专利名称：热像测温与故障定位巡检机器人系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动检测与控制技术领域，特别涉及热像测温与故障定位巡检机器人系统。
背景技术：
高压变电站运行状况稳定是关乎经济发展、社会安全稳定的大事，但高压变电站运行状况人工监控面临危险性大且不能达到全天候监控的问题，同时变电站的节能思想日渐深入人心。“低碳经济”是2010年两会的热点话题，发展低碳经济将给我国经济发展和社会各方面都带来全面深刻的变革。温家宝总理在今年的政府工作报告中多次提到电力问题，并 强调“要大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。发展智能电网对电网安全、可靠、高效运行并实现节能减排、带动相关产业具有重要意义。在2009年5月21日特高压输电技术国际会议上国家电网公司首次提出加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化和互动化特征的统一的“坚强智能电网”。建设坚强智能电网是推动低碳经济发展的重要载体和有效途径。智能电网可以优化电力用户峰荷时段的用电量，能够实现分布式电源“即插即用”的并网运行方式，进而达到节能减排的目的，同时对于电力设备的安全性也提出了更高的要求，而电气设备自身故障是造成电网大面积停电事故的重要原因之一，每年导致的事故都约占所有电网事故的一半。为了及时发现电气设备的过热问题、外部问题，或周围环境问题，保证电力系统安全、可靠运行，防止电网大面积停电，需要及时发现电气设备自身故障，从而引发了变电站电气设备监测方法与监测系统的研究。为了保障电网的运行安全，提高供电质量，人们致力于变电站监视、控制和保护系统的研究与开发，并辅以各种手段，保障电气设备的运行安全。变电站的巡检工作在保证变电站正常生产、安全运行方面占有极其重要的地位。传统的巡检任务需要巡检人员每天都到各个变电站去做定额巡检，采集大量的运行数据，做大量的日常巡检工作。这样一来，就给变电站的日常维护、巡检带来了一定的困难。随着自动化水平的提高和变电站无人化值守的进展，也需要人定期到现场检查部分设备。为了完成对变电站内主变、母线、开关等主要一次设备运行状态的监控，需要对变电站进行定期的检查和维护。传统的变电站监控和巡视主要通过人工方式，对设备进行感官的简单定性判断。后来随着计算机技术的发展和进步，微机监控在广大的变电站中得以应用。即遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的“五遥”微机监控。随着无人站的推广，开发无人值守的检测设备，可以实现对设备的正常检测，并且了解到无人站实际情况。20世纪90年代后期，电力系统将远程视频监控系统运用于变电站，主要用于可见光视频的监控，检测无人值守站的保安、消防、环境条件(如温度、湿度)等信息，用于系统内其他单位进行广播级图像的交换等。目前，远程视频监控系统已在无人值守变电站中广泛应用。[0007]设备热故障是变电站稳定运行所面临的一个主要问题，可见光是无法检查设备此类故障的。为了检测设备的热故障，同时弥补单纯视觉系统的检测的缺陷和单一性，提高故障检测效率，达到站点无人值守，减少人为干预，目前较常见的做法是在监测现场加装可见光和热像视频服务器，将视频、温度检测定位的仪器进行集成，形成服务器站点，通过网络向主控中心传输采集信息。这种方式可以同时集中监控很大范围设备，减小人力损耗，同时监控的效率有了很大的提高。但是，这种检测方式有如下几点缺陷I)在高压站点，安装红外可见光视频服务器本身就是一件很危险的工作，同时工程的实际工作量也比较大。2)较大范围的变电站，由于现有视频采集装置均为定点采集，需要安装多台视频服务器及视频采集装置，对网络带宽的要求极高。3)安装多台视频服务器及视频采集装置需要综合成本过高、管理复杂，设备利用率同时也很低。
