第一篇：巡檢機器人的調研報告

上海電力學院

關于巡檢機器人的調研報告

院（系部）自動化工程學院 專業名稱: 電 機 與 電 器 學生姓名: 楊 雪 瑩 導 師: 薛陽

2013年12月

目錄 巡檢機器人的發展狀況......................................................................................1 2 巡檢機器人的應用..............................................................................................3

2.1 高壓線路巡檢機器人...............................................................................3

2.2.1 機器人仿真....................................................................................4 2.2.2 巡檢機器人越障............................................................................5 2.2 變電站巡檢機器人...................................................................................7 2.3 校園巡邏機器人.......................................................................................8 3 總結....................................................................................................................11 參考文獻................................................................................................................12

巡檢機器人的調研報告 巡檢機器人的發展狀況

目前巡檢機器人已在多個領域中應用，它的智能化推動著它在應用領域的市場前景將是越來越廣，尤其是在電力行業。它在多種場合發揮著作用，如變電站，高壓線路中等等。

2013年12月9號中山供電局經過三個多月的試運行，該局將“智能巡檢機器人”正式投入到500千伏桂山巡維中心使用，開創南方電網公司首例無軌化設備巡視工作。傳統的機器人需要鋪設類似于火車軌道那樣的磁軌，機器人就只能沿著磁軌作運動。而最新投入使用的機器人實現了無軌化運作，不需要鋪設任何軌道，也無需進行任何基建工程，機器人就可以直接在日常的路面上運作，既省下基建施工的時間，又節約了投入成本。憑靠機器人配備的四驅越野底盤，還可以爬上30度的陡坡。該機器人上配備了激光掃描設備，可將站內的設備位置，道路掃描為地圖，我們在后臺為它規劃好巡視路徑后，它就可以按照指示去工作了。

機器人巡線最大的優點則是，無論白天黑夜還是刮風下雨，它都可以在沒有人看管的情況下能自動自覺并出色完成一般日常巡視所包含的工作內容。這樣一來，機器人不但減輕了工作量，而且在遇到嚴重故障或者惡劣天氣時，它還可以降低工作人員的安全風險。

智能機器人還具有自動續航功能，當蓄電池電量低于設定值時，它將自動駛入存放室進行充電。據悉，中山供電局通過對智能巡檢機器人進行了三個月的試用，已經收到不錯的成效。此次正式投入使用，在南方電網公司尚屬首例。

2013年11月11日上午，在國家知識產權局與世界知識產權組織舉辦的第十五屆中國專利獎頒獎大會上，由國網山東電力科學研究院申報的外觀專利“變電站巡檢機器人”榮獲外觀專利金獎，成為5個金獎之一。這是國家電網公司歷史上獲得的第一個中國外觀專利金獎，也是中國電力行業惟一當選的金獎。

變電站巡檢機器人能夠全天候全方位全自主對變電站設備進行無人值守巡檢,從而代替繁重的變電站設備人工巡檢,提高了變電站巡檢的自動化、智能化水平,確保了智能電網的安全可靠運行。

該變電站巡檢機器人產品外殼采用無污染、抗沖擊、高絕緣的ABS樹脂材料，具有較好的環保性和安全性；產品外觀采用了“仿人”化創新性設計，整體顏色融合變電站“環境”因素，同時配以紅色的機器人頸部繞圈與多色的告警指示燈 1

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點綴，使得整體設計簡約而富有活力。該產品控制系統具有過流過壓充放電保護、待機低功耗、遠程喚醒等功能，具有較好的節能性和經濟性。變電站智能巡檢機器人的專利群，包括10項核心發明專利，33項外圍專利。

目前，國內已經投用的57臺變電站巡檢機器人。傳統的變電站值班員進行人工巡檢，受人員的生理、心理素質、責任心、外部工作環境、技能技術水平等影響較大，存在漏巡，缺陷漏發現的可能性，并存在較大的巡視過程風險，巡視效率低下。貴州省凱里供電局研制的變電站智能巡檢機器人，根據操作人員在基站的任務操作或預先設定任務，操作人員只需通過后臺基站計算機收到的實時數據、圖像等信息，即可完成變電站的設備巡視工作，從而代替人工巡檢。

