個階段，在項目執(zhí)行階段，項目管理的主要任務(wù)是階段工作計劃制定、計劃執(zhí)行跟蹤檢查、階段總結(jié)匯報。項目管理各階段、各項任務(wù)都產(chǎn)生相應(yīng)的管理控制文檔。 項目管理階段、任務(wù)、流程及管理控制文檔的關(guān)系見下圖： 以下對項目各類管理控制文檔具體包含的內(nèi)容進行說明： 規(guī)劃報告：指項目規(guī)劃的結(jié)果報告； 月度計劃：按照項目規(guī)劃進行月度工作安排及月度工作總結(jié)，形成月度工作計劃； 每周計劃：項目管理中，每周召開例會，

23、對周工作進行總結(jié)和安排，形成項目周計劃； 實施記錄：項目實施過程中各類項目工作的記錄文檔，如：設(shè)計記錄、開發(fā)記錄、測試記錄、培訓(xùn)記錄、實施記錄、維護記錄，測試報告、實施總結(jié)、數(shù)據(jù)核對記錄、對帳報告等； 項目運行簡報：對項目實施運行過程中實施進度、系統(tǒng)使用情況、存在問題及改進要求進行總結(jié)通報，項目運行簡報報項目領(lǐng)導(dǎo)小組成員，根據(jù)需要在項目實施范圍內(nèi)進行文件下發(fā)； 階段報告：對項目規(guī)劃中各階段工作進行總結(jié)的報告，如階段設(shè)計總結(jié)、階段開發(fā)總結(jié)、實施總結(jié)、項目階段總結(jié)等。 驗收報告：項目驗收時所形成的報告，驗收報告中包含對項目過程、結(jié)果的評價。  重慶市電力公司超高壓局

24、 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng) 工作報告 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目小組 2009.12  1 立項背景 傳統(tǒng)的變電站巡檢工作主要由工作人員來完成，但對于無人值守或少人值守的變電站，巡檢工作是一件非常困難的工作，尤其對偏遠地區(qū)的變電站，需要耗費大量的人力和時間；其次，由于變電站多為高壓、高輻射設(shè)備，人工巡檢具有很大的危險性；同時對于無人值守或少人值守的變電站，當變電站故障時的應(yīng)急指揮調(diào)度難度也非常大。因此運用機器人在一定程度上代替人工對變電站實行自動巡檢成為變電站巡檢的發(fā)展趨勢。 為了更好的實現(xiàn)偏遠地區(qū)和無人值守變電站的安全、可靠地巡檢，重慶市電力公司超高壓局

25、建設(shè)巡檢機器人應(yīng)用系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)對機器人實現(xiàn)遙控巡檢。系統(tǒng)通過定位系統(tǒng)對機器人準確導(dǎo)航、定位，采集電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，即時向控制中心返回設(shè)備狀態(tài)和機器人本體工作狀態(tài)。中心通過無線網(wǎng)絡(luò)對機器人實施監(jiān)控，對返回的數(shù)據(jù)進行處理，即時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備故障，從而達到可靠的巡檢。 2 主要任務(wù) 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)負責(zé)在指定的對電氣設(shè)備的工作狀態(tài)進行巡檢。機器人在導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下能夠沿著指定路線行進，在各個監(jiān)測點，機器人停止運動并通過調(diào)節(jié)攝像儀和紅外熱像儀的參數(shù)采集電氣設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心。 工作人員在監(jiān)控室的電腦上通過控制中心軟件對電氣設(shè)備以及現(xiàn)場的巡檢情況進行

26、監(jiān)控。工作人員還可以通過遠程控制的方式對機器人本體和檢測設(shè)備（攝像儀和紅外熱像儀）進行遙操作。 3 研制過程 2009年9月～10月由重慶市電力公司超高壓局和重慶創(chuàng)格科技有限責(zé)任公司、重慶大學(xué)提出總體的思路，并確定開發(fā)小組、開發(fā)的總體方案等。 2009年11月～12月 查詢相關(guān)資料；購買所需的設(shè)備并對設(shè)備進行測試；軟件系統(tǒng)的概要設(shè)計； 2010年1月～2010年5月 硬件設(shè)備的安裝與調(diào)試；網(wǎng)絡(luò)的安裝與調(diào)試；軟件系統(tǒng)詳細設(shè)計。 2010年6月～7月 軟件系統(tǒng)編碼與測試。 2010年8月 到變電站進行現(xiàn)場調(diào)試，并獲得成功； 2010年9月 系統(tǒng)試運行并進行適應(yīng)性修改，完成系統(tǒng)各功能

27、的測試及試運行，資料文檔的準備。 4 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)實現(xiàn)機器人本體沿著指定巡檢路線行進并且能夠定位所處位置。在檢測點，機器人能夠采集變電站設(shè)備的視頻和紅外數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送至控制中心軟件。對于機器人產(chǎn)生的故障，故障處理程序會給出報警并采取相應(yīng)的處理。 控制中心軟件能夠顯示機器人傳回的監(jiān)測視頻數(shù)據(jù)和紅外數(shù)據(jù)；能夠以電子地圖方式展現(xiàn)現(xiàn)場的工作狀況。工作人員能夠通過軟件界面對機器人、攝像儀、紅外熱像儀等設(shè)備進行遠程控制。 控制中心軟件還提供用戶管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋? 4.1 導(dǎo)航定位 機器人本體沿著指定路線行走?？紤]到機器人兩個電機性能的差異性以

