轨道型电力（变电站/配电房）巡检机器人系统 设计方案
2.2总体思路与技术路线
机械机构设计：通过分析行走机构通过不同曲率、不同弯曲方向轨道段的运动特性，获取行走机构与轨道的几何约束关系，建立行走机构与多种弯曲形式的轨道作用机理模型、轮—槽传动模型。
巡检控制系统设计：通过对电力内的环境需求进行分析，确定待检测的环境信息，如温度、湿度和气体含量等；针对智能读表功能进行相应的图像处理算法设计；设计实时定位系统来获取机器人实时位置。
2.3系统简介
电科恒钛智能轨道型电力巡检机器人系统，是专门针对变电站、配电房、开闭所等电力环境设计研发的智能一体化巡检方案。系统以轨道巡检机器人为核心，结合实时监控平台，数据采集服务器以及相关附件，可实现对电力环境与设备的不间断监控。
其中，轨道巡检机器人为采用轨道移动方式，搭载高清摄像机及红外热成像仪，实现实时监控与红外热成像诊断；集成有害气体、烟雾、光照度、温湿度等传感器以及定位装置和语音对讲系统，使用户实时掌控电力环境，并通过监控平台实现对巡检机器人的控制，数据接入、存储、统计。
智能轨道型电力巡检机器人系统主要包括：
(1)轨道式智能巡检机器人，包括巡检机器人本体、高清可见光视频监控模块、红外热成像模块、温湿度环境监控模块、远程对讲模块等。
(2)轨道系统，包括轨道本体、轨道连接件、吊装组件、固定组件和限位器等。
(3)监控平台，包括本地监控平台1套、远程监控平台1套。
(4)通讯及电源系统，包括通讯器、电源、配电箱、动力线缆及组件等。
三、系统功能
具有在任意设定时间进行巡视检查工作的功能
本系统具有相应的后台监控软件，在机器人正常工作时间允许下，通过对巡视时间参数的设定，可以实现机器人在任意时间进行巡视检查工作。
具有自主和遥控巡视功能
自主巡视功能:到达设定时间后，机器人可以沿预定好的轨迹进行自动巡视，根据原先设定的地点精确停靠后，自动将仪器对准待检设备进行检测，所有检测完成后自动回到充电处自主充电。
遥控巡视功能：操作人员可以通过鼠标、键盘遥控机器人，脱离预先设定的路线，行驶到满足配电房机器人工作环境的指定位置（机器人可以达到），通过远程遥控机器人行驶和云台动作、摄像机调焦、红外热像仪的操作、可见光与红外数据采集，实现对待检设备进行特检。
具有图像遥传功能
对可见光摄像机和红外热像仪进行实时视频显示，配合遥控和自动巡视功能，实现操作人员的后台巡视，并可以实现实时检测数据的存储。
具有自动停障功能
在巡视过程中，机器人遇到障碍物，可以通过超声自动识别，在安全距离内停下，防止发生碰撞造成损坏。
具有各巡视设备历史数据分析功能
可以分析设备历史温度变化趋势，比较同类设备的温度，对比设备负荷和设备温度关系，关联设备负荷和环境温度数据，为设备检修和状态评估提供决策支持，实现配电房设备运行状态分析诊断的功能。
具有智能图像识别功能
在巡视点抓拍开关设备图像，检测开关柜状态指示标志信息（如图3所示），识别告警状态并触发告警信号抓拍告警信息，识别开关设备状态与开关模拟指示信号状态监测是否出现异常。
带电开关柜局部放电的瞬态对地电压（TEV）检测及故障类型分析功能
具备精确采集各种现场带电开关柜由于局部放电而引起的瞬态对地电压（TEV）信号的功能，能够显示开关柜内局部放电信息并能够对故障类型进行定分析，检测结果显示内容包括且不限于地电波信号幅值、放电次数等能够反映开关柜局部放电严重程度的特征量。具有检测数据的保存、就地显示和上传功能。
视频安防功能
视频监控系统由各种摄像机、本地视频处理单元和连接电缆组成，支持人脸识别、移动侦测和区域侦测功能。
防火：温度采集模块实时获取监控范围内的温度，发现温度异常后能及时发出高温预警，使用专用火灾烟感探测器可准确探测火灾初期烟雾信号。
