專利名稱：變電站智能機器人巡檢系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統變電站運行維護技術領域，尤其涉及一種變電站智能機器人巡檢系統。
背景技術：
長期以來，對變電站巡檢工作多采用人工方式進行，傳統的人工巡檢方式不僅存在勞動強度大、工作效率低、檢測質量分散、手段單一等不足之處，而且事后也無法將人工所檢測的數據準確、及時地傳送到管理信息系統中以供工作中使用。隨著無人值守模式變電站的推廣，伴隨而來的是變電站巡檢工作量越來越大，巡檢到位率、及時性更加無法得到保證。特別是在高原、戈壁等特殊地理條件或如大風、霧天、 冰雪、冰雹、雷雨等極端天氣發生后，造成人工無法及時巡檢，并且受條件限制巡檢存在較大安全風險，此時變電站一旦發生意外事故，決策者因無法及時獲取直觀的現場信息，往往會貽誤最佳處理事故的時機，造成不必要的經濟損失甚至人員傷亡等重大的事故。近年來，隨著科技的發展，變電站智能機器人的出現，實現自動完成變電站日常設備巡視、紅外測溫、操作前后設備狀態檢查等工作，從而大大提高對變電站設備巡視的工作效率和質量，降低人員勞動強度和工作風險，提升變電站智能化水平，為變電站無人值守提供強大的技術支撐。變電站智能機器人已經成為變電站設備巡檢的重要輔助手段。國家知識產權局于2010年4月觀號公布的專利號CN201442^4U，名稱為“變電站智能巡檢機器人”，和國家知識產權局于2011年6月1號公布的申請號201010508300. 2， 名稱為“變電站設備智能巡檢機器人系統”的專利中都提出了變電站智能機器人方面的技術方案。經過分析，所公布的現有的變電站巡檢機器人技術方案存在以下技術問題1、所提到的巡檢機器人沒有全局路徑規劃功能。對特定設備進行巡視時，巡檢機器人沒有對路徑進行優化，需要走一些不必要的路徑，既浪費了電池能量，又加長了巡檢機器人到位檢測的時間，檢測效率不高。2、所提到的巡檢機器人模式識別功能薄弱。當前的變電站高壓斷路器設備的狀態，多靠人工巡視或在線監測，人工巡視勞動強度大、工作效率低；巡視/核查不到位，與現有管理信息系統對接周期長；所提到的巡檢機器人在線監測采樣信號較少、數據不足；對運動過程缺乏記錄；分析精度不高，診斷結論缺乏說服力等缺點。3、所提到的巡檢機器人缺乏安全防護系統。巡檢機器人在調試運行和正常巡檢過程中，特別是通過無線技術操作時，由于缺乏有效的防護手段，致使巡檢機器人在出現意外情況時，外殼與設備發生碰撞而損壞。4、所提到的巡檢機器人無法提前檢測設備的前期故障。紅外檢測易受環境中紅外輻射尤其是太陽輻射影響，因此紅外檢測一般不能在白天進行，這樣就造成一些設備故障不能被及時檢測和發現；紅外檢測通常檢測設備的后期故障，無法對設備的前期故障做出預警。5、所提到的巡檢機器人無法與傳統的視頻監控系統進行有效結合。還存在很大的監控盲區，很難真正滿足視頻巡視、全方位覆蓋的要求。6、所提到的巡檢機器人無法和順控系統配合。現有變電站巡檢機器人，無法實現倒閘操作后設備狀態的自動識別，無法與變電站順序控制平臺交互，也無法實現倒閘操作順控過程。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種變電站智能機器人巡檢系統。它以智能巡檢機器人為核心，整合現有機器人技術、電力設備非接觸檢測技術、多傳感器融合技術、模式識別、導航定位技術以及物聯網技術等。它具有能夠實現變電站機器人全天候、全方位、全自主智能巡檢和監控，實現對巡檢監控數據智能存儲，同時利用模式識別，有效降低工作勞動強度，降低變電站運維成本，提高正常巡檢作業和管理的智能化和自動化水平，為智能變電站和無人值守變電站提供創新型的技術檢測手段和全方位的安全保障，更快地推進變電站無人值守的進程的優點。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種變電站智能機器人巡檢系統，它包括監控中心，所述監控中心與至少一個變電站的站級機器人智能巡檢系統通過網絡連接；所述各站級機器人智能巡檢系統包括至少一個基站，基站則與至少一個智能巡檢機器人無線通信；同時在變電站內還設有至少一個機器人充電設施，在變電站還鋪設有與智能巡檢機器人相配合的用于行走的機器人導航定位設施，同時在變電站內還設有環境信息采集子系統以及安裝在變電站內各個需要監控設備處的固定點輔助監控子系統；環境信息采集子系統、固定點輔助監控子系統與基站通信；所述智能巡檢機器人上設有智能巡檢機器人下位機，它通過網絡通信單元與基站通信；所述智能巡檢機器人下位機還與檢測單元連接，所述檢測單元包括紅外檢測單元和紫外檢測單元，所述紫外檢測單元包含紫外視頻服務器和紫外檢測裝置，紫外檢測裝置采集設備圖像得到的模擬視頻通過紫外視頻服務器接入交換機，并通過無線通信傳送至基站后臺監控計算機即上位機；紫外檢測裝置與紫外視頻服務器連接，紫外檢測裝置與紫外視頻服務器均與智能巡檢機器人下位機連接并受控于下位機。