28、及在行走過程中出現(xiàn)的偏差，因此機器人控制系統(tǒng)包含對在行走過程中出現(xiàn)的偏差進行校正。在路徑轉(zhuǎn)彎處能夠識別轉(zhuǎn)彎標志并且能夠正確做出轉(zhuǎn)彎動作。 在巡檢過程中能夠?qū)ΡO(jiān)測點以及特殊位置實現(xiàn)定位。機器人本體能夠比較準確地讀取監(jiān)測點的標識信息，從而使機器人停止前進并對電氣設(shè)備進行檢測。在路徑轉(zhuǎn)彎處，機器人也能夠讀取轉(zhuǎn)彎標識從而使機器人能夠做出正確的轉(zhuǎn)彎動作。 4.2 設(shè)備監(jiān)測 在監(jiān)測點，機器人本體可通過實現(xiàn)設(shè)定的預(yù)置位將可見光攝像儀和紅外熱像儀自動對準待監(jiān)測電氣設(shè)備，并對其運行狀態(tài)、溫度等進行監(jiān)測，之后將采集的視頻圖像、紅外圖像以及溫度等參數(shù)傳送至控制中心，工作人員通過控制中心軟件窗口在線檢測電氣設(shè)備

29、的運行狀態(tài)。在巡檢過程中，用戶還可以對云臺位置和焦距等參數(shù)進行設(shè)置，可使用錄像和圖像截取功能，還可對紅外熱像儀的參數(shù)進行設(shè)置。 4.3 數(shù)據(jù)采集 機器人本體通過各種傳感器采集機器人運動所需的各種數(shù)據(jù)，包括超聲波、磁傳感器、RFID標簽、溫度，這些數(shù)據(jù)能夠傳送到控制中心軟件并顯示出來。 4.4 機器人本體硬件檢測 機器人本體軟件實現(xiàn)對自身硬件的檢測，包括超聲波、磁傳感器、RFID讀寫器、網(wǎng)絡(luò)等，確保系統(tǒng)各硬件能夠正常工作。一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)會調(diào)用故障處理程序來作出相應(yīng)的處理。 4.5 故障報警處理 針對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，故障報警處理程序會根據(jù)不同故障的類別給出報警提示信息并采取相應(yīng)的故

30、障處理，這樣就保證了系統(tǒng)的可靠性。 4.6 參數(shù)設(shè)置 機器人本體軟件允許用戶對關(guān)鍵參數(shù)進行設(shè)置，這樣使得系統(tǒng)可以運行在不同的配置環(huán)境下，從而提高了系統(tǒng)的靈活性。 4.7 開機自啟動 機器人系統(tǒng)加電后，下位機軟件自動啟動，讀取設(shè)定的配置信息，進入工作狀態(tài)。 4.8 遠程控制 控制中心軟件能夠?qū)C器人本體和監(jiān)測設(shè)備（攝像儀和紅外熱像儀）進行遠程控制。工作人員通過操作遠程控制界面或鍵盤控制機器人本體前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止。 控制中心軟件提供對可見光攝像儀和紅外攝像儀遠程操作面板，可對其進行云臺控制、焦距控制、錄像、圖像截取以及紅外攝像儀各種功能的遠程控制。 4.9 預(yù)置位設(shè)置

31、 系統(tǒng)提供對監(jiān)測點的預(yù)置位設(shè)置，在監(jiān)測點用戶可以記錄下云臺的方位、俯仰角等信息，在實際巡檢時機器人根據(jù)預(yù)置位自動將云臺轉(zhuǎn)動到預(yù)先設(shè)定的方位，便于工作人員對設(shè)備進行監(jiān)測。 4.10 電子地圖展現(xiàn) 該功能根據(jù)機器人本體回傳的數(shù)據(jù)展現(xiàn)機器人的巡檢狀況。這使得工作人員以非常直觀的方式了解現(xiàn)場的情況，也使得人機界面十分友好。 4.11 視頻和紅外圖像的顯示 機器人本體采集的變電站設(shè)備視頻和紅外圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸后在窗口中顯示，工作人員可以通過視頻窗口紅外窗口觀察電氣設(shè)備的運行狀態(tài)。 4.12 數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。?shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，機器人本體軟件和控制中心軟件能夠發(fā)送和

32、接收不同格式、不同類型的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)λ鼈冞M行正確的處理和顯示。 4.13 用戶管理 系統(tǒng)提供用戶登錄、添加、刪除、用戶信息修改等基本用戶管理功能。 4.14 數(shù)據(jù)存儲 系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲。 5 測試情況 通過對變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)的測試，所有功能都能正常執(zhí)行，機器人能夠沿著指定巡檢路線行進，能夠完成電氣設(shè)備的巡檢任務(wù)，可靠性、穩(wěn)定性和安全性較高。 控制中心能夠完成對現(xiàn)場的監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人和監(jiān)測設(shè)備的遠程控制，能夠以電子地圖的方式展現(xiàn)機器人現(xiàn)場運行狀態(tài)。因此系統(tǒng)整體工作情況良好，達到超高壓局的技術(shù)和功能要求。 6 總結(jié) 通過對系統(tǒng)的調(diào)試、測試、

