输变电设备机器人智能巡检技术

前言
第 1 章 概述 1
1.1 电网巡检模式简介 1
1.2 输变电设备对智能巡检的需求 2
1.3 巡检机器人技术发展现状与趋势 3
1.3.1 输电线路巡检机器人 3
1.3.2 变电站巡检机器人 5
1.4 本书主要内容 6
第 2 章 架空输电线路机器人巡检方法 8
2.1 机器人巡检问题分析 8
2.2 机器人行驶路径的选择 8
2.3 机器人巡检模式 9
第 3 章 架空输电线路机器人巡检系统 12
3.1 机器人巡检系统 12
3.2 机器人行驶路径设计 13
3.2.1 穿越越障机器人 13
3.2.2 跨越越障机器人 17
3.3 机器人本体设备 18
3.3.1 穿越越障机器人 18
3.3.2 跨越越障机器人 24
3.4 地面监控基站 29
3.5 塔上充电装置 30
3.6 自动上下线装置 32
3.6.1 工作原理 32
3.6.2 装置总体结构 33
3.6.3 装置各部分组成 33
3.6.4 装置安装 36
3.6.5 试验验证 38
3.7 任务载荷系统 40
3.7.1 任务载荷选型及集成 40
3.7.2 试验验证 45
第 4 章 输电线路机器人视觉检测定位技术 50
4.1 机器人视觉系统及其伺服控制机构 50
4.2 常规和异形障碍物的视觉检测定位 51
4.2.1 检测思路 51
4.2.2 检测方法 51
4.3 手眼视觉模型及控制设计 59
4.3.1 手眼视觉模型 59
4.3.2 伺服控制设计 60
4.3.3 机器人自主找线流程 60
4.3.4 试验验证与评估 62
第 5 章 输电线路机器人能耗预测技术 64
5.1 机器人能耗预测方案 64
5.2 机器人锂电池剩余电量估计 64
5.2.1 负载电压法 64
5.2.2 电池放电实验 65
5.3 线路工况、 机器人构型及巡检规划 67
5.4 基于线路工况的能耗模型及续航预测 70
5.4.1 机器人静态能耗 70
5.4.2 机器人动态能耗 70
5.4.3 机器人总能耗 75
5.4.4 续航里程估计 75
5.4.5 能耗预测软件 75
第 6 章 输电线路机器人风载检测及控制技术 76
6.1 风载荷及其对机器人姿态的影响 76
6.2 机器人姿态检测与巡检作业控制 77
6.3 风载试验验证 79
第 7 章 输电线路机器人全自主巡检技术 81
7.1 机器人自主定位 81
7.2 机器人自主巡检 85
7.2.1 巡检作业对象 85
7.2.2 巡检作业内容 86
7.2.3 巡检作业方法和流程 86
7.3 机器人自主越障 89
7.3.1 自主越障规划 89
7.3.2 面向对象的控制系统设计 90
7.4 机器人自主运行 93
7.5 机器人与地面基站自主交互 95
7.6 机器人自主故障诊断与复位 97
第 8 章 输电线路机器人软件系统设计 100
8.1 软件开发平台 100
8.2 机器人本体软件 102
8.3 人机交互平台 104
8.3.1 机器人运动交互控制系统 104
8.3.2 机器人视觉交互控制系统 106
8.3.3 太阳能充电控制系统 106
8.4 巡检数据分析管理系统 107
8.4.1 系统结构 107
8.4.2 系统设计 108
8.4.3 系统实现 110
第 9 章 架空输电线路机器人性能检测 113
9.1 检测目的 113
9.2 检测对象 113
9.3 检测项目与方案 114
9.3.1 电磁兼容性能试验 116
9.3.2 气候（ 环境） 防护性能试验 119
9.3.3 风载试验 121
9.3.4 淋雨试验 122
9.3.5 整机振动试验 122
9.3.6 运输振动试验 123
9.4 检测结果与评价 124
9.4.1 检测评价方法 124
9.4.2 检测评价标准 126
9.4.3 检测评价结果 127
第 10 章 架空输电线路机器人巡检应用 128
10.1 机器人巡检系统实用化要求 128
