尹 琪，殷 軍，屠楚明，申志成

(國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

隨著智能運檢技術(shù)的深入推廣和應(yīng)用，智能機器人越來越多地運用到變電站運維工作中，應(yīng)用范圍廣，工作頻次高，減少現(xiàn)場一線員工繁雜、低效、重復(fù)的工作量，提升運維工作的質(zhì)量和效率。采用機器人技術(shù)進行巡視，既具有人工巡視的靈活性、智能性，同時也克服和彌補了人工巡視存在的缺陷和不足，更適應(yīng)智能和無人值守發(fā)展的實際需求，是智能和無人值守巡檢技術(shù)的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

長久以來，變電站內(nèi)機器人巡視工作一直處于變電站運維人員和生產(chǎn)廠家不斷改進的過程當(dāng)中。然而，隨著應(yīng)用的不斷深入和對機器人工作要求的逐步提高，目前機器人巡視暴露出來一些問題，比如周圍環(huán)境改變導(dǎo)致的機器人停滯或跑偏、機器人無法自主充電，經(jīng)常性使機器人停止巡視作業(yè)，影響機器人巡視在日常運維工作中的應(yīng)用。

對導(dǎo)致機器人停止作業(yè)的各項因素進行分析，從變電站運維的角度探尋解決思路，并設(shè)計合理的方案進行實施，以提升機器人巡視作業(yè)率。

1 問題分析

1.1 調(diào)查統(tǒng)計

為了深入研究導(dǎo)致機器人停止巡視作業(yè)的原因，調(diào)查統(tǒng)計了某地區(qū)20座機器人變電站2018年發(fā)生的各類機器人停止巡視作業(yè)問題，并歸納分類。

1.2 原因分析

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，導(dǎo)致機器人停止巡視作業(yè)的因素大致可以分為各類場地因素和機器人各類故障因素，主要問題統(tǒng)計如表1所示。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，機器人各類故障因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)占比總停止作業(yè)次數(shù)的41 %，這一數(shù)據(jù)與機器人的質(zhì)量、性能直接相關(guān)。各類故障因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)具有偶發(fā)性，需要運維人員在故障發(fā)生時第一時間聯(lián)系廠家，廠家人員第一時間趕赴現(xiàn)場，針對性地找出故障原因，并進行專業(yè)測試、調(diào)試及維修，必要時還需要更換零部件。

表1 某地區(qū)18年機器人停止作業(yè)問題統(tǒng)計

圍繞巡視機器人發(fā)生的各類故障問題，機器人廠家一直在改進中，目前隨著機器人巡視技術(shù)越來越成熟，巡視機器人故障率呈現(xiàn)逐年下降趨勢。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，各類場地因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)占總停止作業(yè)次數(shù)的59 %，解決各類場地因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)也是變電站運維工作的重點。場地因素包括巡視通道兩旁草叢過高、現(xiàn)場安全措施等，本質(zhì)上都屬于機器人巡視通道上或通道兩旁出現(xiàn)物體，被巡視機器人判斷為障礙物或干擾導(dǎo)航，致使機器人停止移動。從變電站運維工作角度著手，重點探尋方案解決由于變電站內(nèi)場地因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)問題。

1.3 解決思路

伴隨傳感器技術(shù)的進步和變電站內(nèi)機器人無軌巡視的趨勢，目前大多數(shù)巡視機器人采用激光定位導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生各類場地因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)時，機器人導(dǎo)航系統(tǒng)會由于場地因素而無法工作或主動觸發(fā)避障功能而停止在現(xiàn)場，除此之外機器人本體可以正常運行。因而課題組從機器人導(dǎo)航系統(tǒng)出發(fā)，設(shè)計機器人避障繞行程序，當(dāng)機器人導(dǎo)航系統(tǒng)無法判定當(dāng)前位置或遇到障礙物時，選擇備選巡視線路繼續(xù)巡視。

2 提升方案及實施

2.1 備選巡視路線確定

將變電站內(nèi)的機器人巡視路線抽象為由節(jié)點和連線組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)遇障位置的不同，以路徑最短為原則選擇備選巡視路線。以某220 kV變電站的機器人巡視路線為例，如圖1所示。將該巡視路線抽象為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。