所述監控中心包含至少一臺服務器、至少一臺監控主機和相應的報警裝置；其中， 所述監控主機具有視頻監控中心所有的監視、控制和管理功能，并利用模式識別對視頻和圖片進行智能分析；所述的服務器存儲時間信息、照片和視頻文件，供快速檢索；報警裝置為系統軟硬件異常報警裝置或/和檢測報警裝置，其中，監測報警裝置選自環境信息異常報警裝置、消防報警裝置、非法闖入報警裝置、視頻移動報警裝置中的一種或多種。所述監控中心與各基站通過電力專用光纜連接。所述的基站包括后臺監控計算機即上位機，它通過無線通訊模塊I與智能巡檢機器人通訊；所述上位機通過防火墻與變電站SCADA系統和MIS系統連接；所述上位機通過移動通信模塊與遠程的監控中心連接，所述移動通信模塊為GSM 模塊、CDMA模塊、GPRS模塊或3G模塊；所述環境信息采集子系統采用溫度、濕度和風速傳感器，采用RS485串行通訊協議通過電纜將數據發送給基站后臺監控計算機即上位機，并進行顯示存儲。所述的智能巡檢機器人包括智能巡檢機器人本體；智能巡檢機器人本體包括固定在移動平臺上的下位機以及與下位機相連接的導航定位模塊、電源模塊、云臺控制模塊、信息采集模塊、顯示模塊、安全防護模塊、檢測模塊、網絡通信單元；其中所述的網絡通信單元包括無線通訊模塊II與基站的無線通訊模塊I通訊。所述導航定位模塊包括兩個RFID閱讀器、一個GPS單元、一個磁導航單元與一個激光測距單元，所述GPS單元接收GPS定位信息，通過RFID閱讀器讀取RFID導航信息，通過磁導航單元讀取磁導航標識，通過激光測距單元讀取目標/障礙物距離信息，信息采集后傳送至下位機；所述電源模塊包括輸入電源，輸入電源與電源處理模塊連接，電源處理模塊分八路電源輸出，其中包括兩路12V輸出和六路28V輸出；12V輸出中的一路為無線通信模塊和交換機供電，另一路為信息采集設備供電；所述六路28V輸出則分別與散熱裝置、機器人下位機、安全防護模塊、云臺控制模塊、機器人行走設備和充電定位機構供電；所述云臺控制模塊采用的結構是采用中國授權專利號ZL200920029359. 6所述的結構；所述信息采集模塊包括以下單元影像信息采集單元、聲音信息采集單元、溫/濕度信息采集單元；所述影像信息采集單元除紅外熱像儀、紫外成像儀、視頻服務器外，還包括可見光攝像機，所述可見光攝像機、紅外熱像儀、紫外成像儀分別或組合安裝在相應的云臺上；所述聲音信息采集單元為拾音器；所述溫/濕度信息采集單元為溫濕度傳感器；所述安全防護模塊包括超聲故障檢測單元、安全觸邊單元，另外包括與視頻服務器連接的前置攝像頭和后置攝像頭，所采集的信息通過受控于下位機的視頻編碼器壓縮編碼后，經無線通信模塊I、無線通信模塊II傳送給基站；后置攝像頭提供智能巡檢機器人后方實時視頻、輔助遙控智能巡檢機器人后退；所述超聲障礙檢測單元包括設置在機器人前端的超聲傳感器探頭，以及與超聲傳感器探頭連接的超聲信號處理板卡，它將檢測到的距離信息傳給機器人下位機。所述超聲傳感器探頭有四個，并列安裝在機器人前端。本單元采用的結構是采用中國授權專利號 ZL200920029427.9所述的結構，用于檢測巡檢機器人行進方向的障礙物、防止自動運行時的意外碰撞；所述安全觸邊單元為柔性可彎折的帶狀物，固定在智能巡檢機器人的邊沿位置上，實現安全保護。當巡檢機器人移動撞擊到障礙物時，柔性安全邊就會傳送信號給電源系統以停止機器人移動，為巡檢機器人意外碰撞提供重要的安全防護。所述無線通信模塊I、無線通信模塊II均為基于802. IlN的無線網橋；所述的下位機采用嵌入式工業控制計算機，內建嵌入式Linux操作系統，下位機通過無線通信模塊II與上位機通訊，傳送到上位機的通訊數據包括影像信息采集單元、聲音信息采集單元、溫/濕度信息采集單元的數據；同時還傳輸導航定位模塊采集到的RFID 數據、GPS數據、目標/障礙物距離數據。所述的固定點輔助監控子系統包括在變電站設有至少一個高清網絡攝像機；所述高清網絡攝像機通過光纜與基站連接；高清網絡攝像機設置在智能巡檢機器人巡視盲區， 高清網絡攝像機直接監視智能巡檢機器人漏檢設備，將數據上傳到基站，進行統一的監控和分析存儲。所述的智能巡檢機器人充電設施包括充電室和充電定位機構，所述充電室采用通道式小屋，充電室對開兩個門，安裝自動門禁，智能巡檢機器人可以通過無線通信模塊， 控制自動門禁的開合；充電室鋪設有智能巡檢機器人導航定位設施，便于智能巡檢機器人自動充電定位；充電室內安裝充電箱。