李宴宇
云南电网有限责任公司西双版纳供电局 云南 景洪 666100
摘要：随着时代的飞速发展与进步，推动我国各个领域走向智能化。现阶段，巡查机器人在电力行业中得到广泛应用。在搜索区域内采用Dijkstra算法，完成起点到终点的最短路线规划；在获取各缺陷点最短距离矩阵的基础上，采用智能算法对各缺陷点巡检顺序进行优化设计；对巡检道路拓扑图中的奇点进行配对优化，缩短机器人行走路程，采用Fluery算法对变电站机器人全站全巡路径进行规划。最后，本文对变电站巡检机器人避障策略进行了总结，并简要介绍了无线充电技术的工作原理。
关键词：变电站；巡检机器人
引言
随着智能电网不断深入以及机器人技术的高速发展，巡检机器人被广泛应用于变电站环境中，逐渐代替人工对电力设备进行巡检。对于变电站巡检机器人而言，自主导航是其完成巡检工作的前提，而有效的避障是机器人实现自主导航的基本要求之一。目前，大多数变电站巡检机器人主要通过激光雷达、超声波等传感器对机器人周围环境进行感知，同时结合相应的避障算法(如蚁群算法、模糊控制算法等)实现机器人避障。该方式虽然简单高效，但获取的环境信息相对稀疏，感知能力有限，在实际应用中仍存在较多问题，如机器人偏离(定位误差累积)、道路上的杂草(可越过障碍物)、水坑(易镜面反射)、碎石(影响机器人定位)等。因此，研究一种针对变电站道路场景且适用于巡检机器人的避障方法可有效弥补传统避障方法的不足，提升机器人的环境适应能力，并对智能电网和无人值守变电站的发展也有较大的推动作用。
1变电站巡检机器人系统组成
变电站智能巡检机器人系统分为三层体系架构，分别为:车载子系统、本地监控后台及远程集控后台。车载子系统通过无线局域网与本地监控后台进行数据、图像、视频等信息交互，远程集控后台通过申请的电网专网对本地监控后台、车载子系统进行任务下派、状态监控及数据管理。车载子系统由控制单元、导航单元、行走机构、供电单元及传感单元组成，其中传感单元包括云台、可见光相机、红外热像仪及拾音检测装置。
2新一代机器人技术升级的难点
2.1控制系统方面的要求
变电站智能巡检机器人的控制系统主要包括驱动系统和主控系统两个方面。驱动系统的合理设计能使巡检机器人在运行过程中满足各种工况条件下的运行需要，提高机器人的工作效率和覆盖面积，提高巡检的效果。主控系统在设计研发过程中要求其能满足手动和遥控操作双方面的要求，满足机器人在运行过程中导航分析性能要求。此外还要注意规避前几代机器人在设计工程中出现的充电接口标准不统一问题，为机器人工作提供稳定的电力来源，满足长时间的工作要求。
2.2适应环境方面的要求
变电站本身是一个特殊的工作环境，在其运行过程中会不间断产生静电和磁场，因此巡检机器人在设计过程中也要参照相关的国家标准，使机器人能适应特殊环境的需要。机器人在设计过程中，要具备相应的爬坡越障能力，满足特殊工况的需求，同时要具备障碍物检测功能。还要配合集成传感模块的应用，使机器人具备在夜间监测成像的能力，并保证成像的精度。
3协助应急处理
机器人巡检模式下，当无人值守变电站设备状态发生改变时，或获得系统告警信息后，运维人员可以在后台调用巡检机器人，快速到达指定设备间隔，及时查看设备状态并核实告警信息；当无人值守变电站发生事故时，运维人员可在后台指挥机器人深入事故现场，快速定位故障区域，实时读取现场数据。