10.1.1 巡检系统组成及功能要求 128
10.1.2 机器人功能及性能要求 128
10.1.3 地面监控基站要求 130
10.1.4 巡检数据管理系统要求 130
10.1.5 自 动上下线装置要求 131
10.1.6 塔上充电装置要求 131
10.2 机器人巡检应用技术规范 131
10.2.1 巡检方式 131
10.2.2 巡检作业要求 132
10.2.3 巡检作业流程 134
10.3 示范应用情况 135
第 11 章 变电站机器人巡检系统 138
11.1 巡检系统组成 138
11.2 机器人本体 139
11.2.1 外形结构部件 139
11.2.2 运动控制系统 139
11.2.3 供电系统 142
11.2.4 传感器系统 143
11.2.5 导航系统 146
11.3 充电系统 146
11.4 无线传输系统 147
11.5 本地监控后台 147
11.5.1 硬件设计 148
11.5.2 软件设计 148
11.6 环境适应性 153
第 12 章 变电站机器人智能巡检技术 155
12.1 组合导航技术 155
12.1.1 技术原理 155
12.1.2 实现方法 155
12.2 基于特征地图的定位技术 158
12.2.1 技术原理 158
12.2.2 实现方法 158
12.2.3 应用效果 161
12.3 红外与数字地图辅助导航 162
12.3.1 技术原理 162
12.3.2 实现方法 162
12.3.3 应用效果 164
12.4 基于立体视觉的机器人辅助定位 164
12.5 任务路径规划 166
12.5.1 技术原理 166
12.5.2 实现方法 166
12.5.3 应用效果 170
12.6 可见光检测及模式识别 171
12.6.1 技术原理 171
12.6.2 实现方法 171
12.7 仪表定位 173
12.7.1 技术原理 173
12.7.2 实现方法 174
12.7.3 应用效果 177
12.8 红外热像检测 178
12.8.1 技术原理 178
12.8.2 实现方法 178
12.9 基于立体视觉和红外热像的设备提取 180
12.9.1 技术原理 180
12.9.2 实现方法 180
12.9.3 应用效果 183
12.10 声音检测及诊断 183
12.10.1 技术原理 183
12.10.2 实现方法 184
12.10.3 检验测试 186
12.11 机器人自动充电 188
12.11.1 技术原理 188
12.11.2 实现方法 188
12.12 充电房自动控制 189
12.12.1 自 动门控制 189
12.12.2 自 动充电控制 190
第 13 章 变电站机器人巡检应用工程实施 191
13.1 现场勘查 191
13.2 任务规划 191
13.3 设备安装 191
13.4 巡检准备工作 193
13.5 工程实施计划 195
13.6 应用调试流程 195
第 14 章 变电站机器人巡检应用实践 196
14.1 红外检测电流致热型发热缺陷 196
14.1.1 单相绝对温度测量 196
14.1.2 相间温度对比测量 199
14.1.3 HGIS 站 SF 6 罐体测温 200
14.2 可见光检测开关分合闸状态 201
14.2.1 刀闸开合状态识别 201
14.2.2 开关分合状态识别 202
14.3 可见光检测表计读数 203
14.3.1 SF 6 气压表 203
14.3.2 避雷器泄漏电流表 205
14.3.3 指针式避雷器计数器 206
14.3.4 数字式避雷器计数器 207
14.3.5 油位表 207
14.4 人工辅助诊断 209
14.4.1 红外检测电压致热型缺陷 209
14.4.2 可见光检测设备外观缺陷 209
14.5 音频检测设备异常振动或噪声 214
14.6 巡检应用中发现问题及改进 215
第 15 章 总结与展望 218
参考文献 220