所述充電室自動門控制系統的結構采用中國專利申請號為2011201896988實用新型專利中的結構，充電定位機構采用中國授權專利號為 ZL200920290409. 6 的結構。所述的一種變電站智能機器人巡檢方法包括以下步驟步驟1、充電；智能巡檢機器人在沒有收到無線通訊網絡或遙控傳輸的巡檢任務指令時，在智能巡檢機器人充電室進行設備充電，等待巡檢任務下發；步驟2、路徑規劃；路徑規劃時，首先對變電站環境建模，形成拓撲網狀圖和連通關系矩陣；接著利用Floyd弗洛伊德算法確定搜索路徑矩陣，即最短路徑矩陣，并通過迭代優化，提高運算速度；然后通過對節點和邊的遍歷，計算始發點到目標點序列的最短連通路徑；最后將最短連通路徑轉換到以RFID序列標示的行駛路線；在每個路口的RFID，根據路徑連通性，計算出智能巡檢機器人的轉動角度；步驟3、任務下發及執行；基站上位機根據巡檢要求，路徑規劃模塊規劃出任務信息，并將定時任務通過無線通訊系統發送到智能巡檢機器人下位機；到達任務時間后，巡檢機器人脫離充電設施開始巡檢；智能巡檢機器人導航定位模塊采集導航定位信息，將位置姿態信號發送下位機，在主控系統的控制下在變電站行駛；步驟4、停靠點檢測；當導航定位模塊探測到到達目標檢測點時，停止移動平臺， 根據任務，調用檢測系統的云臺相應預制位，對準變電站設備進行檢測，并將檢測到的視頻和圖像數據通過無線通訊系統發送至基站上位機進行數據處理、分析、存儲；步驟5、模式識別；基于機器人可見光檢測采集的視頻和圖像數據，利用模板匹配的技術，對變電站的斷路器狀態進行識別；基于機器人紅外檢測采集的視頻和圖像數據，利用Sift特征對變電站刀間狀態進行識別；基站后臺監控計算機即上位機對檢測數據進行分析判斷，必要時發出超溫警報；步驟6、順序執行任務，直至巡檢任務完成，智能巡檢機器人返回機器人充電設施， 充電等待下個定時巡檢任務；步驟7、固定點監控輔助巡檢；通過把不同固定點的多個攝像機都添加到固定點檢測序列中，配置成巡檢路線，所述的各攝像機按照規劃對準機器人漏檢設備并將視頻信息上傳至基站；基站的上位機將上傳的固定點輔助視頻利用模式識別識別后判斷設備的故障狀態；系統對需要監控的區域設置觸發條件，即按需設置穿越警戒面檢測、進入、離開入侵區域檢測，在布防狀態下一旦觸發，系統就能聯動報警；步驟8、巡檢報表生成；全部任務完成，基站后臺監控計算機接收到巡檢結束消息，分析處理本次巡檢數據，形成巡檢報表，本次巡檢結束；巡檢人員可以在基站的巡檢時間實時監控巡檢全程；也可以在巡檢完成后瀏覽巡檢報表；也可以定期通過歷史數據檢索，查看巡檢歷史數據。另外，進一步說明，所述的后臺監控計算機即上位機設有后臺監控分析軟件，后臺監控分析軟件包括界面層、控制層和數據層；[0046]所述界面層，分為視頻展示模塊、信息展示模塊、報警顯示模塊、報表生成模塊、電子地圖模塊、數據查詢模塊、數據配置模塊和設備控制模塊，智能巡檢機器人自身狀態及檢測系統的實時數據的監測通過界面層提供操作交互界面實現；所述控制層，分為路徑規劃、模式識別、順控配合、音頻處理模塊、網絡通信模塊、 視頻處理模塊、報警處理模塊、報表處理模塊，路徑規劃模塊可以巡檢機器人巡檢線路的自動優化，也可以在制定設備的特定巡檢任務時和智能巡檢機器人低壓報警自動返回充電時提供最短路徑；模式識別模塊可以實現設備的自動識別，可以在紅外圖像中精確定位設備， 自動準確判斷設備溫度；模式識別模塊也可以自動識別設備的狀態，如隔離開關的狀態和儀表的讀數；順控配合模塊綜合上述功能模塊，與變電站順序控制平臺交互，利用最優路徑規劃算法、圖像分析、模式識別算法實現變電站倒間操作后的設備狀態的自動檢測，并將識別結果發送給變電站順序控制平臺，實現倒閘操作后設備狀態的自動校合，并驅動倒閘操作的自動、順利執行，真正實現變電站倒閘操作的一鍵式順序控制；所述數據層，分為實時數據庫、系統配置文件、錄像文件和歷史數據庫；對檢測數據進行分類存儲，并實現歷史數據的排序、篩選等檢索。本實用新型具有以下有益效果1、巡檢路徑優化。智能巡檢機器人采用全局路徑規劃算法對巡檢路徑進行優化，行駛路線短，智能巡檢機器人到位檢測時間快，節省了電池能量，同時能有效節省變電站設備操作后移動智能巡檢機器人設備校驗的時間。2、具有較強的模式識別功能。模式識別功能，包括基于可見光檢測技術、模板匹配技術實現變電站斷路器狀態識別和基于紅外檢測實現變電站刀間狀態識別，這些模塊和算法運算速度快，圖像識別率高，提高了自動巡檢和識別的效率，可滿足現場的實時巡視要求。3、全時段故障檢測。紫外檢測不受太陽輻射干擾，智能巡檢機器人可在白天對變電站設備進行巡檢， 與可見光和/或紅外檢測配合，可以全天任何時間段對設備進行檢測，提高了設備缺陷檢測的及時性；通過在智能巡檢機器人變配電設備檢測單元中結合紫外、紅外、可見光檢測的優勢，可提高設備缺陷檢測的效率，準確可靠的對設備缺陷進行定位，可以全面檢測變電站設備的溫度、外觀、狀態和電暈閃絡情況。