圖1 智能機器人在巡檢變電站

巡檢機器人的調研報告 巡檢機器人的應用

當前，機器人在電力系統得到了越來越廣泛的應用，其中用于無人值守變電站設備巡檢機器人對高壓設備檢測的關鍵技術之一是給機器人的運動控制系統提供連續、實時、精確的位置、航向等導航信息，使其沿預定的路徑行駛并完成檢測任務。機器人有多種導航方式，這些導航方式各有其特點，適用于不同的應用環境，其中GPS/DR組合導航系統是一種較為成熟的導航方法，已經廣泛應用于陸地車輛（裝甲戰車、軌道列車等）組合導航系統中。

2.1 高壓線路巡檢機器人

高壓輸電線路是電力傳輸的主要途徑，對輸電線路定期巡檢，及時發現和消除隱患，預防重大事故，對電力系統有重要意義。傳統巡檢方法主要有人工目測法和直升機航測法。人工巡線費用低廉但效率低，復巡周期長，且由于地理環境因素存在巡檢盲區，巡檢數據準確率也不高；直升機航巡效率較高，但存在飛行安全隱患且費用極其昂貴。針對這些缺陷，高壓巡線機器人應運而生。機器人巡線具有近距離、高精度特點，不存在巡檢盲區，巡檢費用相對于直升機低廉很多，因此已成為特種機器領域的研究熱點。

從20世紀80年代末開始，日本、美國、加拿大等國在巡線機器人領域的研究先后展開。1988年，東京電力公司的Jun Sawada等人研制了光纖復合架空地線巡線移動機器人。該機器人可以借助導軌越塔，但總重達100kg，并且不能爬30度以上斜坡，所以無法廣泛應用。1999年，美國TRC公司研制了一臺懸臂自治巡線機器人原型。但這種機器人仍然無法攀爬30度以上斜坡。2000年，加拿大魁北克水電研究院的Montambault等人研制了一臺HQ LineROVer遙控小車。這種遙控小車非常輕便，但沒有越障能力，只能在兩塔之間工作。1991年，Hisato Kobayashi 等設計了一種具有防震構造的自治分散控制機器人。1998年Jaydev P Desai 等人給出了一種光纖架空地線機器人設計，之后泰國的S．Peungsungwa1 等也設計了一種應用紅外探測技術、具有視覺導航能力的巡線機器人。但這些巡 線機器人都存在功耗過高或只能跨越特定類型障礙等種種問題。

國內巡線機器人的研究始于20世紀90年代末。2002年，武漢大學吳功平等研制成功具有沿220kV單分裂導線全程線路行駛和作業的巡檢機器人樣機，并在

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機器人機構、電能在線補給、機器人局部自治和系統與技術集成等關鍵技術上取得了實質性突破。2006年，中國科學院沈陽自動化研究所研制出的超高壓輸電線路巡檢機器人在東遼二線上成功完成了沿線行走，但沒有越障能力。翌年，沈陽自動化研究所的王魯單等完成了巡線機器人越障控制研究，實現了巡線機器人沿線行走及跨越障礙的功能。

綜合來說，國內外對于高壓巡線機器人的研究大多處于實驗階段，但巡線機器人由于其控制簡單，成本適中，自動化程度高等特點，正在向實用化迅速發展，是巡線技術的總體發展方向。利用仿真技術建立機器人虛擬樣機模型，對機器人進行動力分析、運動分析等，有助于提高機器人本體設計的質量和效率。

2.2.1 機器人仿真

合肥供電公司肥西公司針對高壓輸電線路巡檢工作，闡述了一種巡線機器人作業方案。根據該方案，利用三維動畫軟件3DS MAX 建立了該機器人的虛擬模型，并對巡線機器人越障動作重點進行了可視化仿真，模擬機器人爬行及越障的實際運動狀態。通過模擬和分析，驗證了機器人設計方案的合理性。

仿真技術應用于機器人，國內從80年代后期才開始這一方面的研究工作。清華大學、浙江大學、沈陽自動化研究所及上海交通大學等做了起步工作，取得了一定成果。南京理工大學于1994年用C語言開發ROBGSS．ROLOPS系統，逐漸形成了較完善的機器人仿真系統。劉又午教授等人針對由底座、大臂、小臂和3個腕關節構成，且每個關節皆為圓柱鉸接，只有1個分支，共計6個自由度的典型機器人多體系統，對程序進行了簡化，開發出工業機器人動力學分析專用程序。中國農業大學周一鳴教授等引入GMCADS符號體系，建立了機構的數學模型，進而采用哈密爾頓正則方程進行機構動力學分析，開發了GMCADS廣義機構計算機輔助設計系統。但是，國內的軟件都只停留在實驗室中，離軟件商品化還有很大距離。