实用新型内容专利涉及车体自动导航技术、机电一体化技术、多传感器融合技术、物联网技术、自动控制技术、无线通信、导航及行为规划技术、机器人视觉技术、安防技术等，尤其是搭载红外可见光双路视频服务器，用于变电站一次设备端，端子的检测，可进行设备温度检测，和设备故障定位。综合考虑成本、性能和施工问题后提出了“热像测温与故障定位巡检机器人”的方式，尝试去平衡成本、施工难度、检测效率和设备利用率，同时实现更广泛意义上的无人值守。热像测温与故障定位巡检机器人系统，它由基站和机器人构成；基站为位于机房内的PC机，机房位于非高压区；机器人的结构如下云台通过支架安装在机器人车体上，控制盒中装有视觉采集与处理平台、信号融合与导航控制平台、车体管理模块、和电台，位于控制盒后面的电台天线吸附在机器人上，电台天线的引线接入控制盒中；电台通过网线与红外可见光双路视频服务器连接；机器人车体位于机器人底部；两个充电对节点为机器人车体后端；电源管理模块是采集电池端电压，提供给系统决策是否需要充电；红外可见光双路视频服务器、红外热成像仪和可见光摄像头集成在云台上方的机箱内视觉传感器安装于感官盒内，智能补光控制电路在感官盒内部左侧固定，光照强度传感器和白光光源安装在感官盒前表面；感官盒位于机器人的前部；在感官盒正面顶部安装有四个障碍物传感器；在感官盒下面安装RFID读头，电磁位置传感器固定于机器人底盘上，第I电感线圈和第2电感线圈距离地面的高度均为50_ ;单片机、第I电感线圈和第2电感线圈一起封装在电磁位置传感器盒体内，单片机位于电磁位置传感器盒体的中间位置，第I电感线圈和第2电感线圈位于电磁位置传感器盒体的两端；智能补光控制电路分别连接光照强度传感器、白光光源和信号融合与导航控制平台，视觉采集与处理平台连接视觉传感器，并通过RS485总线连接信号融合与导航控制平台，黄色导航线位于路面上；在路面下方铺设诱导导航线，诱导导航线为BV塑料铜芯电线，诱导导航线两端与电磁信号发生器相连构成通路，电磁信号发生器提供频率为20KHz、电流为30. OmA的正弦波信号或脉冲信号，使诱导导航线周围产生磁场；自动充电装置位于休息室内，自动充电装置上有对节点。所述控制盒位于机器人中后部；所述机器人车体采用履带式结构；所述四个障碍物传感器在水平方向上排成一列；所述障碍物传感器为红外反射 式避障传感器。I-N个结构相同的电磁位置传感器的结构如下单片机分别连接第I电感线圈和第2电感线圈，单片机通过RS485总线连接信号融合与导航控制平台。所述视觉传感器为CMOS摄像机或CXD摄像机。所述视觉采集与处理平台为DSP平台，其型号为TMS320DM642 ；所述信号融合与导航控制平台为S3C6410芯片；所述单片机的型号为MSP430F1611。所述黄色导航线和诱导导航线在竖直方向上重叠；所述黄色导航线通过黄色油漆铺设而成；所述诱导导航线周围套有地底PVC保护管道，诱导导航线与地面的垂直距离为20mmo所述电磁信号发生器置于车外，安装在休息室墙壁上。所述光照强度传感器的型号为BH1620 ；所述白光光源为暖白色LED灯，其功率为31所述休息室位于位于变电设备配备区，变电设备配备区和非高压区之间安装有高压区隔离门，在变电站中心大楼顶上安装有电台，该电台通过网线与机房中的PC机连接。本实用新型的有益效果为I)设备利用率高使用一个移动平台搭载定点设备，完成了原来需要多台定点设备才能完成的工作，单台设备的利用率很高。2)综合成本低使用机器人的方案，虽然单台机器人的费用高于原来单台定点设备的费用，但是对于整站的投资规模来说，远远低于原来多台定点设备的投入。3)整体功耗小机器人单台功率大于定点设备，但是由于使用智能的能量管理技术，当空闲作业的时候，关闭了很多无关设备，平均功率反而小于单台定点设备。4)施工难度低，施工周期快，施工流程更安全定点设备的安装需要固定设备到高压区域的电线杆上，存在人接近高压设备，以及设备的上下搬运问题。定点设备使用有线传输，存在在整站范围内布线，挖设线缆沟的工程问题。机器人只需要施工建设休息室，在原有路面上铺设导航线，架设无线站点的工程量，远远小于定点设备的安装工程量，同时工人一直处于远离高压设备的区域，安全系数较高。5)可以做到基本无人值守的巡检机器人可以做到自动巡检，同时实现了自我管理功能，自动充电功能，可以做到无人值守的要求。