4、全方位的安全防護。超聲障礙檢測單位用于檢測機器人行進方向的障礙物、防止自動運行時的意外碰撞；前置攝像頭、后置攝像頭提供智能巡檢機器人前后方的實時視頻、輔助遙控智能巡檢機器人前進后退；安全觸邊最后一關防護智能巡檢機器人意外碰撞。全方位的安全防護可以使智能巡檢機器人自動安全運行，防止自動巡檢或遙控時的智能巡檢機器人意外碰撞或跌落。5、智能化程度高。通過自動充電和自主導航定位實現巡檢任務的全自主運行，無需人工干預；智能化程度高，巡檢數據一致性好，采用智能巡檢機器人實現變電站設備定點、定角度、定時間自動化巡檢，數據不受巡檢人員素質能力等主觀因素的影響。[0060]6、全方位的視頻無縫隙監控。通過移動的智能巡檢機器人和固定點輔助監控子系統的配合，實現了變電站視頻的無縫隙監控，巡檢無盲區，消除原有安防、固定視頻監控盲點，減少了單位面積監控點的數量，使監控場景覆蓋范圍更廣，提高變電站監控系統的效能和智能化應用水平。7、實現了與變電站順控系統、SCADA系統、MIS系統的配合。通過IEC61850協議與變電站順序控制平臺、SCADA系統、MIS系統交互，利用最優路徑規劃算法、圖像分析、模式識別算法實現變電站倒間操作后的設備狀態的自動檢測， 并將識別結果通過IEC61850協議發送給變電站順序控制平臺，實現倒閘操作后設備狀態的自動校合，并驅動倒閘操作的自動、順利執行，真正實現變電站倒閘操作的一鍵式順序控制。8、實現了多站級智能巡檢機器人智能巡檢系統的集中監控。多個變電站智能巡檢機器人集中監控，集中管理，符合變電站無人值守化的需求， 并為無人值守變電站的設備安全運行提供檢測手段；巡檢數據的集中管理和共享，可以更全面判斷設備故障和故障診斷分析。
圖1是變電站智能巡檢機器人巡檢系統總體結構圖；圖2是站級巡檢機器人智能巡檢子系統組成結構圖；圖3是固定點輔助監控子系統結構圖；圖4是智能巡檢機器人系統結構圖；圖5是后臺監控分析軟件系統結構圖；圖6是智能巡檢機器人檢測數據流圖；圖7是智能巡檢機器人安全防護模塊數據流圖；圖8是變電站智能機器人巡檢系統巡檢方法流程圖。圖中1.監控中心，2.站級機器人智能巡檢系統，3.機器人導航定位設施，4.機器人充電設施，5.智能巡檢機器人，6.環境信息采集子系統，7.固定點輔助監控子系統，8高清網絡攝像頭，9.上位機，10.無線通訊模塊I，11.無線通訊模塊II，12.下位機，13.移動平臺，14.導航定位模塊，15.云臺控制模塊，16.電源模塊，17.信息采集模塊，18.安全防護模塊，19顯示模塊，20.交換機，21.視頻編碼器，22.前置攝像頭，23.后置攝像頭，24.安全觸邊，25.超聲故障檢測單元，26.可見光攝像機，27.紅外熱像儀，28.紫外成像儀，29.基站，30.網路通信單元。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。實施例1圖1、圖2、圖3、圖4、圖6、圖7中，一種變電站智能機器人巡檢系統，它包括監控中心1，所述監控中心1與至少一個變電站的站級機器人智能巡檢系統2通過網絡連接；所述各站級機器人智能巡檢系統2包括至少一個基站四，基站四則與至少一個智能巡檢機器人 5無線通信；同時在變電站內還設有至少一個機器人充電設施4，在變電站還鋪設有與智能巡檢機器人5相配合的用于行走的機器人導航定位設施3，同時在變電站內還設有環境信息采集子系統6以及安裝在變電站內各個需要監控設備處的固定點輔助監控子系統7 ；環境信息采集子系統6、固定點輔助監控子系統7與基站四通信；所述智能巡檢機器人5上設有智能巡檢機器人的下位機12，它通過網絡通信單元30與基站四通信；所述智能巡檢機器人5的下位機12還與檢測單元連接，所述檢測單元包括紅外檢測單元和紫外檢測單元， 所述紫外檢測單元包含紫外視頻服務器和紫外檢測裝置，紫外檢測裝置采集設備圖像得到的模擬視頻通過紫外視頻服務器接入交換機20，并通過無線通信傳送至基站后臺監控計算機即上位機9 ；紫外檢測裝置與紫外視頻服務器連接，紫外檢測裝置與紫外視頻服務器均與智能巡檢機器人下位機12連接并受控于下位機12。所述監控中心1包含至少一臺服務器、至少一臺監控主機和相應的報警裝置；其中，所述監控主機具有視頻監控中心所有的監視、控制和管理功能，并利用模式識別對視頻和圖片進行智能分析；所述的服務器存儲時間信息、照片和視頻文件，供快速檢索；報警裝置為系統軟硬件異常報警裝置或/和檢測報警裝置，其中，監測報警裝置選自環境信息異常報警裝置、消防報警裝置、非法闖入報警裝置、視頻移動報警裝置中的一種或多種。所述監控中心1與各基站四通過電力專用光纜連接。