機器人計算機仿真具有以下意義：

(1)對設計思想進行開發初期的驗證和評價，包括對各種方案的運動學及動力學特性進行評估;(2)為機器人的精確控制建立動力學模型并提供參考依據;(3)對機器人進行產品最終設計上的性能檢查，包括機器人能否按計劃完成目標，同時評價其運行狀況;

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(4)產品最終性能跟蹤、故障預測、診斷等需要有效的仿真模型輔助。

圖2.1機器人越障動畫(部分動作)2.2.2巡檢機器人越障

上海大學機電工程與自動化學院根據500kV超高壓架空輸電線路的結構及障礙特點，設計多傳感器、多驅動器巡檢機器人越障控制方案，提出采用多傳感器二次定位方法實現巡檢機器人越障時的空間定位。闡述系統的結構和越障原理，通過線下模擬實驗環境，不斷測試生成合理的知識庫，實際越障時根據實測信號自動調用知識庫完成自主越障動作。實驗結果表明：傳感器工作可靠，知識庫和空間定位方法設計合理，巡檢機器人能高效、快速、高精度地完成巡檢及越障任務。

機器人自主跨越架空線上的障礙物是巡檢機器人研究中的關鍵內容。作者針對巡檢機器人越障軌跡的要求，完成對控制系統整體的設計及優化；根據機器人的工作環境和作業內容，通過人機交互界面，在模擬環境中摸索出所需要的翻越各種障礙物的動作組合，完成知識庫的建立和修改；分析巡檢機器人跨越障礙原理，針對越障過程中手臂上線時空間定位這一難點，提出采用多傳感器二次定位的方法，其優點是節省手臂上線時間，提高空間定位的準確性。

在這篇文章中，機器人的控制系統實行分級控制，即遠程管理主機控制系統和機器人本體控制系統，機器人本體控制系統包括機器人本體主控機和執行層。5

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控制系統的組成結構如圖2.2所示。

圖2.2控制系統組成結構

中國科學院沈陽自動化研究所機器人學開放實驗室和中國科學院研究生院聯合分析出了一種改進的超高壓輸電線路巡檢機器人越障方法。文章中介紹了一種新型的超高壓輸電線路巡檢機器人，闡述了分階段的控制策略。主要針對越障的工程實際問題，從理論上分析了越障階段的難點：質心調節，輸電線的辨識與定位問題。進行了仿真和試驗,驗證了控制策略和理論分析的正確性。

越障是巡檢機器人典型的工程實際問題，也是巡檢機器人研究的關鍵之一。輪臂復合機構能夠提供伸縮和旋轉配合，使得機器人具有跨越障礙的能力。分階段控制策略分解了越障的運動過程，降低了編程難度。根據工程實際，詳細分析了越障階段的難點：質心調節、辨識和定位問題。根據實驗環境的實際情況，進行了實驗算例的參數分析和越障運動過程的仿真，驗證了控制策略和理論分析的正確性。

在初步的實驗室實驗中，遇到由于慣性造成的機器人旋轉角度過大、多次重復辨識定位才能正確上線等問題，解決方法還在研究中。

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圖2.3 越障流程仿真

2.2 變電站巡檢機器人

隨著科技進步和電力體制改革的不斷發展，以“信息化、數字化、自動化、互動化”為特征的智能電網建設逐漸深入。為保證變電站設備的安全可靠運行，更好更快地推進變電站無人值守進程，變電站巡檢機器人部分替代人工巡檢已經成為一種趨勢。傳統的變電站巡視主要是通過人工方式，綜合運用感官以及一些配套的檢測儀器對變電設備進行以簡單定性判斷為主的檢查，該方式存在勞動強度大，檢測質量分散，主觀因素多，巡檢不到位難以監控，巡檢結果數字化不便等缺陷，不符合智能電網的發展方向。變電站巡檢機器人集成最新的機電一體化和信息化技術，采用自主或遙控方式，部分替代人對變電站室外設備進行可見光、紅外、聲音等檢測，對巡檢數據進行對比和趨勢分析，及時發現電網運行的事故隱患和故障先兆，如：異物、損傷、發熱和漏油等。巡檢機器人為提高變電站的數字化程度和全方位監控的自動化水平，確保設備安全可靠運行發揮了重要作用。

山東魯能智能技術有限公司和浙江省電力公司嘉興電力局，共同研究了變電站巡檢機器人檢測及控制系統，并發表了論文。文章針對全天候、強電磁等復雜背景下，要求變電站巡檢機器人適應性強、可靠性高、控制靈活及檢測結果準確等因素，介紹一種抗干擾能力強、實用化程度高、完全自主運行，能夠滿足變電站設備巡檢要求的機器人檢測及控制系統，主要包括導航定位及運動控制系統、7