防盗：安防摄像头可以实现24小时不间断的实时监控和录像，并与报警系统联动，立即把报警信息传至监控中心，同时发送短信到值班人员。
水浸：水浸监测模块可以探测出现场监控区域是否有漏水存在，当监测到有漏水时产生告警信号。
智能灯光控制功能
结合视频及安防信号对指定灯光进行关闭或打开或根据系统设置定时或自动打开指定灯光，支持联动控制、远程控制。
开关柜出（触）头无线测温功能
可准确测量开关柜出（触）头温度，传感器采用非接触式传感器，数据传输采用2.4GZigbee技免去了中间布线麻烦，测温传感器贴着开关触头处安放，当温度大于告警值时，系统会产生报警信号。
移动客户端软件
通过安装于安卓移动平台之上的APP软件，通过无线网络，实现对轨道机器人信息、视频安防信息、在线监测信息的图像浏览、录像存储、报警信息管理等功能。
结论：智能巡检机器人是促进电网智能化的创新手段。变电站检测中遇到的紧急、困难、危险、重复性工作，由变电站智能检测机器人代替人工完成。巡检机器人可携带红外热像仪、可见光CCD等相关变电所设备检测装置，在各种气候条件下巡检，按照固定的路线，自动识别电力设备内部的热缺陷、外部的机械或电气问题(如异物、损伤、发热等)。为操作员提供诊断电源。设备运行中的隐患和故障前兆数据。通过人机界面，生成设备的历史温度曲线，提高设备运行状态的可预测性，为基于状态的维修或状态评估提供有效的数据支持，从而减少事故的发生；不断探索声监控的实际应用。存储诊断系统；不断深化和推广基于应用机器人的运行维护管理模式，有效提升核心管理水平。返回搜狐，查看更多
变电站智能巡检机器人系统的研究与设计
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202302/443607.htm
1 概述
设计开发变电站智能巡检机器人系统[1]，变电站工作人员可通过远程监控室，不仅对现场机器人巡检车体（以下简称车体）的运动进行控制，而且对车体的视频和红外设备进行控制。首先车体能够沿着导航设定的路线进行巡检，并根据导航系统对待检设备进行智能精准定位；其次通过红外热成像仪和可见光摄像机等成像系统对变电站设备的运行状态进行分析检测[2]，并将检测数据传送至监控中心（包括远程监控室和本地监控室）；最后将检测设备进行故障报警，并采取相应措施。
2 方案设计
2.1整体框架设计
智能巡检机器人系统，既要安全可靠地完成巡检任务，在一定程度上减轻工作人员的巡检工作量，又要不破坏变电站任何装置、不影响电气设备的正常运行。整个系统由五大部分组成：变电站远程监控室、本地监控室、充电房、无线网络和机器人巡检车体；具体如图1所示。其中变电站监控室主要功能是对巡检现场的情况进行监控；本地监控室不仅能够通过上传的视频和红外图像对设备进行监控，并能通过电子地图来展现车体巡检的工作过程；同时，本地监控室把所有监测数据上传远程监控室，使远程监控室时时掌握变电站的运行状况。
2.2整体功能设计
智能巡检机器人系统主要设计有七大功能：运动功能；语音功能；自主充电功能；巡检方式设置和切换功能；自检功能；智能故障报警功能；一键返航和链路中断返航功能。
其中运动功能设计主要包括：车体前后方向和左右方向的重复自主导航；水平和垂直两个旋转自由度；障碍物检测防碰撞；防跌落；车体云台视角范围始终不受车体任何部位遮挡影响；越障；涉水；爬坡；转弯等。
语音功能设计主要包括：双向智能语音（喊话和对讲）传输功能。
自主充电功能设计主要包括：电池供电一次充电续航能力不小于5h，电池电量不足时车体自动返回充电室完成自主充电。
巡检方式设置和切换功能设计主要包括：巡检系统包括人工辅助遥控巡检及全自动巡检两种巡检方式[3]。自检功能设计主要包括：电机和驱动模块，传感器模块、成像系统模块、无线网桥模块，工控机模块等，以上任何模块故障，均以明显的光和声在车体和监控室后台进行报警信息提示。
