何子君
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摘要：随着经济和电力行业的快速发展，针对变电站检修中危险系数高、劳动强度大等特点，设计了针对适用于变电站现场环境的智能巡检机器人，并对其控制系统的轮毂角度转向策略、电机启停策略、通信系统故障判断策略进行研究。研究结果表明，机器人具有良好的运动性能，在变电站检修中具有一定应用价值。
关键词：变电站；巡检；智能机器人
引言
现代社会走进科技化、现代化发展阶段，机器人应用于实践工作阶段较为普遍，通过自动控制、智能学习等相关措施方法，高科技产业的发展进步由此得到保障，企业走向科技化的发展阶段，拥有自身的竞争优势特点。巡检机器人应用于实践工作阶段，能够将变电站运行的稳定性、有效性不断提升，但从实践来看在巡检机器人应用阶段还存在诸多的问题，诸如通信系统的安全性、稳定性不足等情况，因此还需要开展针对性的探索分析，实现智能巡检机器人的优化应用。
1变电站智能巡检机器人的功能特点
1.1定位导航
巡检机器人利用定位导航的方式将激光视觉传感器应用起来，直接在目标路线上运行，经过定位之后，运维管理的精准度明显提升。机器人在巡检阶段还能避开各类障碍问题，避免因失误而出现机身损伤的问题，从现场的路线、通道设置来看，不需要专门铺设轨道其整体运行也能按照计划目标进行[。
1.2视频记录
机器人在运维阶段可以利用视频技术，将变电站内各类设施的运行状况等进行识别分析，在整个过程中机器人独立完成操作，无需人为参与其中，这样一来变电站的无人值守的工作目标也能顺利完成。
1.3噪声诊断
机器人上装配期间拥有灵敏度高的拾音器，所以能够对变电站设备运行阶段的音频情况进行检测，经过回收、采集之后系统配有语音识别技术，是从源头开始控制周围环境影响，并将音频识别精准度提升的有效措施，能够检测设备运行状况的基本作用。
1.4红外检测
巡检机器人在运行阶段，对视野范围内的各类设备器械等进行监测管理，在系统中能够将其温度显示出来，将各类温度处理数据有效应用，一些发热设备的诊断就能够按照计划目标进行。所以机器人在巡检区域之内，设备运行的隐患问题，要在发现之后及时进行管控处理，避免设备异常导致其他的安全问题出现。
2自动巡检机器人硬件设计
2.1运动模块
本文选取巡检机器人体积较小，动力、制动和传动装置模块化安装。其中轮毂电机选取直流无刷电机，其具有调速平滑、启动性能优越等特点。其中最高转速可达15000r/min，最大电流19A，为保证电机安全配备相关减速机构，方便转速控制，最大输出电流限制为15A。轮毂转向模块选取步进电机进行转向控制，步进电机具有转向精度高的特点，但其转矩也较小，不适合较大较快转向，因此机器人行走主要在低速、低强度条件下进行。本设计选取TMCM-1161控制器控制步进电机，其额定电流为2.8A，额定电压为24V。减速机减速比为15∶1。
2.2主控模块
控制系统是机器人行动的核心，本设计选取STM32f407系列控制芯片，其主要内核为ARMCortex-M4，具有运行速度快、存储空间大、连接串口多等优点，其最多可设置17个定时器，拥有16个优先级，可满足机器人的复杂控制需求。
该开发板具有6个独立的USART/UART串口，可利用USB接口对其进行供电，具有4个5V直流输出，8个3.3V直流输出，足够智能巡检机器人使用。
2.3通信模块
变电站巡检机器人运动过程中需要不断收发信息，其主控模块根据收发到的信息对其他机械机构进行控制运动，因此通信模块显得尤为重要。本文主控板和工控机之间选取USB转TTL协议进行连接，其中USB总线协议规定当D+>2.8V、D-<0.3V时为高电频，D->2.8V、D+<0.3V时为低电频。工控机根据现场情况向控制模块发出模拟信号，根据控制器解析计算相应的控制量，向步进电机和轮毂电机发出指令，控制相关电机运行。而步进电机、轮毂电机主要是通过RS485电平进行通信，所以主控板通过TTL转RS485模块进行电平转换后与相关设备进行通信。为保证信息传输的准确性和快捷性，将所有设备与一个RS485模块相连。
3变电站巡检机器人应用技术类型
3.1软件系统开发与应用
机器人在变电站进行巡检工作阶段，不同的型号以及系统功能的设定，所需要应用的监控系统文件存在一定的差异性，此时系统中配备的软件条件也存在一定的差异性。如果是集控子站的监控系统软件应用期间，需要将具备统一性的监控管理软件应用起来，确保在不同类型、不同厂家机器人统一管理的过程中，不需要频繁的切换软件，也能将软件整体的应用效率有效保障。这样一来集控子站在运行管理阶段，也能实现系统化管理的基本目标。
3.2机器人设备的改造与研发
在智能机器人应用期间，需要将原有的巡检机器人工作目标确立起来，将机器人的小型化发展目标确立，将新型智能化的巡检机器人性能不断提升，控制在初期建设阶段的成本投资，提升其整体的功能性。还有就是智能巡检机器人的充电室的设置，考虑到机器人的生产商业之间的差异性相对较大，所以在不同类型的机器人充电期间的要求也明显不同，需要将满足多类型机器人充电的室内空间环境建立起来，并注重系统的逻辑关系的优化配置，这样一来在执行不同充电任务期间，机器人能够随时切换就能有效提升巡检机器人的充电质量，避免因电量不足而影响工作进度。在新型巡检机器人应用阶段，将小型机器人的应用目标确立起来，能够将产品的体积重量有效控制到位，对提升机器人的应用灵活性、高效性有积极影响作用。机器人在运作阶段具备机动性的特点，需要将驱动转向结构优化应用起来，使得巡检的整体效率得到保障。
3.3机器人远程控制好规约的应用
在同一变电站之内，为将巡检机器人全面进行管控引导，需要将远控规约确立起来。员工规约的接口以及数据规范的应用，需要结合变电站的运行管理要求，将接口、数据规范应用的效率不断提升。此时智能机器人与集控子站的双向信息交互目标顺利完成。服务接口规范的设置，需要将多型号机器人管理工作有序开展。而数据接口规范的设置，需要将服务交互的数据格式优化设置，将机器人交互以及控制管理的目标确立起来，明确巡检作业的基本任务目标有流程、路径等各项要求，将其中的人物、设备等各类信息条件有效控制到位。此时的数据格式应用都需要将数据接口规范确立。
结语
本文针对变电站复杂的运行情况，设计了智能化自动巡检机器人，其硬件设备包括运动模块、主控模块、通信模块、电源模块、制动模块等。各个模块结合良好，通过控制系统运行流畅。针对轮毂转向的控制系统，可以保证轮毂多次转向后没有位移误差；针对机器人运动启停运动控制系统可以保障机器人顺畅运转，避免机械摩擦过多导致机器人寿命降低；主要针对运行中出现通信故障问题，通信故障控制系统使机器人及时停止运行，保障机械安全。
参考文献
[1]胡冬良，丁敬，黄继荣，等.智能巡检机器人在变电运维工作中的改进及应用[J].浙江电力，2017(8).
[2]杨惠.变电站智能巡检机器人在运维工作中的应用分析[J].环球市场，2019(3).
[3]李晶，郁舒兰，吴晓莉.人机界面形状特征编码对视觉认知绩效的影响[J].计算机辅助设计与图形学学报，2018，1.
作者简介：
何子君(1987—）女，汉族，研究生，工程师,主要从事变电运维管理等相关工作。