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電源管理系統、云臺控制系統、圖像及聲音檢測系統。檢測及控制系統是機器人的重要組成部分，為巡檢機器人長期自主運行提供了有力支持。

1）導航定位及運動控制系統

變電站巡檢機器人導航定位原理如圖2.4所示，機器人采用磁導航，由安裝于機器人前部的磁傳感器組檢測機器人相對于磁軌跡的偏移，從而引導機器人沿預定路線運行。其主要優點是導引原理簡單而可靠，導航定位精度高并且重復性好，抗干擾能力強，缺點是磁軌跡鋪設工作量大，地面處理工作量大，路徑靈活性差。機器人依靠RFID標簽定位，定位精度較高，可達厘米級。

圖2.4 導航定位原理示意圖

2）云臺控制系統

變電站巡檢機器人按照規劃路線運行至檢測點后，調用云臺的預置位功能，云臺帶動可見光攝像機、紅外熱像儀等檢測設備對準待檢電力設備。云臺性能直接影響可見光、紅外圖像質量。本文對云臺本體采用模塊化設計，結構緊湊堅固，齒輪間隙小于0.1°具有IP67防護等級。云臺控制系統結構包含直流伺服電機、角度傳感器、硬件限位和云臺控制板，它們分別負責云臺水平和垂直運動時的驅動、位置反饋、行程保護和系統控制。

2.3 校園巡邏機器人

巡檢機器人作為服務機器人的一種，是隨著近年來社會經濟的發展，超級商場、機場、車站、會展中心及物流倉庫等大型人流、物流場所規模和數量不斷擴大，保安自動化需求日趨迫切這一環境下而催生的一種新型機器人。采用巡檢機器人進行定時、定點監控巡邏或不間斷流動巡邏將是解決當前情況的一種可行方案。巡邏機器人是一個集環境感知、路線規劃、動態決策、行為控制以及報警裝 8

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置于一體的多功能綜合系統。將機器人用于保安工作，具有廣闊的應用前景，近年來已受到國內外的重視，成為服務機器人的一個新研究方向。

山東大學的一名研究生在2013年5月發表的碩士論文中提到了校園巡邏機器人定位與避障技術研究。文章針對校園環境下移動機器人的定位與避障技術展開研究,并取得了一定成果，具體研究內容如下：

(1)針對校園環境范圍大、結構簡單的特點，結合RFID傳感器信息傳遞功能，提出一種大范圍拓撲環境學習與建模新方法。根據校園環境上下文信息需求，設計RFID標簽格式，指導機器人進行環境學習，且以標簽的分布代表環境整體結構，由標簽內容傳遞導航任務，由此構建環境模型。

(2)針對激光數據存在噪聲干擾的問題，設計了一種動態自適應中值濾波方法，利用激光數據時間和空間上的相關性，剔除噪聲干擾，平滑激光數據。

(3)根據校園道路特點，采用激光傳感器利用路沿高度區分路面區域，完成機器人定位，并針對單一傳感器無法可靠定位的問題，提出了基于擴展卡爾曼濾波的激光與慣導模塊角度信息融合方法，大大提高了機器人直道定位的精度和可靠性。在路口區域，使用RFID、激光、慣導模塊與里程計相互配合，彌補缺陷,保證了路口區域機器人的定位精度。

(4)為保障機器人安全巡邏，在總結常用避障策略的基礎上，提出一種新的角度勢場法，將機器人所處環境的勢場力轉化到角度信息上，通過綜合分析各角度的可通行性，得出機器人最佳方向選擇。同時針對傳統障礙檢測方法的不足，采用傾斜向下安裝的激光檢測一個傾斜面，兼顧機器人前方與激光位置下方區域，獲得更好的檢測效果。

圖2.5 機器人發現障礙

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圖2.6 機器人選擇通行方向

視覺作為機器人定位的常用方法，能夠提供豐富、準確的環境信息，且設備價格低廉，易于安裝使用，因此，視覺定位一直是機器人定位問題研究的熱點。視覺定位通過分析采集的圖像，從中提取出能夠提供定位信息的人工地標或自然地標信息，從而完成對機器人的定位。邱波等通過視覺檢測導航線及定位路標,實現了機器人在變電站的無人巡檢。Saeedi等人提出了一種通過提取閣像特征的兩步特征跟蹤算法，并通過卡爾曼濾波提高了環境特征和移動本體的位賞估計精度，取得了較好的效果。對于完全非結構化的環景，Yang Cheng等設計的三維立體視覺定位方法在“機遇”號火里車上得到了成功應用。雖然視覺定位取得了廣泛的應用，但視覺定位算法復雜,定位的實時性較差，且受環境中光照、尺度及部分遮擋等因素的影響較大，這都會對圖像信息的理解和分析帶來較大的困難。

