毛穎科，吳劍敏，陳 佳

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

變電站是電力輸送網(wǎng)中的重要組成部分，變電站里的設(shè)備以及環(huán)境狀態(tài)直接關(guān)系到變電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營(yíng)[1]。傳統(tǒng)的巡檢方式是人工定期巡視，該方式比較直接、簡(jiǎn)單，但不能24 h全天候巡檢，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)疏忽大意等問題[2]。

近年來(lái)電力巡檢機(jī)器人得到了快速發(fā)展，正在逐步代替人工巡檢。巡檢機(jī)器人一般采用輪式結(jié)構(gòu)，即機(jī)器人做成小車的形狀，可以在地面上自由行走，機(jī)器人內(nèi)部有整套的系統(tǒng)工作軟件[3]。但是這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)還不夠完善，存在一些問題，比如受環(huán)境影響，以及機(jī)器人本體系統(tǒng)軟件過(guò)于龐大，導(dǎo)致CPU負(fù)荷過(guò)高，出現(xiàn)宕機(jī)等問題。

本文介紹的巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可以很好地解決這些問題，該系統(tǒng)控制的機(jī)器人采用輪式結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 輪式巡檢機(jī)器人外觀

本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)與控制分離，本體控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)，站控服務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制；精簡(jiǎn)本體系統(tǒng)，機(jī)器人本體系統(tǒng)采用嵌入式ARM芯片，有效降低功耗，防止宕機(jī)；采用RGCS系統(tǒng)，給機(jī)器人發(fā)送指令，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，并完成相應(yīng)的巡檢任務(wù)；任務(wù)狀態(tài)機(jī)機(jī)制，每一條巡檢任務(wù)都會(huì)經(jīng)歷多個(gè)狀態(tài)，并支持暫停任務(wù)，開始任務(wù)模式。

1 變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)總體框架見圖2。

圖2 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

Web server是一個(gè)網(wǎng)站服務(wù)程序，提供圖形界面的操作，用戶可以通過(guò)該程序完成巡檢計(jì)劃，巡檢任務(wù)的配置。該程序?qū)⑦@些配置寫入到數(shù)據(jù)庫(kù)；實(shí)時(shí)地從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取巡檢結(jié)果信息，并在界面上展現(xiàn)；提供手動(dòng)控制機(jī)器人的操作界面。

RGCS是巡檢任務(wù)執(zhí)行的控制實(shí)體，實(shí)現(xiàn)的功能具體如下：①不斷的輪訓(xùn)數(shù)據(jù)庫(kù)，查找當(dāng)前需要執(zhí)行的巡檢任務(wù)；②根據(jù)巡檢任務(wù)的內(nèi)容，產(chǎn)生一系列的控制指令，發(fā)送給機(jī)器人，使其運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，然后完成該位置的巡檢操作，例如拍照，視覺識(shí)別，讀取傳感器的數(shù)值等；③將巡檢結(jié)果寫入到數(shù)據(jù)庫(kù)；④接收Web server發(fā)送的手動(dòng)控制指令，產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令，發(fā)送給機(jī)器人。

機(jī)器人本體程序負(fù)責(zé)接收RGCS發(fā)送的控制指令，然后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，并將到位信息反饋給RGCS系統(tǒng)。

2 RGCS系統(tǒng)

2.1 RGCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

RGCS系統(tǒng)是控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心模塊，扮演著機(jī)器人“大腦”的角色，體現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)與控制分離的思想。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 RGCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)共分為4個(gè)模塊，其中Web agent負(fù)責(zé)接收Web server發(fā)送的手動(dòng)控制指令，解析完畢后發(fā)送給Robot control模塊，Robot control模塊將指令轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的控制命令，然后發(fā)送給機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。DB control模塊提供數(shù)據(jù)庫(kù)操作的所有接口。Task manager模塊是RGCS系統(tǒng)的任務(wù)控制模塊，該模塊完成任務(wù)的自動(dòng)巡檢工作。