33、試運行，變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)實現(xiàn)了對變電站設(shè)備的巡檢功能和集中控制管理，使對電氣設(shè)備的巡檢得到統(tǒng)一、有效、及時、正確的監(jiān)管，其系統(tǒng)功能是值得肯定和相信的，且具有很強的推廣價值。  重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng) 技術(shù)報告 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目小組 2010.9 1 整體架構(gòu) 圖1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu) 巡檢機器人系統(tǒng)由三個部分組成：變電站控制中心軟件、無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場巡檢機器人?？刂浦行能浖\行在變電站控制室的計算機上，主要功能是對巡檢現(xiàn)場的情況進行監(jiān)控。該軟件包括以下幾個主要功能： 1、電子地圖的展現(xiàn)?？刂?/p>

34、中心軟件根據(jù)繪制出的變電站電子地圖，對巡檢機器人的工作過程進行展現(xiàn)。 2、視頻、紅外圖像的顯示。機器人采集的視頻圖像信息和紅外圖像信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行模刂浦行能浖蜁谙鄳?yīng)的窗口中顯示視頻圖像和紅外圖像。工作人員可以通過這兩個窗口監(jiān)視現(xiàn)場的工作情況和設(shè)備的運行情況。 3、機器人狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示?？刂浦行能浖軌蚪邮諜C器人回傳的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)和電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并將其在窗口中顯示出來。這樣工作人員可以及時地了解現(xiàn)場的巡檢狀況。 4、遠程遙操作?？刂浦行能浖试S工作人員通過軟件提供的操作面板對機器人本體、攝像儀和紅外熱像儀實施遠程遙操作，不僅可以遠程控制機器人行走而且可以控

35、制攝像儀和紅外熱像儀的云臺、焦距等。 無線網(wǎng)絡(luò)負責(zé)中心軟件和巡檢機器人之間的通訊。無線網(wǎng)絡(luò)要求高帶寬、高可靠性和低延遲，能夠穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中誤碼率低。 巡檢機器人主要承擔設(shè)備巡檢的任務(wù)并將采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)上傳到控制中心。其主要功能包括： 1、機器人導(dǎo)航定位。機器人要能夠沿著巡檢路線巡游，同時還要能夠?qū)﹄娏υO(shè)備的位置進行定位。 2、機器人本體故障診斷和自保護。機器人本體軟件系統(tǒng)對硬件進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)發(fā)出報警信息并采取相應(yīng)措施進行自我保護。 3、電力設(shè)備的監(jiān)測。機器人通過其所攜帶的攝像儀和紅外熱像儀對電力設(shè)備進行監(jiān)測，并將采集的圖像數(shù)

36、據(jù)和紅外數(shù)據(jù)上傳至控制中心。 2 拓撲結(jié)構(gòu) 圖2.1 機器人系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu) 機器人本體攜帶導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?？刂浦行能浖\行在監(jiān)控室的服務(wù)器上。服務(wù)器與機器人之間采用點對點的無線網(wǎng)絡(luò)連接。在機器人上安裝全向天線，確保在任何方向上都能夠接收到無線網(wǎng)絡(luò)信號。服務(wù)器通過交換機和無線AP相連，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上保證機器人和服務(wù)器處于同一個局域網(wǎng)網(wǎng)段中，這樣機器人和服務(wù)器就能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信。 3 機器人控制技術(shù) 3.1 控制系統(tǒng)總體方案 圖3.1 控制框圖 從圖3.1中可以看出，機器人的運動控制主要分為三部分：一、停止運動：由于出現(xiàn)緊急情況（如前方出現(xiàn)障礙物或

37、者機器人內(nèi)部溫度過高）以及需要檢測電氣設(shè)備時，機器人會停止前進，等現(xiàn)場排除故障或電氣檢測結(jié)束時，機器人會繼續(xù)前進。二、轉(zhuǎn)彎運動：當機器人收到由導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)彎命令后，便開始轉(zhuǎn)彎，當轉(zhuǎn)彎結(jié)束后，機器人會開始直線運動。三、直線行走運動：當機器人沒有收到停車命令或者轉(zhuǎn)彎命令時，機器人按直線行走。 3.2 直線運動自動控制 3.2.1 控制基本原理 機器人行走控制原理如圖3.2所示： PID控制器 電機 速度 位置信息 圖3.2 直線自動運動控制控制原理圖 采用內(nèi)環(huán)為主，外環(huán)為輔的控制方式：內(nèi)環(huán)控制小車直線移動，外環(huán)校正小車的前進方向。 3.2.2 內(nèi)環(huán)控制 根據(jù)兩輪的

38、速度差，通過PID運算，校正兩輪速度，保證小車直線行走。如果出現(xiàn)偏差，控制程序計算出偏離的角度和偏移距離，從而調(diào)整機器人兩驅(qū)動輪電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)整輪子的轉(zhuǎn)向和機器人前進速度，盡量避免機器人按蛇形路徑前進。校正過程如圖3.3所示。 圖3.3 PID控制流程框圖 3.2.3 外環(huán)控制 外環(huán)控制主要是前進方向的校正。如果出現(xiàn)偏差，控制程序計算出控制量，根據(jù)傳感器檢測的小車的偏離角度，確定小車的轉(zhuǎn)向。偏離角度可以做用來預(yù)測小車的運動趨勢，當小車偏離角度與偏離距離同號，小車向相反方向轉(zhuǎn)動；當二者異號，小車先不做偏轉(zhuǎn)運動，等運行一段時間再判斷。確定小車轉(zhuǎn)向后再根據(jù)控制量，給控制器相應(yīng)端口送電壓，從