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3總結

通過對巡檢機器人的調研，我了解到巡檢機器人運行在一些行業中發揮了很大的作用。目前各電力公司（尤其是山東省電力供電局）和研究所以及部分大學的人員均對它進行了深入的研究和探討。本文主要對高壓線巡檢機器人、變電站巡檢機器人和校園巡檢機器人分別進行了調查和研究，從中知道他們在不同運行環境下擁有不同的功能以及相似的工作原理。

巡檢機器人在最近的幾年內一定會迅速發展，這已是不爭的事實。但是如何在目前的基礎和技術進一步完善，以及繼續發開出新的功能是科研人員下一步的目標和動力。11

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參考文獻

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第二篇：工業機器人調研報告

調研報告

一、本課題的來源及意義

本課題研究的是直角坐標電力控制機械手升降、伸縮部分的設計。機械手是機器人的一個重要組成部分，它是隨著機器人技術和傳感器技術的不斷成熟而不斷發展的。而機器人在現代生產中應用日益廣泛，作用越來越重要，工業機械手尤其如此，因此設計實用高效的機械手對于機械設計者來說是個富有意義和挑戰的課題。

通常機械手由多自由度機械臂和末端夾持器組成。機械手通過多自由度機械臂的姿態調整和末端夾持器的動作完成操作任務。球坐標機械手突出特點是具有較強的機動性、靈活性，機構承載能力強，具有較好的通用性，重復定位精度高，動作速度快，能夠成功的應用于包裝、上下料以及工業生產等廣泛領域；而電力控制中步進電機可直接實現數字控制，控制結構簡單，控制性能好，通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制，位置誤差不會累積；在機器人中，機械手起著連接和承受外力的作用，機械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能影響很大。綜上所述，設計球坐標步進電機驅動的機械手是個很有意義的課題。

二、國內外發展狀況

專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的年代。通用機械手的應用和發展又促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用了一些電子技術、電視技術、通信技術、計算技術無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視。幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷修改，品種在不斷增加，應用領域也在不斷擴大。

早在20世紀40年代，隨著原子能工業的發展，以出現了模擬關節式的第一代機械手。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數控示教再現型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。

1968～1970年，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，使第二代機械手這一新技術進入了應用階段，70年代機械手可以說是處于技術發展階段。

80年代以來，國際機械手的發展速度平均保持在25%～30%的年增長率（其中1986、1987、1993、1994年略低，無增長）。如此高的增長率有其深刻的社

會背景。首先，60年代末70年代初，由于世界石油價格的沖擊，國際競爭加劇，產品更新換代的速度也越來越快，致使30年代～50年代逐步建立起來的單一產品的大規模生產流水線上遇上了在改變產品品種是，原有的單一產品專用生產裝置改變的困難（時間、投資、停產等）以及如何實現多品種、中小批量或混流生產的自動化難題。為此，“柔性生產”的概念及其試驗性的設計就誕生了。這些因素都促進了機械手的高速發展。

我國機械手起步較晚,經過30多年的發展。我國機器手的研究，有了長足的發展，有的方面已達到了世界先進水平。但與先進的國家相比，還有很大距離，從總體上看，我國機器手的研究仍然任重道遠。

三、本課題研究目標和內容 本文研究的直角坐標電液控制機械手升降伸縮部分的設計，包括機械結構方案的確定，電動機控制系統的確定（設計選型和校核），編制PLC梯形圖，繪制I/O端子接線圖，控制系統原理圖，驅動電路原理圖，升降及伸縮機構零件圖和裝配圖。（任務量為3張零號圖紙）目標是希望通過本課題，能鞏固和加強專業基本理論知識，理解機械手的功能、組成及工作原理，研究步進電機的性能，熟悉以PLC為核心的編程與控制裝置應具備的基本功能，掌握整個機電一體會系統的設計思想和具體方法；同時訓練專業基本技能，提高自己查閱資料，獨立分析問題和解決問題的能力，為以后深造研究打下良好基礎。

