KT600轮式巡检机器人

一、机器人系统方案

图4.2巡检机器人系统架构图

1.1特色功能

　　▷无轨导航：采用先进的VSLAM（视觉即时定位与地图构建），激光混合导航技术，机器人执行任务时可以自建实时地图，并在10米内实现毫米级精度导航与避障。

　　▷视觉探伤：基于超清成像单元对主变、高压电抗、油位、断路开关、隔离开关等多种器件自动检测。

　　▷多业务单元：超清成像单元、红外测温单元、音频检测单元、紫外放电检测单元。

　　▷表计读取：针对表计位置、油位状态、开关分合、表计文字及指示灯状态进行识别、判断，结果上传至本地系统。

　　▷智能巡检：支持一键启动、定时执行、路径巡查、多机协作、断网返航。

　　▷自动充电：支持自动返航至机器人室自动充电。

1.2方案目标

　　机器人技术作为智能电网的重要技术之一，以智能可移动平台为中心，集多种数据采集设备与一体，实现全自动自主巡视检测、智能识别预警和故障应急处理，配合在线监控系统、信息处理和分析系统等，形成一体化控制平台。根据目前场站的巡检现状和需求，系统能满足如下要求：

　　1）场站环境状态的实时监控

　　实时监控场站环境状态，采集监测场站的温度、湿度、有害气体等参数，避免环境的失控导致配电设备运行故障，如设备发生凝露、绝缘老化及外界条件下产生的局部放电问题等，延长设备使用寿命，实现设备全寿命使用周期，提高供电可靠性。

　　2）运行情况智能化监控

　　智能场站系统能够通过传感器实现实时地（秒到毫秒级延迟）全面检测场站状态，巡检人员可以不去现场或减少现场巡检的次数，通过系统采集的设备状态数据和视频图像就可以全面掌握场站的运行情况，从而降低人工巡检成本，提高安全保障。此外，还可以避免出现漏检、错检等人为性失误，提高运维的质量和一致性。通过替代人工巡检，提高了运维管理工作的质量和效率。

　　3）大数据智能统计分析

　　场站智能巡检系统可通过云计算终端向巡检人员提供场站内电力设备以及周边的环境资料，达到信息共享。可采用云计算、云存储和大数据挖掘等信息处理技术对场站监测数据进行深层次挖掘、信息共享和优化利用。

1.3功能特点

1.3.1主要功能

1.3.1.1日常巡检

图1.3机器人主要功能

　　传统的人工例行巡检，需要场站运维人员携带各类手持式巡检设备，消耗大量的时间对以上巡检内容进行专项排查，例如对场站内平层生产区域的日常巡检、区域区流变设备的逐项检查、开关及刀闸分合指示巡视核对，避雷器接头锈蚀排查等。巡视的方法，主要以眼看、耳听、鼻闻、手触、测试等手段来进行。配备智能巡检机器人后，可以由运维人员自由设定定时定期的例行巡检任务。建立任务时，可以按照设备区域、设备类型、功能类型等多种方式选择需要进行巡检的内容。当按照设备区域分类时，机器人可以对特定生产任务、特定电压等级划分的区域设备进行巡视；当按照设备类型分类时，可以对全区域某类设备进行全巡；当按照功能类型选择时，可以根据机器人本体功能特征单项巡视全区域所有表计类型、红外类型或声音类型的设备。

图1.4机器人场站车间巡检图

1.3.1.2仪表采集与识别

　　巡检机器人可以替代人工自动完成场站内表计数据的读取工作，并将结果自动生成巡视报表，上传至后端管理系统。通过高清可见光摄像机，配合云台实时捕捉场站仪表和设备的高清图像，采用智能识别技术对图像数据进行算法处理，可全天候对场站的指针类、数字类、行程类、分合指示类等表计的自动识别，分析出设备运行的状态，比人工抄录更加地智能化和科学化。

