变电站电力巡检机器人系统实现

发布时间：2020-03-30 04:47

【摘要】：随着电网的迅猛发展,变电站的规模日益扩大。这对变电站工作人员的日常巡检工作来说,是一个巨大的挑战。通常,针对变电站设备的巡检作业,一般采取的是人工巡检以及其他传统巡检方法。但这些方法仅仅依靠巡检人员的感官和经验,存在很多隐患,比如难以实现全面准确的巡检,巡检效率低下等。本文设计开发了一款变电站电力巡检机器人,主要用于帮助变电站的巡检人员完成相关巡检作业,此款变电站电力巡检机器人可以采取自主或遥控的方式来完成巡检任务,能保证巡检任务的顺利完成。首先,本文通过调研了解了变电站电力巡检机器人需要完成的功能以及所涉及到的相关技术,提出了变电站电力巡检机器人的设计方案。基于此设计方案,本文将整个系统划分为三层。其中,最上层为基于上位机的监控层,中间层为依托于Nvidia Jetson TK1核心板的导航控制层,底层为基于STM32F407ZGT6的运动控制层。本文在选择合适的硬件模块之后,搭建了整个硬件平台。然后,本文设计了巡检机器人的系统软件框架。对应于硬件框架,本文将软件框架也分为三层。其中,巡检机器人所需的主要功能分为五个模块:即运动控制,地图创建,路径规划,定位导航以及仪表读数识别。本文对每个功能都进一步细化完善,建立了完整的软件框架。其中,运动控制属于底层控制层,地图创建、路径规划与定位导航属于中间导航控制层,仪表识别属于上位机监控层。本文主要是对底层运动控制层,中间层的地图创建和路径规划以及上位机监控层除识别算法之外的功能进行研究设计。最后,本文设计了基于Qt的手持终端,并将上位机监控层软件移植到了终端上。利用手持终端,能远程遥控巡检机器人完成巡检任务。本文对巡检机器人的构建地图、直线行驶、原地转弯、越障、避障,手持终端遥控巡检机器人巡检进行了实验测试与结果分析。实验结果表明,巡检机器人能顺利完成以上任务,具有较为出色的性能。
【图文】：

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计高性能变电站电力巡检机器人能提高变电站供电可靠性，保障变电站的安运行。国内外研究现状早在上个世纪 80 年代，国外许多国家便已开展了对电力巡检机器人的研发其中，，日本、加拿大、美国等国家的研发技术处于世界领先水平。我国在上 90 年代末也开始了对电力巡检机器人的研究工作，许多科研机构都取得了研究成果。东京电力公司和三菱公司共同开发了一款变电站巡检机器人，如图 1-1（a）该机器人在路面轨道上行驶，搭配了红外传感器和图像采集等设备，能实时电站设备信息。2010 年，东京电力公司又研制了一款高压输电线路除冰机器t Expliner[3]，如图 1-1(b)所示。Hibot Expliner 带有 8 个摄像头，能以前后轮方式跨越障碍物。该机器人既可以完成巡检任务，又能够利用电晕效应除掉冰。

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(a) 巡线机器人 LineScout (b) 除冰机器人 LineROVer (c) 变电站巡检机器人图 1-2 加拿大魁北克水电站研制的一系列电力巡检机器人2008 年以来，美国电力科学研究院（EPRI）研制出了一些电力巡检机器人。其中最特别的是名为 TI 的输电线路巡线机器人，如图 1-3（a）所示。TI 表面覆盖着太阳能板，能将太阳能作为备用电源，它还可以从电缆线上获得电能，这也是 TI的主要动力来源。TI 具有数据上传功能，能将高清图像，输电线路诊断结果等数据发送给用户。图 1-3（b）是 EPRI 设计的另一款电力巡检机器人。该巡检机器人能长时间稳定工作，每年仅需要回收两次，进行检查即可。它可以独自穿越长达 80km的输电线路。同时，它还有着强大的图像处理和目标检测的能力。此外，它还配有激光雷达与光探测传感器，能对导体位置，植被与附近结构进行测量。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242;TM63

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