四、本課題研究的方法和手段 研究方法：主要是搜索相關文獻，包括圖書館電子資源CNKI學術網絡總庫，Springer link電子期刊，專業圖書上課筆記，以及機器人等期刊，網上的豆丁網以及百度文庫中的許多論文和專利；通過對已有產品的分析，對信息進行分類和整理，作為依據，確定在我的機械手設計中相應的參數，并對其進行改進和提高。研究手段：首先是前期準備，收集相關資料，查閱中外文獻，請教老師和同學；同時學習使用AutoCAD軟件。然后進行機械手的總體設計包括機械手俯仰伸縮機械結構方案的確定，機械傳動部分的結構，繼而進行電力驅動部分選型和計算，分析工藝流程，繪制PLC的端子接線圖和控制圖，最后編寫論文。努力在老師的指導下，定期完成工作任務。

五、本課題可行性分析和已具備的實驗條件

已具備的條件：

我國的機器人研究始于70年代。經過近20年努力，特別是經過“七11.”攻關、“ 863”計劃，取得了一批重要成果，已經系統掌握了機器人控制系統硬件設計、軟件設計、機器人語言等技術。就全國來說，目前我國機器人研究開發工作做得較好的地區是:以中科院沈陽自動化研究所為首的東北地區機器人工程中心，以機電部廣州機床所為龍頭的華南地區的機器人工程中心。而各工程中心_L作的側重點又有所不同:東北地區以特種機器人、水下機器人開發為L,華北地區以噴漆Y1lt人、焊接機器人開發為主，華東地區以搬運機器人、裝配機器人、移動機器人開發為主。

我國的高等院校，如長沙國防科技大學、上海交通大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業大學等在步行機器人、精密裝配機器人及7自由度機器人研制等前沿領域內也做出了可喜的成績，有了相當的基礎。

通過調研，我知道直角坐標型機器人能夠在空間中的任意兩點距離中移動，所以能夠抓取離地面較高，或者中間有障礙的工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比等。為了在X軸和Y軸的自由移動，可以滾珠絲杠與螺母相連接完成旋轉便直線的運動，通過行星齒輪減速機可以使機器人運轉更穩使控制更精確。通過交流伺服電機的閉環反饋能達到相當高的精度要求。

該機械手的基本技術參數如下： 水平橫梁：3500mm,50mm/s 豎直大臂：1500mm,50mm/s 負載重量：200Kg；

驅動方式：交流伺服電機驅動 樣式如圖1-1

圖1-1 直角坐標機械手

六、進度安排

第一周：獲得設計題目，制定畢業設計進度計劃；查閱相關資料；著手進行外文

翻譯。

第二周：通過實地調查研究和查閱相關資料，完成實習（調研）報告；完成外文翻譯，并對其進行完善。

第三周：對機械手相關知識，軟件進行學習和準備工作。第四周：選定傳動機構，確定機械手整體機械結構部分。第五周：計算選定結構的參數和精度，并著手畫AutoCAD圖。第六周：確定具體的細節結構，著手畫裝配圖。

第七周：對相關的電機進行選型，查閱在實際中能買到的型號。第八周：對機械部分進行計算校核。第九周：PLC選型。

第十周：對機械手控制部分，分析動作順利，畫梯形圖。第十一周：對控制部分進行整理。第十二周：編寫設計計算說明書1份。

第十三周：整理畢業設計材料，對其進行完善、補充；準備畢業設計答辯。第十四周：進行畢業設計答辯。

七、主要參考文獻

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第三篇：調研報告(工業機器人)

大連交通大學信息工程學院2011屆本科生畢業設計（論文）實習（調研）報告

調研報告工業機器人的概念工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。工業機器人展現狀與前景展望 2.1工業機器人的發展簡史

1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業機器人設想。

20世紀40年代中后期，機器人的研究與發明得到了更多人的關心與關注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能搬運核原料的遙控操縱機械手，如圖0.2所示，這是一種主從型控制系統，主機械手的運動。系統中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機械手操作機進行有效的監視，主從機械手系統的出現為機器人的產生為近代機器人的設計與制造作了鋪墊。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。

2.2工業機器人的特點

戴沃爾提出的工業機器人有以下特點:將數控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構聯接在一起，預先設定的機械手動作經編程輸入后，系統就可以離開人的輔助而獨立運行。這種機器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復動作，示教過程中，機械手可依次通過工作任務的各個位置，這些位置序列全部記錄在存儲器內，任務的執行過程中，機器人的各個關節在伺服驅動下依次再現上述位置，故這種機器人的主要技術功能被稱為“可編程”和“示教再現”。