6)手动与自动功能的结合，操作多样化机器人可以通过设置好的流程自动工作，也可以通过PC端手动控制控制，操作更灵活。7)采用后置式的自动充电装置，结构简单，成本更低，车体为履带式的设计，更平稳。8)视觉加电磁的导航系统，可以适应全年，全天候，连续室外工作。相比较单纯的电磁，速度提升空间更大，更利于发挥车体的速度极限。9)信号融合与导航控制平台选用功耗更低的嵌入式ARMll平台；视觉导航使用型号为TMS320DM642的DSP平台处理图像，功耗更低；系统从整体到各模块大量使用嵌入式CPU取代常规的工控机设备，模块化更强，成本更低。
图I为本实用新型机器人的电路连接示意图；图2a为机器人的第一立体示意图；图2b为机器人的第二立体示意图；图2c为机器人的主视图；图2d为机器人的后视图；图3为黄色导航线和诱导导航线的位置关系示意图；图4为两个电感线圈的位置示意图；图5为移动端硬件模块组成示意图；图6为机器人工作状态转换图图7为机器人自动巡检流程示意图图8为机器人手动巡检流程示意图图9为机器人充电流程示意图图10为机器人导航闭环控制示意图图11为机器人工作场地布局示意图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。本实用新型结合物联网技术、移动机器人技术以及多传感器融合技术，综合考虑成本和性能后提出了 “热像测温与故障定位巡检机器人系统”的方式，热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，它由基站和机器人构成；基站为位于机房内的PC机，机房位于非高压区；如图I、图2a、图2b、图2c和图2d所示，机器人的结构如下云台15通过支架4安装在机器人车体3上，控制盒8中装有视觉采集与处理平台、信号融合与导航控制平台、车体管理模块(即为车体控制主板)、和电台，位于控制盒8后面的电台天线16吸附在机器人上，电台天线16的引线接入控制盒8中；电台通过网线与红外可见光双路视频服务器连接；机器人车体3位于机器人底部；两个充电对节点18为机器人车体3后端；电源管理模块是采集电池端电压，提供给系统决策是否需要充电，它位于控制盒8内的主控制板上；红外可见光双路视频服务器为机器人搭载设备的核心，红外可见光双路视频服务器、红外热成像仪和可见光摄像头集成在云台15上方的机箱内视觉传感器5安装于感官盒2内，智能补光控制电路在感官盒2内部左侧固定，光照强度传感器6和白光光源7安装在感官盒2前表面；感官盒2位于机器人的前部；在感官盒2正面顶部安装有四个障碍物传感器17 ；在感官盒2下面安装RFID读头，如图4所示，电磁位置传感器固定于机器人底盘上，第I电感线圈9和第2电感线圈14距离地面10的高度均为50mm ;单片机为电磁位置传感器的核心，单片机、第I电感线圈和第2电感线圈一起封装在电磁位置传感器盒体内，单片机位于电磁位置传感器盒体的中间位置，第I电感线圈和第2电感线圈位于电磁位置传感器盒体的两端；智能补光控制电路分别连接光照强度传感器6、白光光源7和信号融合与导航控制平台，视觉采集与处理平台连接视觉传感器5，并通过RS485总线I连接信号融合与导航控制平台，黄色导航线13位于路面上；在路面下方铺设诱导导航线12，诱导导航线12为BV塑料铜芯电线，诱导导航线12两端与电磁信号发生器相连构成通路，电磁信号发生器提供频率为20KHz、电流为30. OmA的正弦波信号或脉冲信号，使诱导导航线12周围产生磁场；自动充电装置位于休息室内，机器人自动充电是在休息室完成的，自动充电装置上有对节点。所述控制盒8位于机器人中后部；所述机器人车体3采用履带式结构；所述四个障碍物传感器17在水平方向上排成一列；所述障碍物传感器17为红外反射式避障传感器(PSD)。I-N个结构相同的电磁位置传感器的结构如下单片机分别连接第I电感线圈9和第2电感线圈14，单片机通过RS485总线I连接信号融合与导航控制平台。所述视觉传感器5为CMOS摄像机或CXD摄像机。