【摘要】：隨著電網(wǎng)的迅猛發(fā)展,變電站的規(guī)模日益擴大。這對變電站工作人員的日常巡檢工作來說,是一個巨大的挑戰(zhàn)。通常,針對變電站設備的巡檢作業(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,存在很多隱患,比如難以實現(xiàn)全面準確的巡檢,巡檢效率低下等。本文設計開發(fā)了一款變電站電力巡檢機器人,主要用于幫助變電站的巡檢人員完成相關巡檢作業(yè),此款變電站電力巡檢機器人可以采取自主或遙控的方式來完成巡檢任務,能保證巡檢任務的順利完成。首先,本文通過調(diào)研了解了變電站電力巡檢機器人需要完成的功能以及所涉及到的相關技術,提出了變電站電力巡檢機器人的設計方案。基于此設計方案,本文將整個系統(tǒng)劃分為三層。其中,最上層為基于上位機的監(jiān)控層,中間層為依托于Nvidia Jetson TK1核心板的導航控制層,底層為基于STM32F407ZGT6的運動控制層。本文在選擇合適的硬件模塊之后,搭建了整個硬件平臺。然后,本文設計了巡檢機器人的系統(tǒng)軟件框架。對應于硬件框架,本文將軟件框架也分為三層。其中,巡檢機器人所需的主要功能分為五個模塊:即運動控制,地圖創(chuàng)建,路徑規(guī)劃,定位導航以及儀表讀數(shù)識別。本文對每個功能都進一步細化完善,建立了完整的軟件框架。其中,運動控制屬于底層控制層,地圖創(chuàng)建、路徑規(guī)劃與定位導航屬于中間導航控制層,儀表識別屬于上位機監(jiān)控層。本文主要是對底層運動控制層,中間層的地圖創(chuàng)建和路徑規(guī)劃以及上位機監(jiān)控層除識別算法之外的功能進行研究設計。最后,本文設計了基于Qt的手持終端,并將上位機監(jiān)控層軟件移植到了終端上。利用手持終端,能遠程遙控巡檢機器人完成巡檢任務。本文對巡檢機器人的構建地圖、直線行駛、原地轉(zhuǎn)彎、越障、避障,手持終端遙控巡檢機器人巡檢進行了實驗測試與結(jié)果分析。實驗結(jié)果表明,巡檢機器人能順利完成以上任務,具有較為出色的性能。
【圖文】：

計高性能變電站電力巡檢機器人能提高變電站供電可靠性，保障變電站的安運行。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在上個世紀 80 年代，國外許多國家便已開展了對電力巡檢機器人的研發(fā)其中，，日本、加拿大、美國等國家的研發(fā)技術處于世界領先水平。我國在上 90 年代末也開始了對電力巡檢機器人的研究工作，許多科研機構都取得了研究成果。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器人，如圖 1-1（a）該機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備，能實時電站設備信息。2010 年，東京電力公司又研制了一款高壓輸電線路除冰機器t Expliner[3]，如圖 1-1(b)所示。Hibot Expliner 帶有 8 個攝像頭，能以前后輪方式跨越障礙物。該機器人既可以完成巡檢任務，又能夠利用電暈效應除掉冰。

(a) 巡線機器人 LineScout (b) 除冰機器人 LineROVer (c) 變電站巡檢機器人圖 1-2 加拿大魁北克水電站研制的一系列電力巡檢機器人2008 年以來，美國電力科學研究院（EPRI）研制出了一些電力巡檢機器人。其中最特別的是名為 TI 的輸電線路巡線機器人，如圖 1-3（a）所示。TI 表面覆蓋著太陽能板，能將太陽能作為備用電源，它還可以從電纜線上獲得電能，這也是 TI的主要動力來源。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 設計的另一款電力巡檢機器人。該巡檢機器人能長時間穩(wěn)定工作，每年僅需要回收兩次，進行檢查即可。它可以獨自穿越長達 80km的輸電線路。同時，它還有著強大的圖像處理和目標檢測的能力。此外，它還配有激光雷達與光探測傳感器，能對導體位置，植被與附近結(jié)構進行測量。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;TM63

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本文編號：2607060