1962年美國推出的一些工業機器人的控制方式與數控機床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業機器人系統。

當今工業機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業環境的自適應能力的方向發展。目前，對全球機器人技術的發展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業機器人技術的綜合研究水平上仍處于領先地位，而日本生產的工業機器人在數量、種類方面則居世界首位。

2.3工業機器人的構造與分類工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進行控制。

工業機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節型的臂部有多個轉動關節。

工業機器人按執行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續軌跡型。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業；連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動，適用于連續焊接和涂裝等作業。

工業機器人按程序輸入方式區分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執行機構再現示教的各種動作。示教輸入程序的工業機器人稱為示教再現型工業機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業機器人，能在較為復雜的環境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環境，并自動完成更為復雜的工作。

2.3.1 點焊機器人

焊接機器人具有性能穩定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質量明顯優于人工焊接，大大提高了點焊作業的生產率。

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業機器人企業憑借與各大汽車企業的長期合作關系，向各大型汽車

生產企業提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據市場主導地位。

隨著汽車工業的發展，焊接生產線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內首臺165公斤級點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經過優化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術指標已經達到國外同類機器人水平。

2.3.2弧焊機器人

弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產。在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產，根據各類項目的不同需求，自行生產成套裝備中的機器人單元產品，也可向大型工業機器人企業采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領域，本公司與國際大型工業機器人生產企業既是競爭亦是合作關系。關鍵技術包括：

(1)弧焊機器人系統優化集成技術：弧焊機器人采用交流伺服驅動技術以及高精度、高剛性的RV減速機和諧波減速器，具有良好的低速穩定性和高速動態響應，并可實現免維護功能。

(2)協調控制技術：控制多機器人及變位機協調運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術：結合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優點，采用激光傳感器實現焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復雜工件進行焊接的柔性和適應性，結合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統計獲得補償數據并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質量。

2.3.3激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復等。

關鍵技術包括：

(1)激光加工機器人結構優化設計技術：采用大范圍框架式本體結構，在增大作業范圍的同時，保證機器人精度；

(2)機器人系統的誤差補償技術：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結合其結構特點，采取非模型方法與基于模型方法相結合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數誤差和非幾何參數誤差的補償。

(3)高精度機器人檢測技術：將三坐標測量技術和機器人技術相結合，實現了機器人高精度在線測量。

(4)激光加工機器人專用語言實現技術：根據激光加工及機器人作業特點，完成激光加工機器人專用語言。

(5)網絡通訊和離線編程技術：具有串口、CAN等網絡通訊功能，實現對機器人生產線的監控和管理；并實現上位機對機器人的離線編程控制。

2.3.4真空機器人真空機器人是一種在真空環境下工作的機器人，主要應用于半導體工業中，實現晶圓在真空腔室內的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導體裝備整機的研發進度和整機產品競爭力的關鍵部件。而且國外對中國買家嚴加審查，歸屬于禁運產品目錄，真空機械手已成為嚴重制約我國半導體設備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅型真空機器人技術屬于原始創新技術。

關鍵技術包括：

(1)真空機器人新構型設計技術：通過結構分析和優化設計，避開國際專利，設計新構型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求；

(2)大間隙真空直驅電機技術：涉及大間隙真空直接驅動電機和高潔凈直驅電機開展電機理論分析、結構設計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉矩控制、小型多軸驅動器等方面。

(3)真空環境下的多軸精密軸系的設計。采用軸在軸中的設計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

(4)動態軌跡修正技術：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準位置之間的偏移，通過動態修正運動軌跡，保證機器人準確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

(5)符合SEMI標準的真空機器人語言：根據真空機器人搬運要求、機器人作業特點及SEMI標準，完成真空機器人專用語言。

(6)可靠性系統工程技術：在IC制造中，設備故障會帶來巨大的損失。根據半導體設備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

2.3.5潔凈機器人

潔凈機器人是一種在潔凈環境中使用的工業機器人。隨著生產技術水平不斷提高，其對生產環境的要求也日益苛刻，很多現代工業產品生產都要求在潔凈環境進行，潔凈機器人是潔凈環境下生產需要的關鍵設備。

關鍵技術包括：

(1)潔凈潤滑技術：通過采用負壓抑塵結構和非揮發性潤滑脂，實現對環境無顆粒污染，滿足潔凈要求。

(2)高速平穩控制技術：通過軌跡優化和提高關節伺服性能，實現潔凈搬運的平穩性。

(3)控制器的小型化技術：根據潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術減小潔凈機器人的占用空間。