39、而調(diào)整機器人兩驅(qū)動輪電機的轉(zhuǎn)速和輪子的轉(zhuǎn)向，從而校正小車的前進方向。 3.2.4 轉(zhuǎn)彎控制 轉(zhuǎn)彎控制采用原地直角轉(zhuǎn)彎方式，具體過程是，當傳感器（磁傳感器與RFID）檢測到轉(zhuǎn)彎標志時，小車延時一段時間（盡量保證小車中心轉(zhuǎn)彎的中心位置）停下來，一個輪子轉(zhuǎn)動，另一個輪子停止原地轉(zhuǎn)動，當完成轉(zhuǎn)彎時，小車繼續(xù)前進。具體流程如圖3.4所示： 圖3.4 小車轉(zhuǎn)彎控制流程 3.2.5 避障控制 當安裝在機器人上的超聲波傳感器檢測到機器人周圍的障礙物時，工控機可以通過獲取超聲波雷達的輸出信號來判斷是否有障礙物。一旦發(fā)現(xiàn)前方有障礙物，工控機通過板卡向控制器發(fā)出停車指令，驅(qū)動電機減速，直至機器人停止運

40、行，停車距離可以通過試驗測得。當障礙物消除后，超聲波傳感器將此信息傳遞給工控機，工控機通過板卡向控制器發(fā)出啟動指令，驅(qū)動電機加速，直至機器人勻速行駛?？刂屏鞒倘鐖D3.5所示： 圖3.5 緊急停車控制流程 緊急故障停車控制（如超溫控制等）與避障控制相類似?？刂屏鞒倘鐖D3.6所示。 圖3.6 超溫停車控制流程 4 機器人導(dǎo)航定位技術(shù) 機器人導(dǎo)航系統(tǒng)由超聲波傳感器、磁傳感器以及配套的控制系統(tǒng)組成。為了使機器人能夠沿著指定路線進行巡檢，需要在機器人的巡檢線路上鋪設(shè)磁條和RFID標簽。機器人通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集相關(guān)數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)對機器人的運動姿態(tài)進行調(diào)整，為保證機

41、器人正確地沿著指定路線行走提供了保證。 為了使機器人完成對設(shè)備的檢測任務(wù)，機器人通過其攜帶的RFID讀寫器讀取地面上的RFID標簽。RFID標簽用于標識設(shè)備監(jiān)測點。RFID讀寫器一旦讀到標簽數(shù)據(jù)，機器人就停止運行并開始監(jiān)測工作。 4.1 基于RFID設(shè)備導(dǎo)航方案 在巡檢線路上安裝RFID標簽。在轉(zhuǎn)彎的地方放置RFID標簽以提供轉(zhuǎn)彎信息。在待檢設(shè)備前設(shè)置RFID標簽提供定點信息。磁條與RFID標簽安裝方式如圖4.1所示： 圖4.1 磁條與RFID標簽安裝方式 在RFID標簽中寫入定位信息和轉(zhuǎn)彎方向信息。在機器人本體安裝RFID讀寫器，機器人靠近RFID標簽時讀取標簽信息，從而判定行

42、走的里程和行進的方向。 4.2 基于磁傳感器導(dǎo)航具體方案 在變電站指定的巡檢路線上每隔一定間隔鋪設(shè)磁條。在機器人前端和后端各安裝磁傳感器。磁傳感器之間間隔一定的距離，當機器人在磁條上行走時，磁傳感器檢測磁條的磁場，根據(jù)感應(yīng)到磁場的磁傳感器的位置計算出車體的偏差，控制程序調(diào)用校正算法進行車體位置的校正。 圖4.2 磁條與磁傳感器 當磁條處于第4、5個磁傳感器中間時，表示機器人沿著線路中央行進，沒有偏差，否則出現(xiàn)偏差。如果出現(xiàn)偏差，控制程序計算出偏離的角度和偏移距離，從而控制機器人控制器調(diào)整輪子的轉(zhuǎn)向。 圖4.3磁傳感器感應(yīng)磁場示意圖 5 設(shè)備監(jiān)測技術(shù) 機器

43、人的監(jiān)測系統(tǒng)由可見光攝像儀和紅外攝像儀及其控制系統(tǒng)組成。監(jiān)測系統(tǒng)讀取狀態(tài)參數(shù)或者接收控制中心發(fā)來的狀態(tài)參數(shù)，通過調(diào)整可見光攝像儀和紅外攝像儀的方向、焦距等參數(shù)來獲取電氣設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和表盤數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)上傳到控制中心，工作人員可以通過控制中心軟件對設(shè)備工作狀況進行監(jiān)控。 5.1 視頻監(jiān)控總體設(shè)計 視頻信息包括三個部分：可見光攝像機采集的視頻圖像信息、紅外攝像儀采集的設(shè)備紅外圖像信息、以及當機器人行走時采集的路況信息。視頻、紅外監(jiān)控總體設(shè)計框架如圖5.1所示。 圖5.1 機器人視頻監(jiān)控設(shè)計圖 5.2 視頻圖像與紅外信息的采集與傳輸 軟件實現(xiàn)將可見光攝像機與紅外攝

44、像儀采集的信息傳輸?shù)娇蛻舳?，用戶可以通過視頻和紅外窗口實現(xiàn)對電氣設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控。 遠端用圖像采集設(shè)備（可見光攝像機和視頻采集卡、紅外攝像儀）采集原始圖像信息后，尋找目標（控制云臺來實現(xiàn)），調(diào)節(jié)焦距，然后進行視頻壓縮，再將圖像流上傳到上位機，上位機進行視頻解壓以后在客服端的圖像顯示模塊中顯示。工作流程圖如圖5.2所示。 圖5.2 視頻、紅外圖像顯示工作圖 5.3 視頻與紅外的遠程控制 通過客戶端視頻圖像顯示模塊中對巡檢機器人的運動狀況監(jiān)視，根據(jù)實際情況對云臺的方向轉(zhuǎn)動、調(diào)整可見光攝像機焦距以及攝像、拍照等功能。 上位機和下位機進行通訊后，上位機通過控制界面的控制按鈕向下位機發(fā)送