所述视觉采集与处理平台为DSP平台，其型号为TMS320DM642 ；所述信号融合与导航控制平台为S3C6410芯片；所述单片机的型号为MSP430F1611。如图3所示，黄色导航线13和诱导导航线12在竖直方向上重叠；黄色导航线13通过黄色油漆铺设而成；诱导导航线12周围套有地底PVC保护管道11，诱导导航线12与地面10的垂直距离为20mm。所述电磁信号发生器置于车外，安装在休息室墙壁上。所述光照强度传感器6的型号为BH1620，光照强度传感器6能够感应外界的光强信号并以模拟电压量输出，作为智能补光控制电路的输入比较量进行使用；所述智能补光控制电路使用LM2903比较器将光照强度传感器6采集到的模拟电压量与预设值进行比较，当模拟电压量低于预设值后产生开关信号，白光光源7发出白光；所述白光光源7为暖白色LED灯，其功率为31所述休息室位于位于变电设备配备区(高压区)，变电设备配备区和非高压区之间安装有高压区隔离门，在变电站中心大楼顶上安装有电台，该电台通过网线与机房中的PC机连接。机器人作为物联网信息采集终端，搭载热红外成像仪、可见光视频服务器、采用自主导航方式实现对变电站设备巡检，在线实时采集设备可见光与热红外图像信息，通过无线网将所采集的信息传送给主控中心，监控人员通过Internet、无线、短信等物联网传输通道下达指令。机器人(物联网终端)通过视觉加电磁导航方案，基于RFID技术定位巡检点，实现设备的自动巡线检测。可有效解决高压作业环境下多点安装检测设备安全性问题，屏蔽带宽及成本缺陷，采用智能能量管理技术，实现机器人自动检测电源状况，自动充电。满足变电站安全运营及智能监控的要求，保障供电安全。相比类似的系统，本实用新型主要做了以下几个方面的突破I)采用后置式的自动充电装置；2)视觉加电磁的导航方案，自主开发设计，掌握核心技术；3)信号融合与导航控制平台选用功耗更低的嵌入式ARMll平台；4)视觉导航使用型号为TMS320DM642的DSP平台处理图像，功耗更低；5)机器人车体3为履带式的设计，使机器人更平稳；6)搭载红外可见光双路视频服务器。本实用新型由两大部分组成，基站是由位于机房内的PC端来实现，机器人是由车`体层和搭载设备层组成，两端是依靠宽带无线电台连接，完成数据和指令的交互。各部分分工合作组成了完整的“热像测温与故障定位巡检机器人系统”，完成变电站有关设备的热巡检，可见光拍照定位，可见光红外图像匹配等作业，同时还需要完成机器人自我管理，达到无人看护，自动作业的任务。各部分的功能描述如下I)基站的功能主要体现在PC机的软件上，其主要实现以下功能通过网络下发机器人车体3的控制命令，接收上传的红外和可见光数据，实现红外和可见光的图像配准，实现红外数据以及可见光数据的处理、分析和储存，并为用户提供查询、报警功能。基站还要负责监管移动端的工作状态，以及为用户提供设置机器人工作参数和以及手动控制移动端各设备的接口和界面。2)机器人主要的功能为接收PC端的命令，并作出相应的动作。采集、传输变电站现场设备的红外数据和可见光数据。此外机器人还要采集、传输自身的工作状态以及各模块的工作状态数据，完成与PC的交互。最终本实用新型完成了以下主要功能I)自动行走机器人车体3在无人干预的情况下可以完全可靠地按照预定的路线完成寻线行走、停车、转向等动作。2)自动巡检当机器人车体3发现巡检点，停车后PC机获得车体巡检点具体编号，然后向下传输云台的运行轨迹数据，从而控制云台按预先设置好的巡检路径进行巡检，并分别获取不同点的红外图像和可见光图像，经处理通过无线电台自动传输到PC机服务器。3)自动充电机器人自身的电源管理模块当发现电池余量不足的时候，需要向车体管理模块报告充电，然后PC机服务器解读到充电信号后，命令机器人去充电，机器人到达休息室完成自动充电。休息室内的自动充电装置上有对节点，与机器人车体上的充电对节点18对接，然后玩自动充电。4)自动报警通过热红外图像对区域和全图设定报警阈值，当超过阈值时PC机的服务程序做报警记录，同时以声、光和短信形式发出报警信息，以便及时检查维修。5)安全避障通过四个障碍物传感器17在检测到前方有障碍物后，机器人车体3做出的规避动作，主要是停止一会，等待障碍物离开。