机器人巡检变电站电网迎峰度夏添 利器
库晓斐
摘 要：变电站巡检机器人在投运前需要进行变电站的巡检模型配置，而现有的配置流程存在不足之处，针对这些不足设计并实现了一种基于Android的变电站巡检机器人辅助配置系统。阐述了该辅助配置系统的总体结构，介绍了Android应用程序的实现，论述了辅助配置流程。测试结果表明，该辅助配置系统提高了工程服务人员在现场的配置效率，降低了配置工作的强度，延长了单次配置的时间。
关键词：Android；巡检机器人；变电站；机器人；辅助配置
中图分类号：TP24 文献标志码：A
Auxiliary Configuration System of Substation Inspection Robot Based on Android
KU Xiao-fei
（State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao，Shandong 26600，China）
Abstract：Before the substation inspection robot is put into use，it is necessary to configure the inspection model of the substation.However，deficiencies exist in current configuration process.Aimed at these deficiencies，the auxiliary configuration system of substation inspection robot based on Android was designed and developed.This paper describes the overall structure of the auxiliary configuration system，introduces the implement of the Android application，and discusses the process of auxiliary configuration.Experimental results show that，the auxiliary configuration system improves configuration efficiency of engineering service staffs in the field，reduces the intensity of the configuration work，and extends the time of a single configuration.
Key words：Android；inspection robot；substation；robot；auxiliary configuration
1 引 言
變电站设备巡检在变电站正常生产和安全运行方面起到极其重要的作用[1]，尤其是特高压变电站，变电站设备的可靠性是非常关键的。传统的人工巡检劳动强度大，检测质量分散，受恶劣天气干扰大[2]，并且不能及时准确的将检测数据传送到管理信息系统[3]，而应用于变电站设备巡检中的变电站巡检机器人，提高了设备巡检的质量，并推进了无人值守变电站的进程[4]。
变电站巡检机器人在变电站投运前需要工程服务人员进行现场调试，主要是进行变电站的巡检模型配置，然而现有的配置流程存在工作效率低、工作强度大、单次配置时间短等不足。本文针对这些不足设计并实现了一种基于Android的变电站巡检机器人辅助配置系统，通过系统测试，结果表明该系统所使用的辅助配置流程克服现有配置流程存在的不足。
2 系统总体设计
2.1 关键问题分析
目前变电站巡检机器人的导航方式逐渐地由磁导航[5]改用激光导航方式。激光导航机器人在投运前需要利用激光传感器建立变电站环境的二维地图[6]，地图主要是用于机器人在变电站环境的定位。除了建图，还需要进行变电站的巡检模型配置，主要包括停靠点配置和巡检任务配置。停靠点配置主要是配置机器人在巡检路线上停止位置的激光导航坐标，以及在该停靠点所需要执行的命令及参数，如果该停靠点需要进行变电站设备的检测，则还需要配置云台预置位及视频变倍等参数。巡检任务配置主要是通过选择需要检测的变电站设备生成包含若干停靠点的列表，以及任务启动的时间和周期、任务检测模式等参数的配置。
针对基于激光导航的变电站巡检机器人，停靠点配置需要工程服务人员在机器人附近控制其到变电站设备附近，然后控制云台和视频，并通过播放的实时视频来判断机器人的位置是否需要调整，完成位置调整后，将所在位置的激光坐标保存下来。目前现有的方式是工程服务人员手持笔记本电脑通过网线直连机器人，然后控制机器人完成相应的配置。这种方式容易使工程服务人员产生疲惫，并且配置过程的时间受限于笔记本电脑电池的续航时间，然而笔记本电脑电池的续航时间一般只有2到4个小时。从而增加了工程服务人员的工作强度，降低了工程服务人员的工作效率。
2.2 系统总体结构
针对现有停靠点配置存在的不足，本文提出一种基于Android的变电站巡检机器人辅助配置系统，该系统的总体结构如图1所示，包括变电站巡检机器人、Android移动设备、后台监控系统。
变电站巡检机器人包括机器人本体、无线网桥和USB WiFi。其中，无线网桥通过与后台监控系统的无线网桥配对之后，建立无线网络。USB WiFi插在机器人工控机的USB接口上，负责提供短距离的无线网络，Android移动设备通过USB WiFi完成与变电站巡检机器人的通信。后台监控系统包括服务器、无线网桥、路由器、无线路由器。其中，路由器通过网线将其他设备连接在一起，负责组建后台监控系统的网络。无线路由器负责提供短距离的无线网络，Android移动设备通过无线路由器完成与后台监控系统的通信。endprint
3 系统实现
3.1 Android应用程序实现