45、控制信息，下位機的數(shù)據(jù)接收模塊接收到控制參數(shù)后，通過控制指令生成模塊將控制信息參數(shù)轉(zhuǎn)化為控制命令，控制指令發(fā)送模塊將控制指令發(fā)送到相應(yīng)的模塊進而完成對云臺方向轉(zhuǎn)動控制、攝像機的焦距控制以及紅外攝像儀的控制。云臺、攝像機、紅外儀的控制過程如圖5.3所示： 圖5.3 云臺、攝像機、紅外儀控制過程 5.3.1 視頻錄像和圖像截取 在巡檢機器人巡檢過程中，可以對視頻圖像進行截圖和錄像。控制中心程序發(fā)送相應(yīng)指令，程序就可生成圖片和視頻文件，作為一種數(shù)據(jù)資料保存。 5.3.2 攝像機預(yù)置位的設(shè)定 在巡檢機器人巡檢過程中，預(yù)置點設(shè)置和調(diào)用功能是為了使它能夠在到達被檢設(shè)備處時自動進行檢測。用

46、戶在巡檢時對每個設(shè)備進行視頻服務(wù)器預(yù)置點設(shè)置，并將信息存儲于數(shù)據(jù)庫中。在以后的巡檢過程中，當讀到設(shè)備RFID標簽號時，從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)的被檢設(shè)備名稱、預(yù)置點位置和焦距信息，從而實現(xiàn)對設(shè)備自動巡檢。同時，也可以通過選擇預(yù)置點號，手動點擊調(diào)用按鈕進行人指揮機器人進行巡檢。預(yù)置位的設(shè)定方案如圖5.4所示。 圖5.4 預(yù)置位的處理方案 6 數(shù)據(jù)采集技術(shù) 能否進行正確的數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)機器人導(dǎo)航、設(shè)備監(jiān)控的前提。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括各種傳感器，如超聲波、磁傳感器等。這些傳感器能夠在允許的精度范圍內(nèi)采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用于導(dǎo)航?jīng)Q策或者上傳至控制中心，工作人員通過對這些數(shù)據(jù)的監(jiān)控了解

47、機器人和電氣設(shè)備的運行狀況。 7 遠程控制技術(shù) 遠程控制包含對機器人本體運動的遠程控制和對監(jiān)測設(shè)備的遠程控制。機器人接收來自控制中心的控制指令并對指令進行分析、判斷，將接收到的指令信息轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送至機器人控制器。機器人接收控制中心發(fā)來的對檢測設(shè)備的控制指令，包括對云臺、攝像儀的焦距、紅外熱像儀菜單等控制信息，檢測設(shè)備的控制器將接收到的指令轉(zhuǎn)換為電信號以控制檢測設(shè)備。遠程控制的框架如圖7-1所示。 圖7-1 遠程控制框架 8 電子地圖技術(shù) 電子地圖用于展現(xiàn)變電站的模擬場景，機器人通過無線網(wǎng)絡(luò)將自身所處的位置、行走路線、正在進行的工作等狀態(tài)信息回傳至控制中心軟件，經(jīng)過處理后在電

48、子地圖上展現(xiàn)給工作人員。這使得工作人員以非常直觀的方式了解現(xiàn)場的情況，也使得人機界面十分友好。 機器人狀態(tài)顯示是在利用GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過圖形的方式實時展現(xiàn)機器人行走路徑、機器人運行狀態(tài)、設(shè)備定位位置以及實施路徑規(guī)劃等。在地理信息系統(tǒng)開發(fā)軟件和計算機硬件的支持下，將實際的地理空間信息與計算機虛擬的圖形界面關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)對機器人狀態(tài)的遠程監(jiān)控。 機器人狀態(tài)顯示模塊主要包含四部分內(nèi)容，分別為電子地圖，機器人狀態(tài)和路徑規(guī)劃。其總體結(jié)構(gòu)如圖8.1所示。 圖8.1 機器人狀態(tài)顯示總體結(jié)構(gòu)圖 8.1 電子地圖模塊 8.1.1 MapInfo技術(shù) 電子地圖模塊主要是利用G

49、IS開發(fā)軟件Mapinfo實現(xiàn)對電子地圖的制作。利用Mapinfo強大的點、線、區(qū)域等多種圖形元素以及豐富的地圖符號、文本類型、線型、填充模式和顏色等表現(xiàn)類型，將變電站綠地、建筑、設(shè)備、道路等基本信息進行分層處理，用戶根據(jù)自身需要，可以對不同地理特征圖層進行分別管理。而與之相對應(yīng)的基于ActiveX(OCX)技術(shù)的可編程控件MapX可以方便的嵌入到VB，Delphi，PowerBuilder，VC等可視化開發(fā)環(huán)境中，通過對其進行編程，設(shè)置屬性，調(diào)用方法或相應(yīng)事件，實現(xiàn)機器人狀態(tài)可視化。 8.1.2 電子地圖制作 電子地圖制作主要分為前期數(shù)據(jù)采集和后期地圖制作兩個步驟： ① 數(shù)據(jù)采集：