6)热像测温根据FLIR热像图像和测温算法，实现可视范围的热像测温，检测温度范围为零下20°C到零上300°C，满足大部分供电设备的要求。7)故障定位通过红外图像、可见光图像，PC机软件可以实现两组图像的实时配准，从而直观快速定位。为了直观获取可见光图像或者红外图像某一点的温度情况，在两幅图像的对应位置同时标注，配准红外和可见光图像。8)数据联网检测和报警数据及热像图片按照要求格式和通信协议传输到系统，以便与系统数据共享和设备故障分析。本实用新型从大方向上可分为三层PC客户端层、搭载设备层、车体层。车体层包括机器人车体3、控制盒8、感官盒2、支架4、电台天线16、第I电感线圈9和第2电感线圈14。控制盒8内有控制主板、电台模块和电源模块搭载设备层主要包括红外可见光视屏服务器和云台I 5。PC客户端层为PC机，PC客户端层位于非高压区的室内，通过网线与位于变电站中心大楼顶的电台连接，机器人由搭载设备层和车体层组成，搭载设备层和车体层之间通过RS485总线连接，搭载设备层主动发送命令，查询车体层状态，同时搭载设备层也可以发送运动控制命令，车体层被动响应搭载设备层发送的指令。机器人通过搭载的电台与PC机实 现无线连接，其中电台其实是与搭载设备层直接连接。PC客户端层实现以下功能1)红外热像和可见光图像双路显示、回放和存储；2)热像测温、红外热像图像与可见光图像的配准；3)环境数据的显示和存储；4)机器人车体3状态的记录以及参与一部分机器人的工作流程，参与的流程主要是手动巡检的控制和自动巡检的指定点设置；5)PC即能够通知机器人起始点RFID号，同时在数据库中有全站ID点数据的保存和编号，可以调用车体层到达某一点。搭载设备层与PC客户端层通过无线通信实现连接，搭载设备层查询车体层的一些信息转发给PC机，同时还要控制机器人车体3的起停，这一层的主要功能有1)热红外以及可见光图像的打包网络传输，利用网络向上传输可见光红外线视频；2)云台15的运动控制，可以控制云台15完成对指定设备的扫描；3)与机器人车体3之间RS485数据交互，与机器人车体3通过RS485接口连接，作为主设备发起通信过程，包括命令和数据的交互；4)将四个障碍物传感器17数据按时转发给PC机；5)采集机器人车体3的工作状态，机器人车体3的停止、运动、启动、充电以及故障异常的第一感受者。车体层主要是提供机器人的运动特性，以及为搭载设备层提供搭载平台。车体移动端模块组成如图5所示，图5中，主控系统是指信号融合与导航控制平台，无线系统即电台。在本层主要实现的功能有1)机器人的运动，包括机器人前进、后退、转向动作；
2)机器人的导航控制，视觉和电磁导航数据处理成控制数据，然后控制完成机器人运动；
3)障碍物传感器17数据采集，在有障碍物的时候保证机器人车体3停止预防冲撞；4)RFID数据采集，ID卡序列号读取后确定机器人位置；5)电源监控，控制各设备的上电顺序及监视电源的状态以及电池组的剩余电量。机器人主要有8种状态，分别为正常、运动、巡检、返回、充电、故障、异常和停止。如图6所示，下面分别说明这8中状态；正常是指机器人处于休息室停车休息，但是一切通信都很正常的状况；运动是指接收到调用机器人到达某一点的命令后，车体开始运动的状态；巡检是指车体响应调用到某一点命令后，机器人匹配到ID点停车的状态；异常是指机器人运动的时候遭遇障碍物后，停车。或者丢失导航线后原地巡线，或者响应到某一点时在到达指定点之前拾取到起始点ID。所有的异常都有保持时间,保持时间到后，或者转为故障，或者转为正常。异常都有对应的解除，如障碍物异常，障碍物消失后会继续工作。故障是指遇到一些极端情况或者被排定为极端情况的状况，需要人为到现场解除，并且将机器人人工移回到休息室，重新上电连接。返回是指机器人长时间非休息室停车后，自动回归到休息室的的动作状态，或者中途发现电量不足，返回到休息室。返回的实际地点只有休息室，到达休息室后的动作，可以是回归到正常，或者进入充电的近程对接。返回的途中由于是运动的，所以需要继续检测障碍物，有障碍物，停车，异常。充电是指打开充电开关，机器人等待充电结束的过程。