中国智能电网40亿家当链即将形成

输电线路的巡检事情关乎全体电力系统的运行效率，随着新一代信息技能的发展，运用物联网、人工智能、高端制造等技能，在输变电设备运维领域开展智能作业可以有效提升劳动生产率，降落职员劳动强度。

输电线路具有跨度大、中间障碍物多等特点，国内外的科研事情者做了大量研究，设计了很多电力线路巡检机器人，并进行了试验。

有科研职员研制的巡检机器人运用于220kV单相线路巡检，具有越障、图像识别、自主行走、远程通信、自主高下塔杆等功能，制作的样机运行效果良好，对后续的研究具有很高的参考代价。

有科研职员针对500kV线路设计可自主行走的巡检机器人，具有超过障碍物的功能，机器部分包含红皮毛机和机器视觉检测的安装装置，通过采集图像数据检测输电线路、绝缘子、抗震锤及其他输电设备的破坏情形，地面基站通过远程通信掌握巡检机器人。

有科研职员创新性地设计出具有除冰、在线充电等功能的巡检机器人，同时，领悟了多种传感器对输电线路、绝缘子、线路接头、杆塔等进行检测，可实时进行除冰事情，具有很高的参考意义。

有科研职员根据现场事情条件，提出巡检机器人该当具有自主行走、电池电量监控、越障等功能，结合实际工况设计的巡检机器人能同时知足输电线路异物检讨、线路断股等毛病检测哀求。

由上述研究可知，巡检机器人的关键技能点包括以下几个方面：①具有越障爬坡功能、轻量化的巡检机器人机构本体设计；②采取得当的传感器，能快速检测到故障点的检测办法及掌握算法；③环境信息量大，须要领悟各个传感器的数据并进行剖析判断。

本文提出的电力线路巡检机器人采取轻量化设计方案，具有自主越障功能，并通过多传感器集成标定与多通道领悟技能，为电力线路巡检供应丰富的状态数据，进而为电力大数据供应数据支撑。

智能电力线路巡检机器人整体构造如图1所示，紧张包括爬塔机构、行走机构及任务吊舱三个模块。
行走机构及任务吊舱组成机器人构造本体，爬塔机构与机器人本体是可分离的。
爬塔机构采取仿生式蠕动爬行办法，可超过电塔横梁，可将巡检机器人本体从地面送到电塔上部顺利实现挂载。
爬塔机构如图2所示。

图1 巡检机器人整体构造

图2 爬塔机构

任务吊舱内部紧张用于固定电气掌握部件，包括三维机载激光雷达miniVUX—1UAV、树莓派掌握板、数码相机、电机驱动器、锂电池、导航单元、电源转换模块、定位天线等，如图3所示。

激光雷达的下端安装面固定在定制的光滑安装板上，机器开口，担保三维激光雷达的探头袒露在外部，可以检测到外部信息，通过合理布局，惯性导航单元与数码相机的安装面也固定在安装板上。
为了减少通信滋扰，定位天线通过额外加工的支杆固定在方形外壳的上表面，电源开关、网络接口、接插件等分布在后端盖的表里面及线槽周边。

图3 电气部件安装示意图

以架空电力线路巡检机器人为主打产品的公司紧张有广东科凯达和国电南瑞公司。
目前，两公司的架空线路巡检机器人在行走机构方面紧张采取两臂式机构，越障性能有限，且没有配备相应的高下塔机构，机器人还须要采取人工吊装的办法进行挂载，机器人过于笨重，质量达到50kg，对线路磨损较大。

本文设计的巡检机器人，相较于上述两公司产品，具有自主高下塔功能，真正实现了自主巡检，机器人总体质量可掌握在30kg以内，大大减少了行走轮对电线的磨损。

基于机器人操作系统（robot operating system, ROS）软件平台的移动机器人掌握系统，连接电机驱动、电源管理部分，领悟视觉、雷达等传感器，构建软件框架，具有可操作性强、代码灵巧、数据传输效率高档优点。
任务系统根据掌握站上传的任务文件或实时指令实行三维激光点云、定位定姿系统（position orientation system, POS）数据记录、正射数字影像等数据获取与同步采集，电气掌握框图如图4所示。