該行駛路線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由5個環(huán)狀結(jié)構(gòu)(如結(jié)點1-2-3-4)與2個樹枝狀結(jié)構(gòu)(如結(jié)點10-11)組成，當(dāng)遇障點位于環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，其備選巡視路線為沿環(huán)路繞行；當(dāng)遇障點位于樹枝狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，備選巡視路線為原路返回至上一拓?fù)涔?jié)點。

2.2 機器人避障繞行程序模塊編寫及測試

根據(jù)備選巡視路線方案與導(dǎo)航點點位表，制定機器人避障繞行程序的算法流程圖，并根據(jù)算法流程圖編寫程序，如圖3所示。

一座220 kV變電站的機器人巡視路線由上千個導(dǎo)航點組成。當(dāng)機器人激光傳感系統(tǒng)檢測到道路前方障礙物或由于道旁遮擋無法判斷導(dǎo)航方向時，機器人根據(jù)當(dāng)前導(dǎo)航點所在位置選擇繞行方案，如果遇故障時位于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，機器人計算所在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)路徑實際長度，選擇長度最短的環(huán)形路徑，掉頭沿此環(huán)形路徑行駛。在環(huán)形路徑上的巡視任務(wù)完成后，自動返回上一拓?fù)浣Y(jié)點，繼續(xù)巡視；如果遇障時位于樹枝狀結(jié)構(gòu)上，機器人自動返回上一拓?fù)浣Y(jié)點，繼續(xù)巡視任務(wù)。

現(xiàn)場設(shè)置障礙物，測試改進算法程序后的機器人遇障反應(yīng)，可以看到機器人在安全圍欄面前停止移動，并原路返回。

2.3 后續(xù)場地維護

當(dāng)機器人激光傳感系統(tǒng)檢測到道路前方障礙物或由于道旁遮擋無法判斷導(dǎo)航方向時，機器人會啟動拍照功能記錄當(dāng)前所在位置的影像并返回后臺。變電站運維人員在交接班前檢查機器人后臺，針對機器人返回的巡視路線上存在的各種場地問題，分別開展場地維護工作。

2.3.1 圍欄等安全措施

當(dāng)場地上正在進行設(shè)備檢修、改造工作，尤其是大型綜合檢修等工期較長的工程時，會有安全措施阻斷機器人行駛道路。運維人員需要根據(jù)工作計劃調(diào)整機器人巡視路線，從而使巡視路徑最優(yōu)化。

2.3.2 道旁新增設(shè)備

當(dāng)?shù)缆放猿霈F(xiàn)新增設(shè)備，而機器人廠家維護人員未及時更新機器人導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致機器人在新環(huán)境中無法確定前進方向時，機器人運維人員及時通知廠家維護人員，對新增設(shè)備位置進行導(dǎo)航地圖掃描工作，并將后臺原有導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)更新。

2.3.3 道路旁草叢過高

當(dāng)?shù)缆放圆輩策^高，變電站運維人員及時通知相關(guān)人員清除或修剪道旁過高草叢，并檢查變電站其他道旁草坪情況，對過高的草叢全面整治。

2.4 效果驗證

該成果在瓦山變?nèi)揪C合檢修工程與新華變110 kV副母綜合檢修工程啟動前投入使用，對機器人算法及軟件進行升級改造。在工程期間，機器人對于行駛道路上的安全圍欄與工程物資能夠有效避開，并且在不遺漏巡視點位的基礎(chǔ)上實現(xiàn)繞行路線最優(yōu)化。

3 結(jié)論

為提升機器人巡視作業(yè)率，調(diào)查統(tǒng)計了導(dǎo)致機器人停止巡視作業(yè)的各項因素，并通過歸納分類，將因素分為場地因素和機器人故障因素。

根據(jù)機器人導(dǎo)航原理，結(jié)合巡視路線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，編寫機器人避障繞行程序模塊，讓機器人遇到障礙物后沿備選巡視路線執(zhí)行任務(wù)，消除場地因素導(dǎo)致的機器人停止作業(yè)情況，并結(jié)合后續(xù)的場地維護工作進一步優(yōu)化，提升了機器人巡視作業(yè)率。