2.2 Task manager模塊

2.2.1 巡檢任務(wù)工作流程

Task manager給機(jī)器人發(fā)送目標(biāo)位置的坐標(biāo)，包括目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，云臺(tái)位置，相機(jī)的倍率與焦距值。這些值是用工具給機(jī)器人做巡檢位置建模的時(shí)候保存的[4]，在自動(dòng)巡檢模式下，Task manager從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取這些目標(biāo)點(diǎn)的位置，發(fā)送給機(jī)器人。

機(jī)器人收到位置信息后，先控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，再控制相機(jī)到相應(yīng)的倍率與焦距位置，然后返回給Task manager一個(gè)全部到位的信息。

Task manager收到到位信息后，機(jī)器人本體的任務(wù)已經(jīng)完成，剩下的工作由Task manager來(lái)完成，這些工作包括控制機(jī)器人本體中的相機(jī)拍攝一張照片，然后對(duì)照片的內(nèi)容做視覺識(shí)別處理[5]，獲取到照片中儀表的數(shù)值，或者讀取機(jī)器人本體中外設(shè)的數(shù)值，例如紅外相機(jī)的溫度，傳感器的溫度，氧氣和二氧化碳傳感器的數(shù)值等。

2.2.2 巡檢任務(wù)狀態(tài)機(jī)

Task manager內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)任務(wù)狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)圖如圖4所示。

圖4 任務(wù)狀態(tài)機(jī)

狀態(tài)機(jī)描述具體如下。

(1)start：狀態(tài)機(jī)啟動(dòng)，開始進(jìn)入自動(dòng)巡檢模式。

(2)state final：狀態(tài)機(jī)停止，進(jìn)入手動(dòng)控制模式。

(3)state check schedule：從數(shù)據(jù)庫(kù)中查找需要執(zhí)行的計(jì)劃，然后根據(jù)計(jì)劃生成一系列的巡檢任務(wù)。

(4)state check job queue：從任務(wù)隊(duì)列中取一條任務(wù)執(zhí)行，如果隊(duì)列中沒有任務(wù)，則進(jìn)入狀態(tài)1。

(5)state plan path：給機(jī)器人發(fā)送位置信息，然后定時(shí)檢測(cè)機(jī)器人是否已經(jīng)到位。

(6)state handle job：收到機(jī)器人到位信息后，開始做巡檢任務(wù)，獲取儀表和傳感器數(shù)值，然后轉(zhuǎn)到狀態(tài)5。

(7)state job finished：將任務(wù)結(jié)果寫到數(shù)據(jù)庫(kù)，并更新任務(wù)狀態(tài)，然后再轉(zhuǎn)到狀態(tài)2。

狀態(tài)機(jī)的啟?？梢杂赏獠縼?lái)控制，在本系統(tǒng)中，Web server模塊提供狀態(tài)機(jī)啟停的交互界面，當(dāng)用戶需要手動(dòng)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，要先給RGCS發(fā)送停止自動(dòng)巡檢的指令，RGCS收到指令后，暫停/停止當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，然后使?fàn)顟B(tài)機(jī)跳出工作態(tài)，進(jìn)入state final狀態(tài)，這時(shí)用戶才可以手動(dòng)控制機(jī)器人。

當(dāng)用戶結(jié)束對(duì)機(jī)器人的控制后，需要給RGCS發(fā)送開始自動(dòng)巡檢的指令，RGCS收到指令后，使?fàn)顟B(tài)機(jī)由state final狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行暫停的巡檢任務(wù)，或者開始新的巡檢任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種新型變電站巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案可以簡(jiǎn)化機(jī)器人本體系統(tǒng)的復(fù)雜度，將復(fù)雜的邏輯控制部分交給站控服務(wù)系統(tǒng)，從而降低本體控制系統(tǒng)的散熱與功耗，避免系統(tǒng)宕機(jī)。

本文還提出了RGCS系統(tǒng)控制機(jī)器人做巡檢任務(wù)的方案，運(yùn)用任務(wù)狀態(tài)機(jī)機(jī)制，可以準(zhǔn)確有效地控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。