所述的基站四包括后臺監控計算機即上位機9，它通過無線通訊模塊IlO與智能巡檢機器人5通訊；所述上位機9通過防火墻與變電站SCADA系統和MIS系統連接；所述上位機9通過移動通信模塊與遠程的監控中心連接，所述移動通信模塊為 GSM模塊、CDMA模塊、GPRS模塊或3G模塊；所述環境信息采集子系統6采用溫度、濕度和風速傳感器，采用RS485串行通訊協議通過電纜將數據發送給基站四后臺監控計算機；進行顯示存儲。所述的智能巡檢機器人5包括機器人本體；機器人本體包括固定在移動平臺13上的下位機12以及與下位機12相連接的導航定位模塊14、電源模塊16、云臺控制模塊15、信息采集模塊17、顯示模塊19、安全防護模塊18、檢測模塊、網絡通信單元30 ；其中所述的網絡通信單元30包括無線通訊模塊IIll與基站四的無線通訊模塊IlO通訊。所述導航定位模塊14包括兩個RFID閱讀器、一個GPS單元、一個磁導航單元與一個激光測距單元，所述GPS單元接收GPS定位信息，通過RFID閱讀器讀取RFID導航信息， 通過磁導航單元讀取磁導航標識，通過激光測距單元讀取目標/障礙物距離信息，信息采集后傳送至下位機12 ；所述電源模塊16包括輸入電源，輸入電源與電源處理模塊連接，電源處理模塊分八路電源輸出，其中包括兩路12V輸出和六路28V輸出；12V輸出中的一路為無線通信模塊和交換機20供電，另一路為信息采集模塊17設備供電；所述六路28V輸出則分別與散熱裝置、機器人下位機12、安全防護模塊18、云臺控制模塊15、機器人行走設備和充電定位機構
{共 ο所述云臺控制模塊15采用的結構是采用中國授權專利號ZL200920029359. 6所述
的結構。所述信息采集模塊17包括以下單元影像信息采集單元、聲音信息采集單元、溫/ 濕度信息采集單元；所述影像信息采集單元除紅外熱像儀27、紫外成像儀觀、視頻服務器外，還包括可見光攝像機沈，所述可見光攝像機沈、紅外熱像儀27、紫外成像儀觀分別安裝在相應的云臺上；所述聲音信息采集單元為拾音器；所述溫/濕度信息采集單元為溫濕度傳感器；所述無線通信模塊110、無線通信模塊IIll均為基于802. IlN的無線網橋；所述的下位機12采用嵌入式工業控制計算機，內建嵌入式Linux操作系統，下位機12通過無線通信模塊IIll與上位機9通訊，傳送到上位機9的通訊數據包括影像信息采集單元、聲音信息采集單元、溫/濕度信息采集單元的數據；同時還傳輸導航定位模塊14 采集到的RFID數據、GPS數據、目標/障礙物距離數據。，所述安全防護模塊18另外包括與視頻服務器連接的前置攝像頭22和后置攝像頭 23，所采集的信息通過受控于下位機12的視頻編碼器21壓縮編碼后，經無線通信模塊110、 無線通信模塊IIll傳送給基站四；后置攝像頭23提供智能巡檢機器人5后方實時視頻、 輔助遙控智能巡檢機器人5后退。所述超聲障礙檢測單元包括設置在機器人前端的超聲傳感器探頭，以及與超聲傳感器探頭連接的超聲信號處理板卡，它將檢測到的距離信息傳給工業控制計算機。所述超聲傳感器探頭有四個，并列安裝在機器人前端。本單元采用的結構是采用中國授權專利號 ZL200920029427. 9所述的結構，用于檢測智能巡檢機器人5行進方向的障礙物、防止自動運行時的意外碰撞；所述安全觸邊M單元為柔性可彎折的帶狀物，固定在智能巡檢機器人5的邊沿位置上，實現安全保護。當智能巡檢機器人5移動撞擊到障礙物時，柔性安全觸邊M就會傳送信號給電源系統以停止機器人移動，為智能巡檢機器人5意外碰撞提供重要的安全防護。所述的固定點輔助設備監控子系統7包括在變電站設有至少一個高清網絡攝像機8 ；所述高清網絡攝像機8通過光纜與基站四連接；高清網絡攝像機8設置在智能巡檢機器人5巡視盲區，高清網絡攝像機8直接監視智能巡檢機器人5漏檢設備，將數據上傳到基站四，進行統一的監控和分析存儲；所述的機器人充電設施4包括充電室和充電定位機構，所述充電室采用通道式小屋，充電室對開兩個門，安裝自動門禁，智能巡檢機器人5可以通過無線通信模塊，控制自動門禁的開合；充電室鋪設有智能巡檢機器人導航定位設施3，便于智能巡檢機器人5 自動充電定位；充電室內安裝充電箱。所述充電室自動門控制系統的結構采用中國專利申請號為2011201896988實用新型專利中的結構，充電定位機構采用中國授權專利號為 ZL200920290409. 6 的結構；所述移動平臺13采用輪式結構，前兩輪為驅動輪，由兩電機分別驅動，差速轉向， 后兩輪為萬向輪，隨動。結構簡單，易加工，直線運動性與轉彎性能好，能夠以兩驅動輪中心點做原地轉彎，且無側滑。適應性強，且便于控制系統的設計。