图4.5表计识别类型

1.3.1.3设备温度检测

　　机器人红外普测，是通过预先设置多个检测点，随时由运维人员设置红外普测任务，代替人工对全区域设备进行整体性扫描式温度采集，并有效避免区域设备被遗漏。可对电机和轴承温度、保温蒸汽管道泄漏、变压器等设备的接头温度进行测量。智能巡检机器人将跟踪数据发展变化，形成报表，如发现明显突变的情况，运维人员将收到提示信息进行人工核对。

图4.6热成像识别功能

　　使用巡检机器人进行精确测温，运维人员综合机器人巡检能力以及测温覆盖率和准确性，分析总结每类设备可能发生缺陷的关键测温点，并在机器人客户端设定相应的测温点位。机器人精确测温，可以自动对设备进行多方位、多角度的检测诊断，测温精度更高，同时针对同一设备，每次都可确保在位置、角度、配置参数方面的高度一致性，结果可对比性强。

　　系统可自动保存测温数据，形成历史分析曲线，和多样化的分析报表，便于运维人员进行诊断分析。

1.3.1.4刀闸分合监测

　　采用高清图像采集以及智能目标跟踪的技术，精确分析刀闸的分合状态，及时发现现场设备工作的异常情况，并向后台告警。

1.3.1.5多种感知与智能诊断

　　机器人巡检模式下，运维人员在获得各类生产系统、辅助系统的告警后，可以在第一时间调用机器人快速到达指定设备，及时查看并核实报警信息，以便迅速制定应对策略。

1.3.1.6联动预警

　　传统的人工巡检，有可能产生时间或者空间区域的疏漏，无法在发现问题的第一时间上报场站的安全管理系统，延误了解决问题的最佳时机，甚至会造成比较大的损失。

　　智能巡检机器人后台系统通过与场站综合管理系统的联动，实时收取无人值守时场站的告警信号，自动判别告警信号类型，启动相应应急预案。联动电区域的安全管理系统，运维人员可通过机器人视角第一时间了解现场状况，迅速作出最佳应对策略，最大程度保障人身、设备、财产安全。

1.3.1.7噪音监测与故障诊断

图2.3噪音检测与分析诊断

　　机器人基于高保真音频传感器对运行噪音进行采集，通过AI智能算法结合机器人日常巡检中大量的音频记录历史数据进行对比分析，结合大数据计算技术，能够有效识别输煤系统噪声异常、轴承损坏等异常现象，机器人上报异常消息至集控平台，便于工作人员及时维修，减少生产损失。

1.3.2技术指标

表4.1标准轮式巡检机器人技术参数

1.3.3产品优势

1.3.3.1全自动全方位自主巡检

　　机器人支持按每日规划的巡视检测任务，定时开始巡视检测工作；可根据预先设定的巡检点的位置，沿着预定轨迹依次进行自动巡检。机器人搭载有各种高精度数据采集设备，包括高清摄像机、高保真声音采集器、温湿度传感器等，通过移动监测的方式，实现场站内监控的全覆盖、全检测。

　　机器人系统也支持定点或定任务巡检。只需通过后台系统，选择想要进行巡视的巡检点，向机器人派发临时巡检任务，机器人就会按照选择的任务内容，规划处最优路径完成巡检任务。

　　机器人所配备云台，水平范围可达0°～+350°，垂直范围可达0°～+90°的云台，行程达到1050mm的折叠臂，充分保证了机器人覆盖所有设备区域，实现机器人全方位自主巡检功能。

1.3.3.2灵活巡检、及时响应

　　机器人可在不同巡检模式下，在不同的应用场景与应用需求中，机器人可灵活进行巡检任务配置，灵活进行速度控制。

　　常规定点巡检可以根据指定的路径和指定的巡检目标点进行自动匀速巡检，只需要设定巡检路径并启动自动巡检即可使机器人自动完成一次巡检。

　　如果出现突发事件，机器人会自动切换到应急控制模式，机器人将转换到高速运行模式，工作人员可以在主控室遥控机器人快速到事发地点查看实时情况。自主巡检过程中，光电停障系统发现前方有障碍物时，智能巡检机器人将则会自动停止并在后台发出警告，当巡检过程中遇到人员可智能减速。