巡检路线规划时，以环境电子地图的中心点为坐标原点，建立主直角坐标系，借助巡检机器人在地图上的起点和终点，确定辅助坐标系的原点，建立辅助直角坐标系，最后，根据巡检机器人起点和终点的位置分布，判断它们在两个坐标系中的象限位置，获取交集作为搜索区域。在限定的搜索区域内，采用Dijkstra算法寻找起点到终点的最短路线。设起点为u0，终点为v0，已求出最短路径节点的集合用S表示，其余未确定最短路径节点的集合用T表示。Dijkstra算法的基本思想是：按照距离u0由近及远的顺序，依次求得u0到图中的各节点的最短路线和距离，直至终点v0，算法结束。算法步骤如下：初始条件下，集合S中只包含起点u0，集合T中包含除起点外的其他节点，且T中节点距离的定义为起点u0到该节点的长度；从集合T中选出距离最短的节点k，并将节点k加入到集合S中，从集合T中移除节点k；利用节点k来更新T中各个节点到起点u0的距离。节点k作为中间节点，若T中各节点距离缩短，则采用新的距离值，否则各节点保持原来的距离；重复步骤（2）、步骤（3），直到终点v0。
4关键技术分析与应用
4.1履带式行走机构
履带式行走机构可以在凸凹不平的路面上行走，也可以攀爬台阶、翻越沟壑，具有较强越障能力，适用于松软或泥泞的地面，对复杂地形的适应能力强，但由于没有自位轮和转向机构，履带式行走机构只能靠左、右两个履带的速度差转弯，转弯过程中不仅会出现横向滑动，在前进方向上也会产生滑动，转弯阻力大，无法准确地确定转弯半径，同时转弯速度较慢，灵活性较差，对于拥有狭窄路面和盖板路的变电站场所不太适用。
4.2缺陷跟踪的应用
巡检机器人的跟踪功能十分强大，当变电站设备出现低压报警时，可通过智能机器人跟踪监视缺陷问题。检修人员维护前保证设备处于SF6压力状态。此外机器人可以向设备观察点实时发送检查结果，确保运维人员掌握测量装置数据。通过此种方式运维人员能够高效管理设备。对于智能巡检机器人功能来说，可有效检查故障问题，数据收集完整性高，同时可作用于数据监控与分析中，减轻人员工作量，全面维护变电站运行安全性与智能化。
4.3视觉导航
近几年，随着计算机技术和图像识别技术的迅速发展，视觉技术在机器人领域开始广泛应用，视觉导航就是利用一只或多只摄像机采集周围环境下的图像信息，通过图像技术提取图像中特征点信息，并通过不同帧之间的图像不断进行特征点匹配计算进行特征点跟踪，实现姿态变换，从而获得机器人在环境中的位置坐标，完成自主导航定位，但该方法数据量大、算法复杂、定位实时性较差，并且易受光线、烟雾及雨天的影响，因此，多与其他定位导航方式组合使用。
4.4遇障智能处理技术
目前应用的巡检机器人在巡检任务过程遇到障碍物时，会立即停止并发出告警，障碍物一直不消除时，机器人会一直停止不动，需要运维人员人工干预，此种遇障处理模式智能化较低，不利于推广变电站的无人值守模式，因此需要研究一种遇障智能处理技术，保障机器人遇到障碍物能够智能分析处理，在机器人遇到障碍物停车时，应根据路面宽度及障碍物尺寸，形成多种遇障处理模式:(1)道路许可的情况下直接绕过障碍物;(2)道路不许可但有其他路线时，可选择其他路径继续执行巡检任务;(3)道路不许可也无其他路线时，机器人返回充电房，以此提升机器人的智能化水平，减小人工干预。
结语
综上，做好变电站智能巡检机器人的设计，需要从多个方面入手，针对目前运行中出现的问题进行有针对性的设计，在保证经济性要求的情况下，使机器人的工作性能不断提升，从而达到电力系统运行的稳定性、安全性等方面的需要，为我国电力事业的发展做出贡献。
参考文献
[1]侯晓东．220kV变电站机器人巡检系统的设计［D］．长春工业大学，2016．
[2]国网浙江省电力有限公司温州供电公司.变电站巡检机器人[M].北京:中国电力出版社,2019.