停止是指响应停车命令，这是一个预留的急停命令，停车可以在导航线上的任何 位置。停车时间很长，或者发现电量不足，需要返回到休息室。如图7所示，机器人的自动巡检流程如下自动巡检的前提是事先在PC机上设定好了巡检时间即何时进行巡检，或者人为的触动了自动巡检。正常情况初始机器人处于正常状态，当PC机到达指定时间触发自动巡检工作，通知机器人第一个点的ID号，搭载设备层接受到PC机命令，发送给车体层第一个要达到的点的ID号，车体层开始运动，当读到ID号时，匹配是否是要到达的ID号，当匹配为指定ID号后停车，并等待搭载设备层查询车体状态，搭载设备层查询到车体进入查询状态，通知PC机机器人状态，等待进一步动作，PC即根据原先设好的在此ID号的巡检路径告知搭载设备层云台15走向。搭载设备层将控制云台15完成本点的所有位置检测，并将数据传输给PC机，搭载设备层向PC机确认本检测点所有位置检测完毕，PC机确认本点所有位置检测完毕后，通知机器人下一点ID号，搭载设备层接受到PC机命令，发送给车体层下一个要到达的点的ID号，车体层开始运动直到匹配到指定的ID号停车，进行新的巡检工作，如此继续直到一周巡检，PC机最终调用车体到达起始点。如图8所示，机器人的手动巡检流程如下手动巡检是指机器人处于休息室，机器人状态为正常，人为在PC机控制机器人到指定巡检点进行手动的巡检动作。初始状态机器人处于正常状态，当PC机触发手动巡检，通知机器人要到达的点的ID号，搭载设备层接收到PC机命令，发送给车体层目的的ID号，车体层开始运动，当读到ID号时，匹配是否是要到达的ID号，不匹配的话机器人继续行驶，当匹配为指定ID号后停车，并等待搭载设备层查询机器人状态，搭载设备层查询到车体进入巡检状态，通知PC机机器人状态，等待进一步的动作，此时PC机告知搭载设备层云台15走向，可以自动的也可以手动的控制云台15的动作，搭载设备层将控制云台15转动，完成PC机指定的所有动作，完成一次后等待PC机通知另一个手动巡检点，以此方式继续。当手动巡检人为结束后，手工调用机器人回到休息点，或者车体计时，超时后进入返回状态，自动返回休息点。如图9所示，机器人的充电流程如下初始状态机器人处于正常状态，当车体层监控到电源剩余电量到达一级阈值点时，搭载设备层查询到车体层电源电量不足，搭载设备层通知机器人去充电，记录状态，并向车体层发送去充电命令。这个流程没有自动充电的远程对接，只有近程对接。车体处于非休息点时，检测到电量不足，低于一级阈值点时，PC机不会控制车体去充电，需要完成指定的工作，或者等待电池电量低于二级阈值，这时候，车体层接收到去充电命令，或者车体层主动触发充电引导，导航设备协助引导自动充电设备对接开始充电，充电结束后，车体层控制脱离自动充电装置，并使机器人回归至正常状态，搭载设备层查询到新的机器人状态，然后通知PC机，PC机接触充电状态。如图10所示，机器人的自动导航过程如下机器人的自动导航主要是机器人运动的时候，需要调用的软件和硬件资源组成的一个闭环控制模块，此模块直接控制车体跟踪导航线，是机器人主要的结构。导航时默认给定为0，控制算法根据传感器采集来的信息，决策出车体此时的位姿，然后获得偏差，计算出左右电机的速度给定，通过电机的速度变化，去完成位姿更随。在车体设计时设计了通信超时停车功能，所以需要不断的给车体发送动作指令控制车体运动。机器人的信号融合与导航控制平台是作为机器人的核心存在的，其主要功能是接收来自搭载设备层的数据、完成命令指示的动作、管理机器人各子模块、实现机器人的导航算法软件封装。此层的硬件平台CPU选用三星公司的S3C6410X。S3C6410X是一个16/32位RISC微处理器，是韩国三星公司为移动电话和通用产品设计的低成本、低功耗、高性能的应用处理器方案。S3C6410X具有64/32位内部总线，由AXI/AHB/APB总线构成，为3G应该提供优良的硬件性能。S3C6410X含有多个强大的硬件加速器，非常适合音视频、2D图形、显示运算等应用。内部集成的MFC(多格式CODEC)支持MPEG4/H. 263/H. 264的编解码，这个硬件编解码器支持实时视频会议和电视输出(NTSC^PPAL制式)。