50、到實地測量變電站建筑、道路、綠地以及電力設(shè)備的位置信息，獲取變電站底圖信息。 ② 地圖制作： a) MapInfo制作： 將變電站底圖以柵格圖像導(dǎo)入到Mapinfo中，利用人工建立的地理坐標系將底圖進行配準，使柵格圖像類型的圖層具有坐標信息，然后分別繪制綠地、道路、機器人、電力設(shè)備等圖層，并根據(jù)需要編輯各圖層的屬性數(shù)據(jù)信息，最后將制作好的各圖層疊加到地圖上。 b) MapX制作：將上述步驟中制作的圖層導(dǎo)入到MapX中，利用MapX的GeoSet Manager程序?qū)D層進行注冊，并將所有注冊圖層制作成數(shù)據(jù)文件，實現(xiàn)圖層的集合管理，便于將電子地圖嵌入到開發(fā)環(huán)境中。 圖8.2 電子地圖

51、制作流程 8.1.3 電子地圖展現(xiàn) 8.2 機器人狀態(tài)模塊 8.2.1 機器人狀態(tài)顯示 ① 機器人工作狀態(tài)判斷： 機器人工作狀態(tài)主要有三種狀態(tài)：正常行走、故障停止和設(shè)備檢測。 a) 機器人處于正常行走狀態(tài)時，在電子地圖上顯示其行走軌跡，將機器人實際位置在電子地圖上進行展示。 b) 機器人發(fā)生故障處于停止狀態(tài)時，在電子地圖上顯示其位置信息，并及時向工作人員發(fā)送故障位置信息，提示工作人員到現(xiàn)場處理。 c) 機器人處于設(shè)備檢測狀態(tài)時，在電子地圖上顯示設(shè)備位置信息，并向工作人員提供當前設(shè)備的檢測信息，一旦設(shè)備發(fā)生異常，及時向工作人員發(fā)出警告。 ② 機器人運行位置判斷： 機器人位

52、置需要由下位機向上位機定時發(fā)送定位位置信息，上位機實現(xiàn)機器人在電子地圖道路圖層上的實時顯示。機器人的位置定位通過里程計和RFID標簽兩種方式相結(jié)合方式定位。前者是實時計算機器人的行走位移，后者是通過定點對機器人位移進行修正。 a) 計算位移：將計算機器人行走位移發(fā)送到上位機，實現(xiàn)電子地圖上的位置顯示。一旦讀到RFID定位標簽后，位移要清零重新開始計數(shù)。 b) RFID修正位置：每一個RFID標簽存儲有道路定位位置信息，當機器人讀到RFID標簽后，會自動對位移進行修正，提高機器人定位的準確性。 8.3 路徑規(guī)劃模塊 8.3.1 技術(shù)與需求分析 路徑規(guī)劃是工作人員根據(jù)其需要對指定的電力設(shè)

53、備進行巡檢時，通過事先選定需要巡檢的電力設(shè)備，機器人在接收到巡檢任務(wù)后，在自動巡檢模式下，會按照規(guī)劃路徑進行電力設(shè)備巡檢。 8.3.2 路徑規(guī)劃 ① 前期工作準備： 獲取電力設(shè)備位置信息，在電力設(shè)備檢測點處采用RFID標簽進行定位，將RFID檢測點與檢測設(shè)備對應(yīng)起來。 ② 路徑規(guī)劃： a) 若沒有對巡檢設(shè)備進行路徑規(guī)劃，則默認為檢測所有的電力設(shè)備。 b) 若對巡檢設(shè)備進行路徑規(guī)劃，通過上位機路徑規(guī)劃窗口選擇需要巡檢的設(shè)備，根據(jù)事先規(guī)定的編碼對指定的設(shè)備進行檢測，而在路徑規(guī)劃中未選擇的設(shè)備則不會停機檢測。機器人在進行設(shè)備檢測時，會根據(jù)RFID標簽位置進行定位，通過讀取標簽信息，與數(shù)據(jù)

54、庫中存儲的設(shè)備信息聯(lián)系起來，在指定時間內(nèi)完成對多個電力設(shè)備的自動檢測。 圖8.4 路徑規(guī)劃流程圖 9 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 本系統(tǒng)所采用的網(wǎng)絡(luò)是美國Axelwave公司的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。該無線網(wǎng)絡(luò)能夠提供較高的傳輸帶寬和穩(wěn)定的傳輸質(zhì)量，滿足了本項目對視頻數(shù)據(jù)的傳輸要求。從現(xiàn)場運行來看，機器人所回傳的視頻圖像和紅外圖像質(zhì)量清晰。在設(shè)備以及房屋阻擋的情況下很少出現(xiàn)畫面“卡殼”的現(xiàn)象，所產(chǎn)生的時間延遲在可以接受的范圍之內(nèi)。 10 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型較多，因此不僅需要高質(zhì)量、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)，還需要高壓縮比的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和Windows下的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。本項目采用?？档臄?shù)據(jù)壓

55、縮卡，實現(xiàn)了快速、高壓縮比的數(shù)據(jù)壓縮，接收方采用軟件解壓，使得視頻和紅外圖像播放十分流暢。 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用Windows提供的套接字技術(shù)，該技術(shù)不考慮底層網(wǎng)絡(luò)究竟是有線還是無線，也不考慮是什么公司的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，只要支持TCP/IP協(xié)議，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。因此該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可移植性較好。 上下位機之間采用TCP/IP協(xié)議進行通訊，其通訊過程如圖8.1所示。 圖10.1 上下位機通訊方式 在巡檢機器人巡檢過程中，上下位機不斷檢測網(wǎng)絡(luò)的通斷狀態(tài)，當檢測到網(wǎng)絡(luò)斷開時，下位機立刻給機器人發(fā)送停止命令，巡檢機器人停止運行。 11 可靠性保障 可靠性是本系統(tǒng)最重要的性能指標。系統(tǒng)在任

