CN102856827B - 地空异构式变电站全方位巡检*** - Google Patents

地空异构式变电站全方位巡检*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了变电站巡检***设计领域的一种地空异构式变电站全方位巡检***。其技术方案是，所述***包括地面巡检移动机器人子***、空中巡检飞行机器人子***、监控中心和能源补给站；地面巡检移动机器人子***、空中巡检飞行机器人子***和监控中心通过无线信号连接。本发明利用机器人组合进行变电站巡检，巡检角度灵活，视线全面，从而节省人力资源，降低恶劣地理条件与气象环境中的巡检难度，缩短巡检便利时间，提高日常检修效率，并且解决了独立机器人进行巡检时的误判误操作情况。本发明不仅适用于变电站巡检，可将其扩展，应用于更多领域的搜索与巡检。

Description

地空异构式变电站全方位巡检***
技术领域
本发明属于变电站巡检***设计领域，尤其涉及一种地空异构式变电站全方位巡检***。
背景技术
变电站设备巡检是为有效保证变电站设备安全运行、提高供电可靠性而进行的一项重要工作。长期以来，我国电力行业沿用的变电站设备人工巡检作业方式，由于变电站巡检线路长，范围广，部分变电站地域偏僻，海拔较高，地理条件与气象环境恶劣，经常出现大风、大雾、冰雪、雷雨等恶劣天气，这使得每天至少两次的例行巡检只靠人工巡检工作困难、效率低，管理成本高，完成质量不理想。且在高压、超高压条件下，人工巡检具有很大的危险性。因此人们开始向机器人巡检***进行探索。
目前，存在的变电站机器人巡检设计往往是地面移动机器人或飞行机器人单独完成巡检。由于变电站设备大小不一，用地面移动机器人无法全方位巡检所有设备；而飞行机器人虽然视角灵活可变，但飞行时间有限，很难一次性完成全程巡检。故将地面移动机器人与飞行机器人结合起来协作巡检，有助于在变电站中长期、全方位地巡检各类设备。
发明内容
针对上述背景技术中所述的目前变电站巡检方式存在的不足，本发明提出了一种地空异构式变电站全方位巡检***。
一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述***包括地面巡检移动机器人子***、空中巡检飞行机器人子***、监控中心和能源补给站；所述地面巡检移动机器人子***包括多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一控制器、第一无线通信模块、任务分解与规划模块和降落平台；所述空中巡检飞行机器人子***包括自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二控制器、第二无线通信模块和图像采集模块；
其中，所述多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一无线通信模块和任务分解与规划模块分别与所述第一控制器连接；所述多传感器数据采集及控制模块用于实时数据的采集与控制，控制地面巡检移动机器人获得周围设备的状态；所述运动控制模块用于控制地面巡检移动机器人进行移动；所述导航模块用于对地面巡检移动机器人进行定位，实现精准避障和位置识别；所述能源管理模块用于补给地面巡检移动机器人自身能源以及空中巡检机器人能源；第一无线通信模块用于将采集到的实时数据在地面巡检移动机器人和空中巡检飞行机器人器人之间及地面巡检移动机器人与监控中心之间进行交互；所述任务分解与规划模块用于将监控中心发来的任务进行分解，将任务分成地面执行部分和空中执行部分，并规划出巡检路径和重点观察的设备，以及空中巡检飞行机器人起飞时间，观察视点和飞行轨迹；所述第一控制器通过发送控制指令对地面巡检机器人进行控制；
所述自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二无线通信模块和图像采集模块分别与所述第二控制器连接；所述自主飞行控制模块用于实时测量空中巡检飞行机器人的飞行姿态；所述传感器模块用于测量变电站中的气压、温度、湿度和风速；所述能源供给与管理模块用于为空中巡检飞行机器人测算飞行时间和提供所需能量；所述第二无线通信模块用于空中巡检飞行机器人与监控中心子以及地面巡检移动机器人子***进行通信，交互任务信息，相对位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心子***发出的控制指令；所述图像采集模块用于采集设备状态信息；所述第二控制器通过发送控制指令对空中巡检飞行机器人进行控制；
所述第一无线通信模块分别与第二无线通信模块和监控中心通过无线信号连接；
所述第二无线通信模块分别与所述第一无线通信模块和监控中心通过无线信号连接。
所述监控中心包括数据存储服务器、巡检***软件服务器和显示屏；所述数据存储服务器、巡检***软件服务器和显示屏顺次连接；所述数据存储服务器用于将接收到的实时数据进行存储，并将实时数据传给巡检***软件服务器；所述巡检***软件服务器用于通过无线信号发送控制信息，并将接收的实时数据显示在显示屏上。
所述能源补给站包括两种充电方式；所述充电方式包括即到即充方式和定时充电方式；所述能源补给站用于为巡检机器人补给能源。
所述能源补给站包括若干充电机柜；所述充电机柜侧面装有自动旋转除尘刷，用于为巡检机器人表面进行清理。
所述能源补给站站顶部包括遮光罩，用于恶劣天气时，对巡检机器人进行保护。
所述能源管理模块充电方式包括能源补给站补给方式和太阳能充电方式。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用机器人组合进行变电站巡检，巡检角度灵活，视线全面，从而节省人力资源，降低恶劣地理条件与气象环境中的巡检难度，缩短巡检便利时间，提高日常检修效率。
2.本***通过空地异构机器人协作，地面巡检移动机器人子***、空中巡检飞行机器人子***、监控中心子***相互实时交互，精确进行定位，解决了独立机器人进行巡检时的误判误操作情况。
3.本发明不仅适用于变电站巡检，可将其扩展，应用于更多领域的搜索与巡检。
说明书附图
图1是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的结构示意图；