辅助配置系统的核心部分是运行在Android移动设备上的Android应用程序。在Android应用程序的实现中，使用Android操作系统作为开发平台，Android Studio作为开发环境，Java语言作为开发语言，SQLite数据库作为开发数据库，使用Google提供的Android SDK软件开发工具包，视频控制部分使用视频设备厂家提供的SDK软件开发工具包。
3.1.1 车体控制
图2 车体控制界面
图2是Android应用程序的车体控制界面，其中包括前进、后退、左转、右转和停止的基本控制。界面中的关闭连接按钮指的是关闭与变电站巡检机器人的通信连接，通信连接的状态在界面的左上角显示，在线表示连接正常，离线表示连接断开，只有在连接正常的情况下才能进行常规的车体控制、切换模式和超声操作，连接断开后按钮文字变成打开连接。界面中的停止播放按钮指的是停止界面中视频的播放，停止播放后按钮文字变成播放视频。界面中的切换模式按钮指的是切换变电站巡检机器人的控制模式，控制模式包括手动和自动，只有在手动控制模式下常规的车体控制和超声控制才起作用，控制模式的状态在界面左上角的连接状态后面显示。界面中使能超声按钮指的是使能变电站巡检机器人的超声传感器，使能之后按钮文字变成禁用超声。界面右上角是激光坐标、激光导航匹配率、左右轮速度的实时数据显示。界面中提供了停靠点ID的输入，提供了停靠点信息的保存、查看、删除和清空功能。界面中还提供了上传停靠点的功能，通过点击传停靠点按钮完成，上传停靠点的具体步骤将在第3.2节中介绍。
3.1.2 云镜控制
图3是Android应用程序的云镜控制界面，包括云台控制和视频控制功能。其中，云台控制包括上仰、下俯、左转、右转、停止和复位的基本控制，以及查云台XY的功能。其中，查云台XY指的是查询当前云台的XY坐标，点击按钮完成查询后，会将查询到的XY坐标在界面的右上角显示出来。视频控制包括播放视频、切换视频、焦距变大、焦距变小、停止焦距控制、IO控制。
切换视频是指界面中的视频在可见光视频和红外视频之间进行切换。IO控制指的是打开或关闭视频设备的IO接口，目前视频设备的IO接口主要是用来控制其他设备的电源，例如红外摄像仪的电源可以通过红外视频服务器的IO接口来进行控制，可以点击关闭IO按钮来关闭红外热像仪的电源。
3.2 辅助配置流程
辅助配置主要是指辅助完成激光导航巡检机器人的停靠点配置，因为停靠点配置需要工程服务人员在变电站现场控制机器人完成，工作强度大，工作时间长。图4给出了辅助配置流程，具体步骤如下：
步骤1：Android应用程序发送控制车体命令，变电站巡检机器人完成车体移动，然后反馈激光坐标和车体速度，Android应用程序收到反馈数据后，更新并显示激光坐标和车体速度。
步骤2：Android应用程序发送控制云台命令和控制视频命令，变电站巡检机器人完成云台转动和视频操作。
步骤3：在Android应用程序上根据可见光视频和红外视频判断当前位置是否符合变电站设备的检测，并以此来判断位置是否还需要进行调整。如果需要调整，执行步骤1；如果不需要调整，执行下一步。
步骤4：在Android应用程序上输入停靠点ID，然后把停靠点ID和激光导航坐标（X、Y、车体角度）保存到SQLite数据库中。如果本地数据库中不存在该停靠点ID，则新建一个停靠点信息记录；如果本地数据库存在该停靠点ID，则修改该停靠点ID对应的停靠点信息记录。
步骤5：在Android应用程序上查看已经保存的停靠点信息记录，删除错误的停靠点信息记录。并根据已经保存的信息来判断是否已经完成了所需要的停靠点配置。如果未完成，执行步骤1；如果已经完成，则执行下一步。
步骤6：Android应用程序生成需要上传给后台监控系统的停靠点信息列表，初始化当前index=0，index为停靠点信息列表的索引。
步骤7：Android应用程序上传index对应的停靠点信息，后台监控系统接收到停靠点信息，完成停靠点信息的保存与更新，并在完成后通知Android应用程序。
步骤8：Android应用程序判断信息列表是否已经上传完成。如果还没有上传完成，index++，然后执行步骤7；如果已经上传完成，执行下一步。
步骤9：Android应用程序提示上傳停靠点信息成功。
4 系统测试
如图5所示，由工程服务人员在变电站现场进行测试，主要测试Android应用程序的车体控制、云台控制、视频控制等基本控制，测试变电站现场停靠点信息的保存、修改、删除等操作，以及测试Android应用程序将保存的停靠点信息上传到后台监控系统。通过在变电站现场进行测试，比较了新的停靠点配置方法与现有方法的差异，发现基于Android的变电站巡检机器人辅助配置系统提高了停靠点配置的工作效率，降低了工作强度，延长了单次配置的时间，为工程服务人员的现场调试工作提供便利。
5 结束语
介绍了变电站巡检机器人现有的巡检模型配置流程，并针对现有配置流程中存在的不足，提出
基于Android的变电站巡检机器人辅助配置系统。阐述了该系统的总体设计、系统实现和系统测试。在系统总体设计中，分析了现有变电站巡检模型配置的关键问题，介绍了辅助配置系统的总体结构。在系统实现中，描述了Android应用程序的实现，论述了辅助配置流程。通过系统测试，验证了该系统提高了停靠点配置的工作效率，降低了工作强度，延长了单次配置工作时间。
参考文献
[1] 李向东，鲁守银，王宏，等.一种智能巡检机器人的体系结构分析与设计[J].机器人，2005，27（6）：502-506.
[2] 杨旭东，黄玉柱，李继刚，等.变电站巡检机器人研究现状综述[J].山东电力技术，2015，42（1）：30-34.
[3] 熊泽群，黄石磊，李永熙，等.变电站巡检机器人的控制检测仿真测试系统[J].电气自动化，2016，38（4）： 49-53.
[4] 鲁守银，钱庆林，张斌，等.变电站设备巡检机器人的研制[J].电力系统自动化，2006，30（13）：94-98.
[5] 周立辉，张永生，孙勇，等.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化，2011，35（19）：85-88.
[6] 李红梅，王滨海，廖文龙，等.基于地图匹配的变电站巡检机器人激光导航系统设计[J].制造业自动化，2014，36（1）： 52-56.endprint
