郝亞斐

摘要：在500kV超高壓輸電線路運維巡檢中，巡檢機器人能夠代替人工執(zhí)行高壓巡檢任務(wù)，降低工人巡線的勞動強度。傳統(tǒng)巡檢機器人在實踐工作中控制精度較低，數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，因此本文在傳統(tǒng)巡檢機器人的基礎(chǔ)上，引入基于工業(yè)主板的巡檢機器人，提升巡檢機器人的智能化水平，進而提升高壓線路運維巡檢的質(zhì)量和水平。

關(guān)鍵詞：500kV高壓線路；巡檢機器人；雙無線傳輸

1 巡檢機器人控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

1.1 機器人總體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵硬件

在本文研究中，機器人總體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括PC（監(jiān)控電腦）+IPC（工業(yè)母版）+PMAC（多軸運動控制卡），采用三級遞階控制結(jié)構(gòu)，包括地面基站（監(jiān)控級）、機器人本體控制系統(tǒng)（組織級）、下位機（執(zhí)行級）。在巡檢機器人控制系統(tǒng)的硬件組成中，工業(yè)母版是核心硬件，其實現(xiàn)地面基站對機器人的越障控制，并通過無線通訊模塊反饋信息，通過I/O接口采集各傳感器的狀態(tài)，并進行邏輯分析與處理。機器人總體控制系統(tǒng)的硬件組成還包括數(shù)字量模擬量采集卡、運動控制卡、無線通訊模塊、電機控制方案、雙無線傳輸?shù)取?/p>

1.2 檢測設(shè)備與地面基站

巡檢機器人總控制系統(tǒng)的檢測設(shè)備的核心是云臺攝像機和紅外熱像儀，在視頻服務(wù)器板卡的支持下，實現(xiàn)其與地面基站的無線通信，檢測信號則通過無線網(wǎng)橋進行傳輸?；赝ㄟ^對檢測設(shè)備的控制將采集到的視頻信息或其他數(shù)據(jù)信息存入到工業(yè)母板硬盤中進行備份。地面工作人員可以通過檢測設(shè)備傳輸過來的視頻圖像對線路進行判斷，判斷其是否存在故障或安全隱患。地面基站的核心組成部分是檢測控制操作平臺和運動控制遙控器，以獨立通訊通道的方式實現(xiàn)對巡檢機器人的運動控制?；疽曨l控制模塊由“平板電腦+自制遙控平臺”構(gòu)成，負責(zé)云臺方位變換、可見光拉焦、抓圖與錄像。

2 雙無線傳輸系統(tǒng)

2.1 總體軟件設(shè)計

在500kV超高壓線路巡檢中，巡檢機器人的整個系統(tǒng)是由多個功能組成的，在實際工作中需要同時執(zhí)行若干個功能，這就需要采用多線程結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)巡檢機器人的有效控制。在控制流程方面，先進行初始化，然后打開各個線程，使各線程同時進入工作狀態(tài)，建立巡檢機器人與地面基站的無線通訊，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的無線傳輸。雙無線傳輸系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)之后，工業(yè)母板開始讀取各傳感器狀態(tài)信息，并打開網(wǎng)絡(luò)進行信息連接，然后接受機器人發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息?；毓ぷ魅藛T結(jié)合傳輸來的信息判斷自動模式或手動模式，然后進行對應(yīng)操作。

2.2 基于RS232串口數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計

RS232串口是實現(xiàn)巡檢機器人系統(tǒng)通訊的關(guān)鍵，而RS232串口通訊的實現(xiàn)方法則需要結(jié)合超高壓輸電線路巡檢的實際情況來決定，在本文的設(shè)計中，巡檢機器人進行數(shù)據(jù)傳輸時是雙向傳輸，數(shù)據(jù)為兩個數(shù)組，而且為了保證高壓線路安全、穩(wěn)定、可靠的運行，需要對線路中的安全隱患和故障進行實時的控制，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求較高，因此選擇MSComm控件作為實現(xiàn)RS232串口通訊的方法。在MSComm控件的編程中，應(yīng)在程序中嵌入通信控件，并利用串口通信類編程實現(xiàn)通信功能。

2.3 基于以太網(wǎng)的視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計

在本文的巡檢機器人控制系統(tǒng)中，采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)通訊方式，這種通訊方式適合高壓線路環(huán)境特點，能夠有效的保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性。在基于TCP/IP的以太網(wǎng)通訊模式下，其服務(wù)器編程與客戶端編程方法分別為：①服務(wù)器端編程：創(chuàng)建一個socket→設(shè)置socket屬性→綁定IP地址與端口→開啟監(jiān)聽→接受客戶端的連接→收發(fā)數(shù)據(jù)→關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)→關(guān)閉監(jiān)聽；②客戶端編程：創(chuàng)建一個socket→設(shè)置socket屬性→綁定IP地址與端口→設(shè)置對方的IP地址和端口→連接服務(wù)器→收發(fā)數(shù)據(jù)→關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接。在系統(tǒng)運行過程中，高壓線路信息的采集是通過紅外熱成像儀和可見光攝像機來完成的，視頻信息采集的同時通過兩路數(shù)據(jù)傳輸?shù)交酒桨咫娔X中，然后巡檢工作人員可對視頻信息進行檢查與判斷，進而確定高壓線路是否存在安全隱患或故障。

3 基于專家控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 專家控制軟件實現(xiàn)方法

在高壓線路巡檢機器人上安裝有多個光電傳感器，以多傳感器融合的方式對傳感器信息進行收集，并在一定規(guī)則條件下進行處理與綜合。多傳感器融合技術(shù)實現(xiàn)了專家控制軟件對數(shù)據(jù)信息的檢測、整合和處理。為實現(xiàn)機器人自主越障，需要對專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型進行設(shè)計，主要包括推理機、事實庫、知識庫的軟件設(shè)計。知識庫主要存儲人類專家的知識，供推理機調(diào)用，也稱為規(guī)則庫，記錄機器人執(zhí)行巡檢的行為與環(huán)境信息。事實庫分為動態(tài)與靜態(tài)，靜態(tài)庫存儲機器人的所有動作指令，動態(tài)庫存儲機器人當(dāng)前狀態(tài)。

3.2 故障診斷與處理

高壓線路巡檢機器人在日常巡檢任務(wù)執(zhí)行過程中，在面對各種復(fù)雜的條件時需要具備一定的智能，這就需要在巡檢機器人系統(tǒng)中設(shè)置故障自診斷與處理模塊，使機器人對常見故障進行自診斷與處理。時間工作中發(fā)現(xiàn)，機器人常見故障主要包括傳感器故障和動作故障兩種。當(dāng)出現(xiàn)動作故障時，遙控器發(fā)出指令5s時間沒有回饋時，巡檢人員執(zhí)行復(fù)位按鈕，并重新按鍵執(zhí)行該動作。當(dāng)出現(xiàn)傳感器故障時，通過機器人攜帶的帶有云臺的可見光攝像機進行觀察，并進行針對性的復(fù)位操作。

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