图2是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的***结构方框图；
图3是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的地面巡检移动机器人子***结构示意图；
图4是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的空中巡检飞行机器人子***结构示意图；
图5是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的监控中心结构示意图；
其中：1-空中巡检飞行机器人子***；2-监控中心；3-降落平台；4-能源管理模块；5-地面巡检移动机器人子***；6-能源补给站。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的结构示意图。图1中，本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***包括空中巡检飞行机器人子***1、监控中心2、降落平台3、能源管理模块4、地面巡检移动机器人子***5和能源补给站6。
图2是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的***结构方框图。图2中，本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的空中巡检飞行机器人子***1、监控中心2和地面巡检移动机器人子***5通过无线信号相互连接，实现了空中巡检飞行机器人与监控中心子以及地面巡检移动机器人子***进行通信，交互任务信息，相对位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心子***发出的控制指令。
图3是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的地面巡检移动机器人子***结构示意图。图3中，地面巡检移动机器人子***包括多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一控制器、第一无线通信模块、任务分解与规划模块和降落平台。所述多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一无线通信模块和任务分解与规划模块分别与所述第一控制器连接。
所述多传感器数据采集及控制模块用于实时数据的采集与控制，控制地面巡检移动机器人获得周围设备的状态；所述运动控制模块用于控制地面巡检移动机器人进行移动；所述导航模块用于对地面巡检移动机器人进行定位，实现精准避障和位置识别；所述能源管理模块用于补给地面巡检移动机器人自身能源以及空中巡检机器人能源；第一无线通信模块用于将采集到的实时数据在地面巡检移动机器人和空中巡检飞行机器人器人之间及地面巡检移动机器人与监控中心之间进行交互；所述任务分解与规划模块用于将监控中心发来的任务进行分解，将任务分成地面执行部分和空中执行部分，并规划出巡检路径和重点观察的设备，以及空中巡检飞行机器人起飞时间，观察视点和飞行轨迹；所述第一控制器通过发送控制指令对地面巡检机器人进行控制。
图4是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的空中巡检飞行机器人子***结构示意图。图4中，空中巡检飞行机器人子***包括自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二控制器、第二无线通信模块和图像采集模块；所述自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二无线通信模块和图像采集模块分别与所述第二控制器连接。
所述自主飞行控制模块用于实时测量空中巡检飞行机器人的飞行姿态；所述传感器模块用于测量变电站中的气压、温度、湿度和风速；所述能源供给与管理模块用于为空中巡检飞行机器人测算飞行时间和提供所需能量；所述第二无线通信模块用于空中巡检飞行机器人与监控中心子以及地面巡检移动机器人子***进行通信，交互任务信息，相对位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心子***发出的控制指令；所述图像采集模块用于采集设备状态信息；所述第二控制器通过发送控制指令对空中巡检飞行机器人进行控制；
图5是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检***的监控中心结构示意图。图5中，所述监控中心包括数据存储服务器、巡检***软件服务器和显示屏；所述数据存储服务器、巡检***软件服务器和显示屏顺次连接；所述数据存储服务器用于将接收到的实时数据进行存储，并将实时数据传给巡检***软件服务器；所述巡检***软件服务器用于通过无线信号发送控制信息，并将接收的实时数据显示在显示屏上。
实施例：
巡检工作开始进行时，首先由监控中心2发出任务，通过无线通讯模块传输给地面巡检移动机器人子***1。该子***的任务分解与规划模块立即将所接收任务分解为地面执行部分和空中执行部分，地面机器人开始移动，规划出本次任务路径以及重点观察设备；同时空中执行部分信息被无线传输至空中巡检飞行机器人子***5。空中巡检飞行机器人按照信息中所得到的起飞时间起飞，并规划出观察视点及飞行轨迹。
巡检过程中，地面巡检移动机器人子***1与空中巡检飞行机器人子***5不间断得通过无线通讯将实时信息共享并发回监控中心2。信息包括：环境数据采集信息、位置信息、自身能量水平信息和图像信息。变电站内每隔设定距离安装一个能源补给站6，当地面巡检移动机器人子***通过和能源管理模块4监测到自身能源不足且当前太阳能不足以充满电时，其将自主前往站内进行充电；而当空中巡检飞行机器人需要补充能源时，则将寻到地面巡检移动机器人子***5上的降落平台3，根据标识符确定降落地点和姿态位置，而后通过自主导航降落至地面巡检移动机器人降落平台上进行充电。