站級機器人智能巡檢系統2，執行遠程數據采集的流程是首先智能巡檢機器人利用自身的數據采集裝置將采集到的巡檢數據(包括電池電量、驅動器狀態和速度、云臺狀態、障礙物信息、磁傳感器信息、圖像信息、音頻信息、溫濕度數據)，通過無線通信模塊傳輸到基站系統；然后基站系統利用自身的各個功能模塊將巡檢數據處理后生成巡檢日志、 巡檢事項和巡檢實時數據，通過移動通信模塊將巡檢日志、巡檢事項和巡檢實時數據上報到遠程的監控中心，方便技術人員及時了解智能巡檢機器人狀況，并對智能巡檢機器人故障進行及時準確的維護。變電站智能巡檢機器人安全防護的工作原理為距離信息采集裝置通過超聲檢測模塊檢測智能巡檢機器人5前行方向上的障礙物信息，并采用安全觸邊M作智能巡檢機器人的碰撞防護，保證智能巡檢機器人5即使發生碰撞事故也不會損壞外殼及設備，智能巡檢機器人5遇到障礙物或發生碰撞后，通過工業控制計算機的信息采集處理，能夠命令智能巡檢機器5人進行正確的動作。視頻服務器主要用來對智能巡檢機器人進行遠程操控時，通過前置攝像頭22和后置攝像頭23對智能巡檢機器人5行進道路情況進行監控，并將視頻信號通過無線方式傳回監控室后臺計算機，使操作人員能夠對智能巡檢機器人5進行安全操作，避免發生意外。變電站智能機器人全時段故障檢測的原理智能巡檢機器人5具有可見光檢測單元、紅外檢測單元和紫外檢測單元；可見光檢測單元包含可見光視頻服務器和可見光檢測裝置，可見光檢測裝置采集設備圖像得到的模擬視頻通過可見光視頻服務器接入網絡通信單元，從機器人基站四后臺監控計算機下發的控制指令經網絡通信單元通過可見光視頻服務器傳送至可見光檢測裝置。紅外檢測單元包含紅外視頻服務器和紅外檢測裝置，紅外檢測裝置采集設備圖像得到的模擬視頻通過紅外視頻服務器接入網絡通信單元，紅外檢測裝置與智能巡檢機器人下位機的其它數據交換可經由紅外視頻服務器傳送或者直接通過網絡通信單元完成；紫外檢測單元包含紫外視頻服務器和紫外檢測裝置，紫外檢測裝置采集設備圖像得到的模擬視頻通過紫外視頻服務器接入網絡通信單元，紫外檢測裝置與智能巡檢機器人下位機的其它數據交換可經由紫外視頻服務器傳送或者直接通過網絡通信單元完成。通過在智能巡檢機器人變配電設備檢測單元中結合紫外、紅外、可見光檢測的優勢，可提高設備缺陷檢測的效率，準確可靠的對設備缺陷進行定位。圖5中，上位機后臺監控分析軟件由界面層、控制層和數據層組成。所述界面層，分為視頻展示模塊、信息展示模塊、報警顯示模塊、報表生成模塊、電子地圖模塊、數據查詢模塊、數據配置模塊和設備控制模塊。界面層提供友好的操作交互界面，完成智能巡檢機器人自身狀態及檢測系統的實時數據的監測。所述控制層，分為路徑規劃、模式識別、順控配合、音頻處理模塊、網絡通信模塊、 視頻處理模塊、報警處理模塊、報表處理模塊。路徑規劃模塊可以智能巡檢機器人巡檢線路的自動優化，也可以在制定設備的特定巡檢任務時和智能巡檢機器人低壓報警自動返回充電時提供最短路徑。路徑規劃時首先對變電站環境建模，形成拓撲網狀圖和連通關系矩陣； 接著利用Floyd弗洛伊德算法確定搜索路徑矩陣，即最短路徑矩陣，并通過迭代優化，提高運算速度；然后通過對節點和邊的遍歷，計算始發點到目標點序列的最短連通路徑；最后將最短連通路徑轉換到以RFID序列標示的行駛路線；在每個路口 RFID，根據路徑連通性， 計算出智能巡檢機器人的轉動角度。模式識別技術可以實現設備的自動識別，可以在紅外圖像中精確定位設備，自動準確判斷設備溫度；模式識別技術也可以自動識別設備的狀態， 如隔離開關的狀態和儀表的讀數。順控配合模塊綜合上述功能模塊，與變電站順序控制平臺交互，利用最優路徑規劃算法、圖像分析、模式識別算法實現變電站倒間操作后的設備狀態的自動檢測，并將識別結果發送給變電站順序控制平臺，實現倒閘操作后設備狀態的自動校合，并驅動倒閘操作的自動、順利執行，真正實現變電站倒閘操作的一鍵式順序控制。所述數據層，分為實時數據庫、系統配置文件、錄像文件和歷史數據庫。對檢測數據進行分類存儲，并實現歷史數據的排序、篩選等檢索。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。