3D图形引擎(3D图形硬件加速器)包含两个可编程着色器(顶点着色器vertexshader和象素着色器pixel shader)，能加速OpenGL ES I. 1&1. 2值染绘图。S3C6410X具有优化的外部存储器接口，以适应高端通信服务要求的高存储器带宽。存储器系统有两个外部存储器接口，其中DRAM接口可配置为支持Mobile DDR、DDR、Mobile SDRAM和 SDRAM，而 Flash/ROM接口支持NOR_Flash、NAND_Flash、CF和 ROM类型的外设。S3C6410X包含多种硬件外设，摄像头接口、24位真彩IXD控制器、4路UART、32路DMA、5 路 32 位定时器和 PWM、GPI0、AC97、HS、IIC、USB Host、高速 USB 0TG、3 路 SD/MMC 控制器等等。S3C6410X基于ARM1176JZF-S核，包括16KB指令和16KB数据Caches，16KB指令和16KB数据TCM，MMU以支持虚拟内存管理。ARMl176JZF-S支持JAVA加速。包含一个专门的矢量浮点协处理器，允许高效执行多种加密算法，诸如高品质3D图形应用。S3C6410X的工业标准特征支持多种工业标准操作系统。本实用新型的工作过程如下机器人默认停车在休息室，此时机器人状态为正常，当PC机发来到指定点巡检命令，机器人按照设定的路线自动行走(运动)，当RFID读头拾取到新RFID号，机器人判断是否是PC机指定的ID号，如果不是继续前进，如果是，在此点停车(巡检)。PC机和搭载红外设备完成完成视频服务器巡检动作，主要是检测传输红外热成像图像和可见光图像。巡检结束后，上位服务端通知机器人到达下一个巡检点ID，机器人继续行走(运动)，如此完成一个基本流程的流程。在运动过程中，障碍物传感器17拾取前方障碍物信息，当有障碍物的时候立即停车(障碍物异常)，开始计时，在指定的时间内障碍物消失，解除障碍物异常，机器人继续行走，如果超时，则障碍物报警，通知PC端，需要人员到现场排查问题，手工移除障碍物。如图11所示，在实际现场，变电站从现场上是分为高压区和非高压区的，非高压区的活动限制很少，但是进入高压区域需要相关负责人和部门的同意。机器人工作在高压区域，PC机工作在非高压区，中间的通信是靠电台来保证的。电台分为两端，一端是安装在变电站中心大楼顶上，需要做好防雷、防水处理。电台通过网线与机房中的PC机相连。电 台的另一端是搭载在机器人身上的，通过网线与视频服务器连接，其中天线是吸附在机器人外表壳的。其中的黑线为机器人的工作路径。小三角标志为设置的停车点。大部分时间机器人是在这个休息室中休息，使用可见光图像监视记录高压区进出人员，同时机器人的自动充电外接设备也置于这个休息室中。当工作时间到达后，PC机指挥机器人自动巡检，机器人出动，完成巡检任务，然后最终回到休息室。
权利要求1.热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，它由基站和机器人构成； 基站为位于机房内的PC机，机房位于非高压区； 机器人的结构如下云台(15)通过支架⑷安装在机器人车体(3)上，控制盒⑶中装有视觉采集与处理平台、信号融合与导航控制平台、车体管理模块、和电台，位于控制盒(8)后面的电台天线(16)吸附在机器人上，电台天线(16)的引线接入控制盒⑶中；电台通过网线与红外可见光双路视频服务器连接；机器人车体(3)位于机器人底部；两个充电对节点(18)为机器人车体(3)后端；电源管理模块是采集电池端电压，提供给系统决策是否需要充电； 红外可见光双路视频服务器、红外热成像仪和可见光摄像头集成在云台(15)上方的机箱内； 视觉传感器(5)安装于感官盒(2)内，智能补光控制电路在感官盒(2)内部左侧固定，光照強度传感器(6)和白光光源(7)安装在感官盒(2)前表面；感官盒(2)位于机器人的前部；在感官盒(2)正面顶部安装有四个障碍物传感器(17);在感官盒(2)下面安装RFID读头， 