当监控中心2发现传回图像或数据中出现异常情况，监控人员可向空中巡检飞行机器人子***发出手控操作指令，对故障点进行全角度重复拍摄，并紧急调地面巡检移动机器人至故障点所在设备附近，做出可行性处理并为飞行机器人补充能量做准备。同时维护人员将根据所传回位置信息及时到达现场，对异常情况进行处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述***包括地面巡检移动机器人子***、空中巡检飞行机器人子***、监控中心和能源补给站；所述地面巡检移动机器人子***包括多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一控制器、第一无线通信模块、任务分解与规划模块和降落平台；所述空中巡检飞行机器人子***包括自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二控制器、第二无线通信模块和图像采集模块；
其中，所述多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一无线通信模块和任务分解与规划模块分别与所述第一控制器连接；所述多传感器数据采集及控制模块用于实时数据的采集与控制，控制地面巡检移动机器人子***获得周围设备的状态；所述运动控制模块用于控制地面巡检移动机器人子***进行移动；所述导航模块用于对地面巡检移动机器人子***进行定位，实现精准避障和位置识别；所述能源管理模块用于补给地面巡检移动机器人子***自身能源以及空中巡检飞行机器人子***能源；第一无线通信模块用于将采集到的实时数据在地面巡检移动机器人子***和空中巡检飞行机器人子***之间及地面巡检移动机器人子***与监控中心之间进行交互；所述任务分解与规划模块用于将监控中心发来的任务进行分解，将任务分成地面执行部分和空中执行部分，并规划出巡检路径和重点观察的设备，以及空中巡检飞行机器人子***起飞时间，观察视点和飞行轨迹；所述第一控制器通过发送控制指令对地面巡检移动机器人子***进行控制；
所述自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二无线通信模块和图像采集模块分别与所述第二控制器连接；所述自主飞行控制模块用于实时测量空中巡检飞行机器人子***的飞行姿态；所述传感器模块用于测量变电站中的气压、温度、湿度和风速；所述能源供给与管理模块用于为空中巡检飞行机器人子***测算飞行时间和提供所需能量；所述第二无线通信模块用于空中巡检飞行机器人子***与监控中心以及地面巡检移动机器人子***进行通信，交互任务信息，相对位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心发出的控制指令；所述图像采集模块用于采集设备状态信息；所述第二控制器通过发送控制指令对空中巡检飞行机器人子***进行控制；
所述第一无线通信模块分别与第二无线通信模块和监控中心通过无线信号连接；
所述第二无线通信模块分别与所述第一无线通信模块和监控中心通过无线信号连接；
本巡检***的工作方式为：
巡检工作开始进行时，首先由监控中心发出任务，通过第一无线通信模块传输给地面巡检移动机器人子***；地面巡检移动机器人子***的任务分解与规划模块立即将所接收任务分解为地面执行部分和空中执行部分，地面巡检移动机器人子***开始移动，规划出本次任务路径以及重点观察设备；同时空中执行部分信息被无线传输至空中巡检飞行机器人子***；空中巡检飞行机器人子***按照空中执行部分信息中所得到的起飞时间起飞，并规划出观察视点及飞行轨迹；
巡检过程中，地面巡检移动机器人子***与空中巡检飞行机器人子***不间断得通过无线通讯将实时信息共享并发回监控中心；实时信息包括：环境数据采集信息、位置信息、自身能量水平信息和图像信息；变电站内每隔设定距离安装一个能源补给站，当地面巡检移动机器人子***通过能源管理模块监测到自身能源不足且当前太阳能不足以充满电时，其将自主前往站内进行充电；而当空中巡检飞行机器人子***需要补充能源时，则将寻到地面巡检移动机器人子***上的降落平台，根据标识符确定降落地点和姿态位置，而后通过自主导航降落至地面巡检移动机器人子***的降落平台上进行充电；
当监控中心发现传回图像或数据中出现异常情况，监控人员向空中巡检飞行机器人子***发出手控操作指令，对故障点进行全角度重复拍摄，并紧急调地面巡检移动机器人子***至故障点所在设备附近，做出可行性处理并为空中巡检飞行机器人子***补充能量做准备；同时维护人员将根据所传回位置信息及时到达现场，对异常情况进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述监控中心包括数据存储服务器、巡检***软件服务器和显示屏；所述数据存储服务器、巡检***软件服务器和显示屏顺次连接；所述数据存储服务器用于将接收到的实时数据进行存储，并将实时数据传给巡检***软件服务器；所述巡检***软件服务器用于通过无线信号发送控制信息，并将接收的实时数据显示在显示屏上。
3.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述能源补给站包括两种充电方式；所述充电方式包括即到即充方式和定时充电方式；所述能源补给站用于为地面巡检移动机器人子***补给能源。
4.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述能源补给站包括若干充电机柜；所述充电机柜侧面装有自动旋转除尘刷，用于为地面巡检移动机器人子***表面进行清理。
5.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述能源补给站站顶部包括遮光罩，用于恶劣天气时，对地面巡检移动机器人子***进行保护。
6.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检***，其特征在于，所述能源管理模块充电方式包括能源补给站补给方式和太阳能充电方式。
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