圖8中，機器人巡檢方法，包括以下步驟步驟1、充電；智能巡檢機器人5在沒有收到無線通訊網絡或遙控傳輸的巡檢任務指令時，在智能巡檢機器人5充電室進行設備充電，等待巡檢任務下發；步驟2、路徑規劃路徑規劃時，首先對變電站環境建模，形成拓撲網狀圖和連通關系矩陣；接著利用Floyd弗洛伊德算法確定搜索路徑矩陣，即最短路徑矩陣，并通過迭代優化，提高運算速度；然后通過對節點和邊的遍歷，計算始發點到目標點序列的最短連通路徑；最后將最短連通路徑轉換到以RFID序列標示的行駛路線；在每個路口的RFID，根據路徑連通性，計算出智能巡檢機器人5的轉動角度；步驟3、任務下發及執行；基站四的上位機9根據巡檢要求，路徑規劃模塊規劃出任務信息，并將定時任務通過無線通訊系統發送到智能巡檢機器人5下位機12 ；到達任務時間后，智能巡檢機器人5脫離充電設施開始巡檢；智能巡檢機器人5導航定位模塊3采集導航定位信息，將位置姿態信號發送下位機12，在主控系統的控制下在變電站行駛；步驟4、停靠點檢測；當導航定位模塊探測到到達目標檢測點時，停止移動平臺， 根據任務，調用檢測系統的云臺相應預制位，對準變電站設備進行檢測，并將檢測到的視頻和圖像數據通過無線通訊系統發送至基站四的上位機9進行數據處理、分析、存儲；步驟5、模式識別；基于機器人可見光檢測采集的視頻和圖像數據，利用模板匹配的技術，對變電站的斷路器狀態進行識別；基于機器人紅外檢測采集的視頻和圖像數據，利用Sift特征對變電站刀間狀態進行識別；基站四的后臺監控計算機即上位機9對檢測數據進行分析判斷，必要時發出超溫警報；步驟6、順序執行任務，直至巡檢任務完成，智能巡檢機器人5返回機器人充電設施4，充電等待下個定時巡檢任務；步驟7、固定點監控輔助巡檢；通過把不同固定點的多個攝像機都添加到固定點檢測序列中，配置成巡檢路線，所述的各攝像機按照規劃對準機器人漏檢設備并將視頻信息上傳至基站；基站四的上位機將上傳的固定點輔助視頻利用模式識別識別后判斷設備的故障狀態；系統對需要監控的區域設置觸發條件，即按需設置穿越警戒面檢測、進入、離開入侵區域檢測，在布防狀態下一旦觸發，系統就能聯動報警；步驟8、巡檢報表生成；全部任務完成，基站四后臺監控計算機即上位機9接收到巡檢結束消息，分析處理本次巡檢數據，形成巡檢報表，本次巡檢結束；巡檢人員可以在基站四的巡檢時間實時監控巡檢全程；也可以在巡檢完成后瀏覽巡檢報表；也可以定期通過歷史數據檢索，查看巡檢歷史數據。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
權利要求1.一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，它包括監控中心，所述監控中心與至少一個變電站的站級機器人智能巡檢系統通過網絡連接；所述各站級機器人智能巡檢系統包括至少一個基站，基站則與至少一個智能巡檢機器人無線通信；同時在變電站內還設有至少一個智能巡檢機器人充電設施，在變電站還鋪設有與智能巡檢機器人相配合的用于行走的巡檢機器人導航定位設施，同時在變電站內還設有環境信息采集子系統以及安裝在變電站內各個需要監控設備處的固定點輔助監控子系統，環境信息采集子系統、固定點輔助監控子系統與基站通信；所述智能巡檢機器人上設有智能巡檢機器人下位機，它通過網絡通信單元與基站通信；所述智能巡檢機器人下位機還與檢測單元連接，所述檢測單元包括紅外檢測單元和紫外檢測單元，所述紫外檢測單元包含紫外視頻服務器和紫外檢測裝置，紫外檢測裝置采集設備圖像得到的模擬視頻通過紫外視頻服務器接入交換機，并通過無線通信傳送至基站后臺監控計算機即上位機；紫外檢測裝置與紫外視頻服務器連接，紫外檢測裝置與紫外視頻服務器均與智能巡檢機器人下位機連接并受控于下位機。
2.如權利要求1所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述監控中心包含至少一臺服務器、至少一臺監控主機和相應的報警裝置；其中，所述監控主機具有視頻監控中心所有的監視、控制和管理功能，并利用模式識別技術對視頻和圖片進行智能分析；所述的服務器存儲時間信息、照片和視頻文件，供快速檢索；報警裝置為系統軟硬件異常報警裝置或/和檢測報警裝置，其中，監測報警裝置選自環境信息異常報警裝置、消防報警裝置、非法闖入報警裝置、視頻移動報警裝置中的一種或多種。
3.如權利要求1所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述監控中心與各基站通過電力專用光纜連接。
4.如權利要求1所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述的基站包括后臺監控計算機即上位機，它通過無線通訊模塊I與智能巡檢機器人通訊；所述上位機通過防火墻與變電站SCADA系統和MIS系統連接；所述上位機通過移動通信模塊與遠程的監控中心連接，所述移動通信模塊為GSM模塊、CDMA模塊、GPRS模塊或3G模塊；所述環境信息采集子系統采用溫度、濕度和風速傳感器，采用RS485串行通訊協議通過電纜將數據發送給基站后臺監控計算機；進行顯示存儲。