智能报警功能设计主要包括两种：一种变电站设备的运行状态异常故障报警信息提示。另外一种车体故障报警信息提示。
3 机器人巡检车体设计
3.1机器人巡检车体整体框架设计
车体设计符合人机工程，采用全驱、全向平台作为基础传动平台；系统组成包括：工控机、步进电机及驱动器、直流电机及驱动器、云台、可见光单目和双目摄像机、红外热成像仪、无线网桥、激光传感器、超声波传感器、拾音器、充电器、辅助设备、报警设备等，具体如图1所示。
3.2机器人巡检车体运动控制系统方案设计
运动控制系统是机器人巡检车体最关键的核心技术。
运动控制系统的主体部分由STM32控制板组成，控制板由两块嵌入STM32F103VCT6芯片的主板和从板组成，主板和从板采用SCI协议进行通信。软件算法在主板上实现，采用PWM波和光电编码器控制直流电机；从板主要实现对四个转向步进电机的控制，主板得到转向步进电机位置误差参数（通过磁旋转编码器得到步进电机速度反馈信号）后通过串口发送到从板，从板再将这些参数放到通信协议里一起发给步进电机驱动器。具体见图2运动控制硬件结构图。
STM32主控制板与工控机通信，接收X、Y、Z（ω）3个速度值，通过底盘矢量分解得到每个转向步进电机的速度和每个移动直流电机的速度（当前占空比），转向步进电机速度送到转向模块，与磁旋转编码器传回的数据做比较，实现位置的调整。移动直流电机的速度与A/B相光电编码器（通过定时器和计数器获得）计数值做比较，并通过PID调节PWM波占空比，实现4个车轮的直流电机控制。各个模块相互之间的关系如图3所示。
1）直流电机及驱动器设计
本项目直流电机设计考虑成本、负载力矩以及电机工作特点等因素，最终采用直流有刷MAXON电机，其中减速比采用113，A/B相光电编码器分辨率采用512。直流电机的PWM控制采用定频调宽法。本项目直流电机驱动器负责把控制脉冲转换成各电机转动角度，实现车体移动。电机驱动器采用H桥斩波驱动电路设计，其工作原理如下：车体前后左右四轮的驱动，以STM32芯片作为控制器，利用STM32芯片产生四组带可编程死区时间的PWM信号分别驱动控制[4]。
2）直流电机反馈检测模块设计
该模块主要采集反馈信号，包括电机转速、转向，蓄电池电压，电机电流等，主要由A/B相光电编码器、ADC采样电路完成。本项目采用MAXON公司配套电机的增量式A/B相光电编码器。
3）步进电机设计
本项目采用AM24HS2402-08N步进电机，步距角1.8°。磁旋转编码器采用AMS公司的AS5048A。
3.3机器人巡检车体控制系统软件设计
本项目软件设计充分考虑到机器人巡检车体运动的协调性，包括动力学协调和运动学协调；动力学协调指车体本体与各车轮的加速度的协调；运动学协调指车体本体与各车轮的速度、偏转角的协调[5]。车体控制策略包括：前后运动；左右运动；旋转运动；转弯运动；停止等。具体见图4运动控制程序流程图。
图4运动控制程序流程图
4 结束语
本文详细论述了一款智能巡检机器人系统的研究和设计。对系统整体设计、机器人巡检车体设计做了完整阐述。随着变电站的智能巡检机器人系统的安全可靠设计和功能不断完善，以实现变电站巡检任务的标准化、统一化、智能化。
参考文献：
[1]李焕明.智能机器人巡检系统在变电站的应用研究[D].广州:广东工业大学,2020.
[2]郎福成,牟童,韩月.变电站智能巡检机器人系统设计[J].电工材料,2017(6):36-38.
[3]崔彦彬,刘欢.变电站智能巡检机器人系统的设计[J].设计与研究,2014(4):53.
[4]赵璠璠.变电站智能巡检机器人系统设计[J].自动化技术与设计,2020(10):233-235.
[5]胡桐.四轮独立驱动和转向移动机器人的设计与控制[D].合肥:合肥工业大学,2015.