图4 电气掌握框图

地面站可以剖析巡检日志，对巡检的结果进行回放，方便及时总结。
地面站支持软件仿照巡检，以最小的代价，达到最佳的学习效果。
任务系统根据掌握站上传的任务文件或实时指令实行三维激光点云、POS数据记录、正射数字影像等数据获取与同步采集。
任务完成后地面站可通过有线或无线办法快速***巡检数据，包括原始点云数据、POS航迹数据、可见光照片、曝光同步数据及巡检任务实行日志文件等。

数据采集由传感器集成部件完成，紧张包括激光雷达、POS及正射数码相机等部分，紧张实行三维激光点云、位姿数据、正射数字影像等数据同步获取。

三维激光雷达选用美国Riegl公司供应的三维机载激光雷达miniVUX—1UAV，具有小型化、精度高、质量轻等优点，适宜移动机器人、无人机等搭载。
激光雷达通过多回波检测、数字化回波旗子暗记、在线波形处理等技能，天生电力线路设备的高精度三维点云数据，通过内部掌握器的自动分类和滤波，快速天生高程模型和数字表面模型，支撑后续的交叉超过障碍物检测、电力线路走廊三维可视化、电力线弧垂信息提取等研究。

定位定姿系统作为激光扫描空间位置姿态元素丈量的基准，对三维激光点云坐标的打算起着非常主要的浸染，其丈量偏差直接影响电力线路及干系设备点云数据的精度。

本文综合考虑精度、体积、质量、本钱等成分，采取环球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）+惯性导航系统（inertial navigation system, INS）的组合导航系统，将具有高精度定位功能的GNSS吸收机与稳定的惯性丈量单元（inertial measurement units, IMUs）进行组合，可实时供应可靠、高精度的位置、速率、姿态等信息。
在短期韶光内，纵然导航卫星旗子暗记受遮挡或因故障不可用时，组合导航系统仍可供应连续可靠的导航数据。
组合导航精度见表1。

表1 组合导航精度

正射数码相机紧张实现正射影像采集，为赞助点进行电力线故障信息提取和定位供应高分辨率的根本影像资料。

系统数据处理过程如图5所示，三维激光雷达的点云数据、数码相机的数字影像数据、定位模块的位姿数据实时同步采集，保存到树莓派掌握器中，通过无线通信的办法将数据传输到地面的打算平台，实现多种传感器数据的领悟打算处理，并实时构建传输线路电气设备的三维模型。

在三维模型的根本上，根据电力线、走廊地物、电塔及其他设备的特点，剖析提取故障点的特色，并建立故障模型数据库，为进一步的电力线路数据剖析及深化运用奠定根本。
后续，根据处理后的数据库数据，可实现电力线路及干系设备的可视化及危险点、故障点等检测。

图5 数据处理过程

本项目设计制作的巡检机器人尺寸为1923mm× 720mm×968mm，总质量≤30kg；定位精度：平面及高程＜10cm；运动速率精度：0.04m/s；扫描视场角为330°；遥控间隔≥350m；相机像素：全画幅5 060万。
目前，已制作出实验样机，如图6所示。
传感器与掌握系统的精度知足测试的需求。
后续，将与当地的电科院联合测试巡检机器人，并在实际测试的根本上，进一步完善巡检机器人的机构设计、掌握算法等。

图6 实验样机

本文剖析了电力线路巡检机器人的功能需求，设计并制作了实验样机，具有如下上风：

1）采取轻量化的巡检机器人设计方案，具有自主爬塔功能，替代了现存的人工吊装高下塔的办法，真正实现机器人自动巡检功能。

2）基于ROS的电气掌握系统，开放性好，功能扩展方便。

3）引入多源数据的自动自标定领悟，极大地简化了后续数据处理流程，为电力线路准实时全景重构和动态数据管理供应技能支撑。

本文编自2022年第7期《电气技能》，论文标题为“智能电力线路巡检机器人的设计与履行”，作者为钱丹杨、周卫华 等，本课题得到2021年浙江省大学生科技创新活动操持暨新苗人才操持和台州市科技操持项目的支持。