电磁位置传感器固定于机器人底盘上，第I电感线圈(9)和第2电感线圈(14)距离地面(10)的高度均为50_ ;单片机、第I电感线圈和第2电感线圈一起封装在电磁位置传感器盒体内，单片机位于电磁位置传感器盒体的中间位置，第I电感线圈和第2电感线圈位于电磁位置传感器盒体的两端； 智能补光控制电路分别连接光照強度传感器(6)、白光光源(7)和信号融合与导航控制平台，视觉采集与处理平台连接视觉传感器(5)，并通过RS485总线(I)连接信号融合与导航控制平台，黄色导航线(13)位于路面上；在路面下方铺设诱导导航线(12)，诱导导航线(12)为BV塑料铜芯电线，诱导导航线(12)两端与电磁信号发生器相连构成通路，电磁信号发生器提供频率为20KHz、电流为30. OmA的正弦波信号或脉冲信号，使诱导导航线(12)周围产生磁场； 自动充电装置位于休息室内，自动充电装置上有对节点。
2.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，所述控制盒(8)位于机器人中后部；所述机器人车体(3)采用履带式结构； 所述四个障碍物传感器(17)在水平方向上排成一列； 所述障碍物传感器(17)为红外反射式避障传感器。
3.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在干，I-N个结构相同的电磁位置传感器的结构如下单片机分别连接第I电感线圈(9)和第2电感线圈(14)，单片机通过RS485总线(I)连接信号融合与导航控制平台。
4.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，所述视觉传感器(5)为CMOS摄像机或CCD摄像机。
5.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，所述视觉采集与处理平台为DSP平台，其型号为TMS320DM642 ； 所述信号融合与导航控制平台为S3C6410芯片； 所述单片机的型号为MSP430F161 I。
6.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，所述黄色导航线(13)和诱导导航线(12)在竖直方向上重叠； 所述黄色导航线(13)通过黄色油漆铺设而成； 所述诱导导航线(12)周围套有地底PVC保护管道(11)，诱导导航线(12)与地面(10)的垂直距离为20mm ； 所述电磁信号发生器置于车外，安装在休息室墙壁上。
7.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，所述光照强度传感器(6)的型号为BH1620 ； 所述白光光源⑵为暖白色LED灯，其功率为3W。
8.根据权利要求I所述的热像测温与故障定位巡检机器人系统，其特征在于，所述休息室位于位于变电设备配备区，变电设备配备区和非高压区之间安装有高压区隔离门，在变电站中心大楼顶上安装有电台，该电台通过网线与机房中的PC机连接。
专利摘要本实用新型公开了属于自动检测与控制技术领域的热像测温与故障定位巡检机器人系统。它由基站和机器人构成；机器人包括车体层和搭载设备层。本实用新型的有益效果为1)设备利用率高； 2)综合成本低；3)整体功耗小；4)施工难度低，施工周期快，施工流程更安全；5)可以做到基本无人值守的巡检；6)操作多样化；7)采用后置式的自动充电装置，结构简单，成本更低；8)可以适应全年，全天候，连续室外工作；9)信号融合与导航控制平台选用功耗更低的嵌入式ARM11平台；视觉导航使用DSP平台处理图像，功耗更低；系统从整体到各模块大量使用嵌入式CPU取代常规的工控机设备，模块化更强，成本更低。
文档编号H02B3/00GK202586115SQ20122015325
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者王库, 贾稼, 周文球, 魏玉虎, 管一, 吴忠山, 王德龙, 殷晶晶, 黄天乐 申请人:中国农业大学, 山西省电力公司忻州供电分公司