鉴于大家对理学论文十分关注，我们编辑小组在此为大家搜集整理了“ 具有导航识别与红外成像的巡检机器人设计 ”一文，供大家参考学习!
电网运行的实时监视和控制是电网安全的核心工作，变电站电力设备的运行状态好坏直接决定电网安全运行情况，设备出现不正常工作状态若不及时处理很可能发展成故障，造成设备损坏甚至人身事故。随着光学科技水平的提高，红外温度监测成为设备故障预判的主要途径之一，电力系统中的故障高压设备，在运行过程中总会因各种原因产生一些热故障点，即设备故障前的热征兆。红外检测技术能够远距离、非接触、实时、快速、不停电、不取样地快速获取设备运行状态信息，可作为设备诊断分析的常规方法。
1 传统热缺陷检测设备在应用方面面存在的问题
（1）使用传统手持式红外测温仪劳动强度大、工作效率低，无人值守变电站需运行人员驱车到现场进行定期检测。
110 kV变电站每半月检测1次，一旦在区间内发生故障，运行人员就无法得知，若在人员检测过程中发生故障，如互感器瓷套炸裂，设备安全运行和人身安全将受到威胁。
因此，传统的人工巡检方式存在以下不足：
①浪费人力物力资源；②检测到的数据无法准确、及时地接入管理信息系统,对设备的历史温度不方便存档查询，无法对温度突增设备科学分析原因，科学预警；③在雷雨等恶劣天气条件下，人工巡检存在较大安全风险，且无法及时进行巡检。
（2）若采用视频红外监控系统，由于受到定点监控，存在很大的监控盲区，很难真正满足视频监控全方位覆盖的要求。同时由于系统复杂、需要的红外摄像头数量多、成本也较大，安装布线工作量大，加之摄像头安装于构架上，维修、清灰作业安全距离不够，存在安全隐患，停电维护困难。随着智能变电站和无人值守变电站模式的推广，对变电站巡检提出了更高的要求，迫切需要一种更为先进、智能的巡检模式。
2 巡检系统的主体功能设计
2.1 设计思路
智能机器人巡检系统，以巡线机器人搭载红外热成像仪与高清CCD可见光摄像头为主体，通过识别固定路线移动，改变设备巡视观测距离与角度，通过通信手段，人员不用到现场，即可实现无死角高清晰度巡检，实时数据可传回。
2.2 主体结构
系统由机器人主体（见图1）、监控基站、通信系统和电源系统组成。机器人包括移动车体、红外视频监测系统、导航定位系统、图像处理系统组成；监控基站主要由后台控制软件和数据库组成；通信系统包括机器人与监控基站间的无线与有线通信设备；电源系统包括车载电池、车载充电模块和稳压模块。整个系统各部分承担相应功能，通过串口、无线通信协同工作，形成有机配合整体，实现整体功能。
2.3 主要功能
系统以全自主、本地或远方遥控模式部分代替或辅助人工按照固定巡视路线进行变电站常规巡检，遇巡视点自动停留，云台按照程序自动扫描设备、拍照。巡检内容包括设备温度、设备外观、刀闸开合状态、仪表等，监控系统集巡视内容、时间、报表管理于一体，实现了巡检全过程管理，并能够提供数据分析与决策支持依据。系统的红外检测系统能够对变压器、互感器等设备本体以及各开关触头、母线连接头等的温度进行检测，并采用温升分析、历史趋势分析等手段，对设备温度数据进行智能分析和诊断，实现对设备热缺陷的判别和自动报警。
3 巡检系统的主要设计特点
3.1 基于图像识别的导航方式
目前，用于机器人导航的方式主要是电磁巡线，而导航系统采用图像识别轨道导航定位方式可以提高运行可靠性并大幅降低成本。在巡检路线上预先喷涂轨道，停靠位置区域布置十字标志，导航系统可自动识别轨道，调整行走方向，可自动识别十字标志停靠，并记录位置信息，通过预先设置规划行走过程。此种导航方式和电磁导航模式比较，无电磁干扰威胁，可有效降低电磁巡线模式下的巡线装置价格劣势，且电磁轨道成本高，布线施工困难，需要对变电站路面开挖，埋入磁条，路线变更不方便。采用图像识别轨道导航定位方式能够大幅度地降低智能巡视系统的总体成本，且方便变更路线，增加巡视点，系统对变电站路面现场的要求不高，基本无需现场改造，布线工作2个工作日即可完成，便于现场推广应用。
3.2 电池管理系统
红外成像仪对系统电压要求高，电压不稳将造成系统通讯中断或重启，因此有必要对系统使用2套蓄电池组，1套供行走系统用电，1套供红外检测系统用电，保证用电高峰互不干扰，蓄电池组接UPS稳压装置，有效防止路面颠簸对逆变器电流质量的影响，UPS稳压装置必须能有效防止蓄电池过充，对电池电量判断较为精准，可直接接入中断信号，强制中断巡检任务，回站充电。
3.3 设备异常手机短信提醒
从电力企业信息安全角度考虑，必须应用内网传输图像信号，而采用手机模块内加sim卡，通过短信运营商的服务平台可将系统生成的设备检测异常报告，以短信的方式发至相关管理人员手机，起到报警作用，可以解决企业内网无法发送短信的问题。
3.4 无线网络架设
机器人进行远程行走控制对于无线网络的要求较低，但是可见光CCD视频信号及红外热成像实时图像传输都对无线信号提出了较高要求，通常为了解决类似问题，可以采用多个无线网桥作为中继器架设无线网络。但是数量较多的无线网桥和室外全向天线价格不菲，本系统采用了一种降低成本的办法，采用4台无线路由分别置于变电站四角，天线之间用双绞线连接，围于四墙，系统本体装设定向天线，指向围墙，由于系统本体行走时一面始终面向变电站围墙，有效保证了定向天线的信号质量。
4 应用效果
机器人巡检装置在希望110 kV无人值守变电站进行试点应用。如图3所示，运行人员根据巡检时间、周期、路线、监测目标灵活进行任务定制，机器人按照定制任务、定制时间进行自动巡检，任务完成后自动回到出发点充电。系统自动生成设备红外测温异常报表和报告，若按监控计算机硬盘500 G计算，可保存3年巡视数据，设有硬盘空间不足报警功能。自系统在希望110 kV变电站运行至今一年来，共发现设备热缺陷4处，第一时间传达给了运行人员，通过及时消缺，保证了设备运行安全。
5 结论
（1）采用机器人技术进行变电站设备巡检，机器人可灵活移至作业位置，借助双向语音对讲，实现变电站远程视频工作指导和安全监督，提高了现场安全监控水平。
（2）采用机器人技术进行变电站设备巡检，既具有人工巡检的灵活性、智能性；同时也克服和弥补了人工巡检存在的一些缺陷和不足，机器人巡检克服了定点红外监控系统高成本，难维护的缺点，是无人值守变电站巡检技术的发展方向，具有广阔的发展空间和应用前景。
参考文献：
［1］ 刘春，聂鸿宇.红外检测装置在电力系统的应用[J].四川电力技术，2002，2（2）：30-31.
［2］ 卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能汽车——挑战“飞思卡尔”杯［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007.