1.3.3.3快速实施、环境友好

　　机器人通过激光雷达进行导航，在场站中应用无需架设轮式，机器人通过激光雷达SLAM及惯性导航方式进行基础导航。

1.3.3.4自动充电、断电续航、异常状态记录能力

　　机器人通过自主充电桩在巡检任务间隙对机器人进行充电，系统配备UPS不间断电源，当发生意外情况系统断电时，UPS不间断电源仍可支撑运行3h，配合机器人完成一次系统的巡检任务，机器人将断电时刻的状态信息与巡检信息传回，方便巡检人员进行分析。

1.3.3.5智能图像识别

　　为了实现智能化无人巡检、达到取代人工巡视的目的，智能巡检机器人采用了1080P分辨率相机以及深度学习引擎的图像识别技术用于仪表图像智能判别分析，在对设备进行图像判别分析时，可以有效地应对以下可能产生的干扰：

　　◇ 光照变化、阴影

　　◇ 遮挡

　　◇ 低对比度和低分辨率

　　◇ 视角变化与尺度缩放

二、效益分析

1.1经济效益分析

　　智能机器人可在场站推广使用，能有效提高工作效率，降低工作成本，加强作业安全性，并具有可观的经济效益。

　　（1）节约设备全寿命周期投入及维护成本成本

　　设备的全寿命周期成本主要包括改造一次性投入、改造后运行寿命周期内停电损失和运行维护费用之和。

　　一次性投入方面：采用智能机器人，可完成关键设备巡视工作。智能机器人在场站推广使用后，可节省大规模安装固定摄像头、红外检测仪的采购和维修成本。采用智能机器人自主完成对地下隧道设备的巡检，可大大节约现场巡视设备费用以及人工成本。在运行维护费用方面，采用智能机器人，只需定期对机器人本体进行基本保养维护，可减少应用大量的视频监控设备费用、定期运行维护费用以及故障装置的拆装，降低维护难度。

　　（2）提高操作、检修快速反应能力，有效控制设备受损率

　　通过集成红外热成像、声音、高清在线监测功能，为设备的安全正常运行提供可靠的科学依据，从而缩短维修时间。例如，由于未及时发现某设备异常，从而引起设备发生故障，甚至会导致整个电网异常，故障设备需要重新采购、安装、预试，间接停电导致企业损失，预估可造成数百万的损失。

1.2社会效益分析

　　智能巡检机器人是集成机电一体化技术、多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、机器人视觉技术、无线传输技术、数据安全技术，先进的现代科技的应用所产生的社会效益极为突出。

　　（1）实现智慧场站，提升整体管理水平

　　将先进的智能技术、检测方法和手段运用于场站设备巡检中，用新技术武装生产运行人员，使生产运行人员能够充分发挥其专业技能，在安全生产领域高效地开展生产工作、交流生产运行经验、共享生产运行方法，共同提高专业技能水平，实现场站的数字化管理水平，提高企业竞争力。

　　（2）规范设备操作流程，加强安全管理

　　采用智能机器人可以规范场站设备的巡视流程，减少人员人身伤害。保证安全生产管理资源得到充分利用，减少生产管理成本，提高安全生产管理工作效率，充分发挥安全生产管理成果在宏观和微观领域的作用，使安全生产管理的成果成为企业决策的重要依据。

　　（3）提高地区经济发展水平，带动相关产业与技术发展

　　由于智能机器人属于高技术密集型产品，它的生产制造可以提高地区经济发展水平，提升产品层次，带动相关产业与技术发展，为其它行业提供技术支持和业务合作创造了机会。

　　（4）提升企业社会形象

　　智能机器人的推广应用，将成为场站信息化建设的一个亮点，有助于提升公司在行业中的地位，同时带动人力水平的提升，使其获得全国的社会形象，获得良好的社会效益。