【摘要】：隨著電網(wǎng)的迅猛發(fā)展,變電站的規(guī)模日益擴(kuò)大。這對(duì)變電站工作人員的日常巡檢工作來(lái)說(shuō),是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。通常,針對(duì)變電站設(shè)備的巡檢作業(yè),一般采取的是人工巡檢以及其他傳統(tǒng)巡檢方法。但這些方法僅僅依靠巡檢人員的感官和經(jīng)驗(yàn),存在很多隱患,比如難以實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確的巡檢,巡檢效率低下等。本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一款變電站電力巡檢機(jī)器人,主要用于幫助變電站的巡檢人員完成相關(guān)巡檢作業(yè),此款變電站電力巡檢機(jī)器人可以采取自主或遙控的方式來(lái)完成巡檢任務(wù),能保證巡檢任務(wù)的順利完成。首先,本文通過(guò)調(diào)研了解了變電站電力巡檢機(jī)器人需要完成的功能以及所涉及到的相關(guān)技術(shù),提出了變電站電力巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案�；诖嗽O(shè)計(jì)方案,本文將整個(gè)系統(tǒng)劃分為三層。其中,最上層為基于上位機(jī)的監(jiān)控層,中間層為依托于Nvidia Jetson TK1核心板的導(dǎo)航控制層,底層為基于STM32F407ZGT6的運(yùn)動(dòng)控制層。本文在選擇合適的硬件模塊之后,搭建了整個(gè)硬件平臺(tái)。然后,本文設(shè)計(jì)了巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)軟件框架。對(duì)應(yīng)于硬件框架,本文將軟件框架也分為三層。其中,巡檢機(jī)器人所需的主要功能分為五個(gè)模塊:即運(yùn)動(dòng)控制,地圖創(chuàng)建,路徑規(guī)劃,定位導(dǎo)航以及儀表讀數(shù)識(shí)別。本文對(duì)每個(gè)功能都進(jìn)一步細(xì)化完善,建立了完整的軟件框架。其中,運(yùn)動(dòng)控制屬于底層控制層,地圖創(chuàng)建、路徑規(guī)劃與定位導(dǎo)航屬于中間導(dǎo)航控制層,儀表識(shí)別屬于上位機(jī)監(jiān)控層。本文主要是對(duì)底層運(yùn)動(dòng)控制層,中間層的地圖創(chuàng)建和路徑規(guī)劃以及上位機(jī)監(jiān)控層除識(shí)別算法之外的功能進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。最后,本文設(shè)計(jì)了基于Qt的手持終端,并將上位機(jī)監(jiān)控層軟件移植到了終端上。利用手持終端,能遠(yuǎn)程遙控巡檢機(jī)器人完成巡檢任務(wù)。本文對(duì)巡檢機(jī)器人的構(gòu)建地圖、直線行駛、原地轉(zhuǎn)彎、越障、避障,手持終端遙控巡檢機(jī)器人巡檢進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,巡檢機(jī)器人能順利完成以上任務(wù),具有較為出色的性能。
【圖文】：

計(jì)高性能變電站電力巡檢機(jī)器人能提高變電站供電可靠性，保障變電站的安運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在上個(gè)世紀(jì) 80 年代，國(guó)外許多國(guó)家便已開展了對(duì)電力巡檢機(jī)器人的研發(fā)其中，，日本、加拿大、美國(guó)等國(guó)家的研發(fā)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。我國(guó)在上 90 年代末也開始了對(duì)電力巡檢機(jī)器人的研究工作，許多科研機(jī)構(gòu)都取得了研究成果。東京電力公司和三菱公司共同開發(fā)了一款變電站巡檢機(jī)器人，如圖 1-1（a）該機(jī)器人在路面軌道上行駛，搭配了紅外傳感器和圖像采集等設(shè)備，能實(shí)時(shí)電站設(shè)備信息。2010 年，東京電力公司又研制了一款高壓輸電線路除冰機(jī)器t Expliner[3]，如圖 1-1(b)所示。Hibot Expliner 帶有 8 個(gè)攝像頭，能以前后輪方式跨越障礙物。該機(jī)器人既可以完成巡檢任務(wù)，又能夠利用電暈效應(yīng)除掉冰。

(a) 巡線機(jī)器人 LineScout (b) 除冰機(jī)器人 LineROVer (c) 變電站巡檢機(jī)器人圖 1-2 加拿大魁北克水電站研制的一系列電力巡檢機(jī)器人2008 年以來(lái)，美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）研制出了一些電力巡檢機(jī)器人。其中最特別的是名為 TI 的輸電線路巡線機(jī)器人，如圖 1-3（a）所示。TI 表面覆蓋著太陽(yáng)能板，能將太陽(yáng)能作為備用電源，它還可以從電纜線上獲得電能，這也是 TI的主要?jiǎng)恿?lái)源。TI 具有數(shù)據(jù)上傳功能，能將高清圖像，輸電線路診斷結(jié)果等數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。圖 1-3（b）是 EPRI 設(shè)計(jì)的另一款電力巡檢機(jī)器人。該巡檢機(jī)器人能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，每年僅需要回收兩次，進(jìn)行檢查即可。它可以獨(dú)自穿越長(zhǎng)達(dá) 80km的輸電線路。同時(shí)，它還有著強(qiáng)大的圖像處理和目標(biāo)檢測(cè)的能力。此外，它還配有激光雷達(dá)與光探測(cè)傳感器，能對(duì)導(dǎo)體位置，植被與附近結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242;TM63

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本文編號(hào)：2607060