5.如權利要求1或4所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述的智能巡檢機器人包括機器人本體；機器人本體包括下位機以及與下位機相連接的導航定位模塊、 電源模塊、云臺控制模塊、信息采集模塊、顯示模塊、安全防護模塊、檢測模塊、網絡通信單元；其中所述的網絡通信單元包括無線通訊模塊II，無線通訊模塊II與基站的無線通訊模塊I通訊；所述導航定位模塊包括兩個RFID閱讀器、一個GPS單元、一個磁導航單元與一個激光測距單元，所述GPS單元接收GPS定位信息，通過RFID閱讀器讀取RFID導航信息，通過磁導航單元讀取磁導航標識，通過激光測距單元讀取目標/障礙物距離信息，信息采集后傳送至下位機；所述電源模塊包括輸入電源，輸入電源與電源處理模塊連接，電源處理模塊分八路電源輸出，其中包括兩路12V輸出和六路28V輸出；12V輸出中的一路為無線通信模塊和交換機供電，另一路為信息采集模塊供電；所述六路28V輸出則分別與散熱裝置、機器人下位機、安全防護模塊、云臺控制模塊、機器人行走設備和充電定位機構供電；所述信息采集模塊包括以下單元影像信息采集單元、聲音信息采集單元、溫/濕度信息采集單元；所述影像信息采集單元除紅外熱像儀、紫外成像儀、視頻服務器外，還包括 可見光攝像機，所述可見光攝像機、紅外熱像儀、紫外成像儀分別或組合安裝在相應的云臺上；所述聲音信息采集單元為拾音器；所述溫/濕度信息采集單元為溫濕度傳感器；所述無線通信模塊I、無線通信模塊II均為基于802. IlN的無線網橋；所述的下位機采用嵌入式工業控制計算機，內建嵌入式Linux操作系統，下位機通過無線通信模塊II與上位機通訊，傳送到上位機的通訊數據包括影像信息采集單元、聲音信息采集單元、溫/濕度信息采集單元的數據；同時還傳輸導航定位模塊采集到的RFID數據、 GPS數據、目標/障礙物距離數據。
6.如權利要求5所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述安全防護模塊包括超聲故障檢測單元、安全觸邊單元，另外包括與視頻服務器連接的前置攝像頭和后置攝像頭，所采集的信息通過受控于下位機的視頻編碼器壓縮編碼后，經無線通信模塊I、 無線通信模塊II傳送給基站；后置攝像頭提供智能巡檢機器人后方實時視頻、輔助遙控智能巡檢機器人后退。
7.如權利要求5所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述超聲障礙檢測單元包括設置在機器人前端的超聲傳感器探頭，以及與超聲傳感器探頭連接的超聲信號處理板卡，它將檢測到的距離信息傳給工業控制計算機，所述超聲傳感器探頭有四個，并列安裝在機器人前端；用于檢測智能巡檢機器人行進方向的障礙物、防止自動運行時的意外碰撞；所述安全觸邊單元為柔性可彎折的帶狀物，固定在智能巡檢機器人的邊沿位置上，實現安全保護，當智能巡檢機器人移動撞擊到障礙物時，柔性安全邊就會傳送信號給電源系統以停止機器人移動，為智能巡檢機器人意外碰撞提供重要的安全防護。
8.如權利要求1所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述的固定點輔助設備監控子系統包括在變電站設有至少一個高清網絡攝像機；所述高清網絡攝像機通過光纜與基站連接；高清網絡攝像機設置在智能巡檢機器人巡視盲區，高清網絡攝像機直接監視智能巡檢機器人漏檢設備，將數據上傳到基站，進行統一的監控和分析存儲。
9.如權利要求1所述的一種變電站智能機器人巡檢系統，其特征是，所述的智能巡檢機器人充電設施包括充電室和充電定位機構，所述充電室采用通道式小屋，充電室對開兩個門，安裝自動門禁，智能巡檢機器人可以通過無線通信模塊，控制自動門禁的開合；充電室鋪設有智能巡檢機器人導航定位設施，便于智能巡檢機器人自動充電定位；充電室內安裝充電箱。
專利摘要本實用新型公開了一種變電站智能機器人巡檢系統，它包括監控中心，所述監控中心與至少一個變電站的站級機器人智能巡檢系統通過網絡連接；所述各站級機器人智能巡檢系統包括至少一個基站，同時在變電站內還設有環境信息采集子系統以及安裝在變電站內各個需要監控設備處的固定點輔助監控子系統，所述智能巡檢機器人上設有智能巡檢機器人下位機，所述智能巡檢機器人下位機還與檢測單元連接，所述檢測單元包括紅外檢測單元和紫外檢測單元，所述紫外檢測單元包含紫外視頻服務器和紫外檢測裝置。本實用新型巡檢路徑優化，安全防護好，智能化程度高，具有全時段故障檢測和無縫隙視頻監控的優點，為智能變電站提供全新的技術檢測手段和全方位的安全保障。
文檔編號H02J13/00GK202178515SQ20112027464
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月30日 優先權日2011年7月30日
發明者厲秉強, 孫大慶, 張斌, 曹濤, 欒貽青 申請人:山東魯能智能技術有限公司