（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年2月期）
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智能轨道型电力巡检机器人系统 设计方案
1、项目背景
1.1传统的人工巡检难以适应发展要求
目前电力公司对于所管辖的配电房、开关室，例行巡检每月1次，红外测温巡测每月1次，全部依赖于人工巡视作业。在高负荷期间和有特殊保供电要求时，须增加巡检频次。
随着近年来电网飞速发展，生产人员不足和巡检工作量增加之间的矛盾日益突出，而运维一体化等工作在扩展业务范围的同时也给变电运维工作提出了更高的要求，在这样的形势下，传统的“人工巡检、手动记录”的巡检作业方式难以适应电力系统精益化、集约化的发展要求。
1.2电力巡检机器人的研究意义重大
电力安全巡检工作对保障电力安全生产至关重要。除人工巡检以外，目前变电站/配电房内通常采用数量有限的固定传感器及固定监控摄像头进行监测，很难全面的、准确的、实时的检测并获得设备的运行状态。变电站/配电房需检测变压器与高低压开关的运行状态及仪表面板读数，检测信息多。
通过智能轨道巡检机器人的应用，对减少工作量、提高操作维护效率和设备异常应急处理速度有明显的效果，主要体现在以下二个方面：一是大大降低操作维护人员工作台的强度。二是缩短应急响应时间。使用机器人检测系统后，可为操作维护人员提供远程视频，缩短处理时间。
智能轨道巡检机器人可在设备运转期间对设备进行多方位、多功能监测并做出及时预警，对保障电力设备正常运转，提高设备巡检效率与质量、减少巡检人员数量具有重要意义。
2、电力轨道式智能巡检机器人系统设计
2.1项目目标
本项目实现开关柜红外测温、局放检测、柜面及保护装置信号状态指示等的自动识别，继保室保护屏柜压板状态、空开位置、装置信号灯指示以及数显仪表的自动识别读数。并且采用无缝滑环型导轨取电，实现24小时不间断巡视，也可自定义周期和设备进行特殊巡视。
智能轨道巡检机器人可沿轨道精确定位检测点，通过搭载的传感器采集设备参数、环境信息，实现视频监控、仪表的智能读表以及信息传输等功能，代替人工巡检方式，提高巡检效率和安全性，达到“自动化减人”的目的。
2.2总体思路与技术路线
机械机构设计：通过分析行走机构通过不同曲率、不同弯曲方向轨道段的运动特性，获取行走机构与轨道的几何约束关系，建立行走机构与多种弯曲形式的轨道作用机理模型、轮—槽传动模型。
巡检控制系统设计：通过对电力内的环境需求进行分析，确定待检测的环境信息，如温度、湿度和气体含量等;针对智能读表功能进行相应的图像处理算法设计;设计实时定位系统来获取机器人实时位置。
2.3系统简介
电科恒钛智能轨道型电力巡检机器人系统，是专门针对变电站、配电房、开闭所等电力环境设计研发的智能一体化巡检方案。系统以轨道巡检机器人为核心，结合实时监控平台，数据采集服务器以及相关附件，可实现对电力环境与设备的不间断监控。
其中，轨道巡检机器人为采用轨道移动方式，搭载高清摄像机及红外热成像仪，实现实时监控与红外热成像诊断;集成有害气体、烟雾、光照度、温湿度等传感器以及定位装置和语音对讲系统，使用户实时掌控电力环境，并通过监控平台实现对巡检机器人的控制，数据接入、存储、统计。
轨道型智能巡检机器人监测系统主要由巡检机器人、运载轨道系统、通讯及电源系统、监控平台等组成。
(1)轨道式智能巡检机器人，包括巡检机器人本体、高清可见光视频监控模块、红外热成像模块、温湿度环境监控模块、远程对讲模块等。
(2)轨道系统，包括轨道本体、轨道连接件、吊装组件、固定组件和限位器等。
(3)监控平台，包括本地监控平台1套、远程监控平台1套。
(4)通讯及电源系统，包括通讯光纤收发器、电源、配电箱、动力线缆及组件等。
3、总体技术要求
序号功能简述
1移动高清视频监控实现配电房、开关室内实时移动可见光/高清视频监控
2表计识别实现电力表记的自动识别与数据统计;状态灯、开关柄位置、箱门开闭状态的识别。
3有毒、可燃气体检测可以实时监测甲烷、一氧化碳、硫化氢、氧气等气体浓度和烟雾，当浓度不在安全范围内时在本地和远程中心管理平台进行声光报警。
4照明状态识别室内渗水识别发现;室内照明设备工作状态识别;
5红外热成像监测采用红外热成像监测通过整个室内进行扫描式测温，全面掌握设备温度情况。自动巡检过程中，自动发现温度超限节点和区域，依照行业规范对巡检设备进行温度检测，对缺陷或故障进行自动分析判断，并预警。
6关键点精确测温实现对母线接头等关键点定点测温
7缺陷定点跟踪测温实现对点或对区域热缺陷进行定时定点巡检，采集数据
8环境检测实现对室内的温度、湿度、漏水、环境噪音、设备工作噪音等环境信息的监测
9语音对讲定期检修或施工的伴护功能
4、技术参数
4.1环形轨道机器人技术参数
性能参数性能参数
最大载重28kg升降范围
标配2m(1~2m可选)
工作温度-10°C～+55°C/≤90%
输入/输出电压/功率AC220V/DC24V、50Hz/120W
巡检轨迹巡轨道曲线运行
行走速度水平：10～15m/min
垂直：0.9～3.6m/min
云台最大载重20kg转弯半径