56、何情況下都會確保機器人的可靠性。一旦發(fā)生故障，例如網(wǎng)絡(luò)中斷，傳感器故障等，系統(tǒng)就會向控制中心發(fā)出報警信號，同時會啟動故障處理程序?qū)收喜扇?yīng)急處理，比如讓機器人停止運行。這樣不僅可以保護變電站內(nèi)的電氣設(shè)備，而且還可以保護機器人本體不受損壞。 圖11.1 機器人系統(tǒng)故障處理 12 安全性 一旦系統(tǒng)保證了可靠性，就確保了本系統(tǒng)不會對變電站的設(shè)備產(chǎn)生損壞。同時本系統(tǒng)工作在一個相對封閉的局域網(wǎng)內(nèi)，與外界沒有連接，因此受外網(wǎng)攻擊和病毒感染的可能性不大。該項目的軟件系統(tǒng)也不會對所運行的計算機系統(tǒng)產(chǎn)生破壞作用。 13 用戶管理 系統(tǒng)擁有一套完整的用戶管理機制。只有合法的用戶才能夠使用本系統(tǒng)。管

57、理員具有最大的操作權(quán)限，可以建立、修改、刪除用戶。 14 可配置、可移植 系統(tǒng)對關(guān)鍵性、敏感性、可變性信息都采用配置方式管理，以更人性化的方式支持用戶修改軟件的運行方式。 軟件可以安裝到變電站任何一臺具有Windows操作系統(tǒng)的電腦上運行。修改軟件的配置參數(shù)，也可以運行到其它變電站。  重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng) 運行報告 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目小組 2010.9  1 系統(tǒng)概述 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)在自動導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下或者在人工遠程控制下沿著指定的巡檢路線行進。在監(jiān)測點，機器人能夠停止行進并按照設(shè)定

58、的參數(shù)或控制中心發(fā)出的指令控制其攜帶的監(jiān)測設(shè)備（可見光攝像儀和紅外攝像儀）對電氣設(shè)備的工作狀態(tài)和表盤進行檢測。檢測設(shè)備所采集的檢測數(shù)據(jù)（視頻數(shù)據(jù)和紅外數(shù)據(jù)）通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心，機器人本身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)也上傳至控制中心?？刂浦行牡墓ぷ魅藛T可以通過控制中心軟件對機器人的巡檢過程進行在線監(jiān)控。 變電站的工作人員在監(jiān)控室通過控制中心軟件對機器人上傳的監(jiān)控數(shù)據(jù)和機器人運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。軟件以電子地圖的方式展現(xiàn)機器人的工作狀態(tài)，同時還允許工作人員進行路徑規(guī)劃。工作人員還可以通過操作軟件界面對機器人和監(jiān)測設(shè)備進行遠程控制。除此之外，控制中心軟件還提供了數(shù)據(jù)存儲等功能。 2 運行結(jié)果 變電站設(shè)備

59、巡檢機器人系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制中心軟件的視頻、紅外顯示系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)、電子地圖系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，采集的數(shù)據(jù)效果良好，圖像質(zhì)量較高，通信質(zhì)量好，未出現(xiàn)危及變電站設(shè)備以及給工作人員帶來使用不便的情況。 3 各模塊運行情況 3.1 機器人本體子系統(tǒng) 子系統(tǒng)模塊 具體功能 運行情況 導(dǎo)航控制系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)采集及處理 2. 機器人運動控制決策 3. 機器人運動控制 正常 設(shè)備數(shù)據(jù)采集、檢測系統(tǒng) 1. 超聲波檢測 2. 磁傳感器數(shù)據(jù)采集 3. RFID標簽數(shù)據(jù)采集 4. 溫度采集與檢測 5. 視頻采集

60、與檢測 6. 網(wǎng)絡(luò)檢測 正常 監(jiān)測系統(tǒng) 1. 可見光攝像儀的控制 2. 紅外攝像儀的控制 正常 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 2. 數(shù)據(jù)接收 正常 其他 1、 開機自啟動 正常 3.2 控制中心子系統(tǒng) 功能模塊 具體功能 運行情況 視頻、紅外顯示控制系統(tǒng) 1. 視頻、紅外監(jiān)測圖像顯示 2. 視頻、紅外遠程控制 3. 預(yù)置位設(shè)置 正常 機器人遠程控制系統(tǒng) 1、遠程控制機器人運動 正常 電子地圖展現(xiàn)系統(tǒng) 1. 電子地圖繪制與設(shè)置 2. 機器人運行狀態(tài)展現(xiàn) 3. 路徑規(guī)劃 正常 機器人及設(shè)備運行狀態(tài)顯示系統(tǒng) 1. 機器人運行狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示

61、 2. 電氣設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示 正常 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 2. 數(shù)據(jù)接收 正常 信息顯示系統(tǒng) 1、 機器人本體狀態(tài)信息顯示 2、 導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)顯示 正常 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng) 1、 數(shù)據(jù)保存 正常 用戶管理系統(tǒng) 1、 用戶添加、刪除、修改、登錄 正常 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 1、 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置 2、 視頻參數(shù)設(shè)置 正常  重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng) 測試報告 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目小組 2010.9  1、 系統(tǒng)概述 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)能夠在一定程度上代替工作人員對變

62、電站設(shè)備的巡檢工作。該系統(tǒng)的機器人可以沿著指定巡檢線路對設(shè)備進行巡檢。在每一個監(jiān)測點，機器人攜帶的監(jiān)測裝置采集電氣設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)（視頻和紅外數(shù)據(jù)），并將數(shù)據(jù)傳送至控制中心。 控制中心的工作人員可以在工作電腦上查看機器人工作的數(shù)據(jù)信息和電氣設(shè)備的的運行狀態(tài)信息。同時，工作人員還可以通過遠程操作的方式控制機器人的運動和監(jiān)測裝置的參數(shù)。 2、 系統(tǒng)測試結(jié)果 通過對變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)的測試，所有功能都能正常執(zhí)行，沒有出現(xiàn)危及電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定的因素，所有功能都按超高壓局的需求實現(xiàn)。 3、 變電站端軟件測試報告 3.1 功能測試 功能模塊 測試點 結(jié)果 導(dǎo)

63、航定位控制 1. 直線行走 2. 左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進、后退 3. 轉(zhuǎn)彎 4. 定位 機器人沿著正確路線行進并能夠較準確地定位 機器人本體設(shè)備檢測系統(tǒng) 1. 超聲波檢測 2. 磁傳感器檢測 3. RFID讀寫器檢測 4. 視頻檢測 5. 網(wǎng)絡(luò)檢測 能夠定時或不間斷地對設(shè)備進行檢測，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。 電氣設(shè)備監(jiān)測 1. 可見光攝像儀的控制 2. 紅外攝像儀的控制 能夠?qū)ΡO(jiān)測設(shè)備進行控制 數(shù)據(jù)采集 1. 導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采集 2. 檢測數(shù)據(jù)的采集 3. 機器人本體數(shù)據(jù)的采集 能夠采集到所需要的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)傳輸 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 2. 數(shù)據(jù)接收 能夠正確發(fā)送和接

64、收數(shù)據(jù) 故障處理 1. 故障報警 2. 故障處理 能正確報警并正確及時地處理故障。 開機自啟動 1. 開機后自動運行程序 正確 3.2 通信測試 經(jīng)過長時間的測試運行，控制中心軟件與機器人本體軟件能夠正確的實現(xiàn)通信功能，并且網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量較好。 3.3 安全性 系統(tǒng)不會對變電站的設(shè)備產(chǎn)生損壞，受外網(wǎng)攻擊和病毒感染的可能性不大，不會對所運行的計算機系統(tǒng)產(chǎn)生破壞作用。如果在機器人前方出現(xiàn)障礙物時，機器人會自動停止運動，直至障礙物被移走，才會恢復(fù)運行。如果機器人走出指定路線，導(dǎo)航系統(tǒng)會自行啟動視頻導(dǎo)航程序，將機器人引導(dǎo)至指定路線，避免機器人撞擊路沿或開關(guān)場設(shè)備。 4、

65、控制中心軟件測試報告 功能模塊 測試點 結(jié)果 視頻、紅外顯示控制 1. 視頻、紅外監(jiān)測圖像顯示 2. 視頻、紅外遠程控制 3. 預(yù)置位設(shè)定 正確 機器人遠程控制 遠程控制機器人運動 正確 電子地圖展現(xiàn) 1. 電子地圖繪制 2. 機器人運行狀態(tài)展現(xiàn) 3. 路徑規(guī)劃 正確 機器人及設(shè)備運行狀態(tài)顯示 1. 機器人狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示 2. 電氣設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示 正確 數(shù)據(jù)傳輸 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 2. 數(shù)據(jù)接收 正確發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲 1、數(shù)據(jù)保存、 正確 用戶管理系統(tǒng) 1、用戶添加、刪除、修改、登錄 正確 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 1、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置和視

66、頻參數(shù)設(shè)置 正確  重慶市電力公司超高壓局 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng) 用戶手冊 變電站設(shè)備巡檢機器人系統(tǒng)項目小組 2010.9  1 引言 編寫本使用說明的目的是充分敘述本軟件所能實現(xiàn)的功能及其運行環(huán)境，以便使用者了解本軟件的使用范圍和使用方法，并為軟件的維護和更新提供必要的信息 1.1概述 1.1.1用途 本機器人的研發(fā)是為了更好的實現(xiàn)偏遠地區(qū)和無人值守變電站的安全、可靠地巡檢，重慶市電力公司超高壓局建設(shè)巡檢機器人應(yīng)用系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)對機器人實現(xiàn)遙控巡檢。系統(tǒng)通過定位系統(tǒng)對機器人準確導(dǎo)航、定位，采集電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，即時向控制中心返回設(shè)備狀態(tài)和機器人本體工作狀態(tài)。中心通過無線網(wǎng)絡(luò)對機器人實施監(jiān)控，對返回的數(shù)據(jù)進行處理，即時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的外觀異常和內(nèi)部熱缺陷等故障，從而達到可靠的巡檢。 1.1.2機器人控制軟件的運行環(huán)境 本軟件要求在PC及其兼容機上運行，使用WINDOWS XP 操作系統(tǒng)，并需安裝有SQL Sever 2000、Mapx.v5.02。 1.1.3系統(tǒng)配置 本軟件要求在PC及其兼