(4)晶圓檢測技術：通過光學傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。

2.4工業機器人的應用

工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組成部分。

2.5工業機器人的發展前景

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流機器人發展前景及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。1990年10月，國際機器人工業人士在丹麥首都哥本哈根召開了一次工業機器人國際標準大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業機器人分為四類：⑴順序型。這類機器人擁有規定的程序動作控制系統；⑵沿軌跡作業型。這類機器人執行某種移動作業，如焊接。噴漆等；⑶遠距作業型。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。這類機器人具有感知、適應及思維和人機通信機能。日本工業機器人產業早在上世紀90年代就已經普及了第一和第二類工業機器人，并達到了其工業機器人發展史的鼎盛時期。而今已在第發展三、四類工業機器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本下一代機器人發展重點有：低成本技術、高速化技術、小型和輕量化技術、提高可靠性技術、計算機控制技術、網絡化技術、高精度化技術、視覺和觸覺等傳感器技術等。根據日本政府2007年指定的一份計劃，日本2050年工業機器人產業規模將達到1.4兆日元，擁有百萬工業機器人。按照一個工業機器人等價于10個勞動力的標準，百萬工業機器人相當于千萬勞動力，是目前日本全部勞動人口的15%。我國工業機器人起步于70年代初，其發展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發期；90年代的實用化期。而今經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M: Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機器人王國”之稱的日本相比，我國有著截然不同的基本國情，那就是人口多，勞動力過剩。刺激日本發展工業機器人的根本動力就在于要解決勞動力嚴重短缺的問題。所以，我國工業機器人起步晚發展緩。但是正如前所述，廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。日本工業機器人產業的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現出了對發展工業機器人的大力支持。

3結束語

工業機器人是機械科學技術的一個分支，它的發展需要機械及其他門類學科的發展來推動，它的發展也能推動工業系統的整體發展。它有其獨特的優勢與劣勢，和其他技術一樣，需要不斷地設計應用修改和完善。

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Proceedings of The 6th

第四篇：輪式機器人調研報告

輪式機器人調研報告

摘要：機器人是一種自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。在機器人中，輪式機器人的應用十分廣泛，在各個領域都出現了輪式機器人的身影。由于應用廣泛，人們對其的研究和思考從未間斷。

關鍵詞：定義 構成 分類 控制 機構 應用

正文：

一、定義

隨著社會發展和科技進步，機器人在生產生活中得到越來越多的應用，其中，工業機器人大多都是機械臂使固定機器人。而還有很多機器人可以根據人們的需要按照預訂路徑進行移動，這類機器人即為移動機器人其移動機構又分為輪式、履帶式、腿式、跳躍式和復合式。每種機器人都有其特定的制造方式和功能。其中，輪式機器人，既以驅動輪子來帶動機器人進行移動和工作的機器人。雖然其運動穩定性與路面的路況有很大關系，但是由于其具有自重輕、承載大、機構簡單、驅動和控制相對方便、行走速度快、工作效率高等特點，從而被廣泛應用。

二、輪式機器人的分類

由于輪子的多少，直接關系到機器人設計的技術和難度，以及其功用。所以輪式機器人的分類一般都是根據其輪子多少進行分類。按照已經出現的機器人，可以分為如下幾類：單輪滾動機器人（如球形機器人）、兩輪移動機器人在（如自行車機器人）、三、四輪機器人（如智能車）、六輪機器人和復合機器人。一般而言，三輪機器人簡單實用，四輪機器人穩定性好，承載能力大，而相比之下，六輪機器人比四輪機器人更為優越。

三、輪式機器人研究的幾個重要方面

機器人是一種高自動化的高科技產品，它的誕生，是各個學科交叉應用的結果。如今，研制一種機器人就需要從各個科學領域對其進行研究和創新。一般而言，機器人的主要技術如下：機器人機構、導航和定位、路徑規劃、傳感器技術、控制技術、移動機器人傳感器技術、屏蔽技術等。

1.機器人機構

輪式機器人的機構設計屬于機械領域，在設計過程中不僅要考慮自身重量的影響，還要考慮到工作環境的影響，而且不能對數據的采集和分析產生干擾。在輪式機器人的機構設計中，最為重要的是轉向機構的設計，如今，轉向機構主要分為如下幾種：艾克曼轉向（前輪轉向前輪驅動或者前輪轉向后輪驅動）；滑動轉向（兩側車輪獨立驅動）；全向轉動（基于全方位移動輪構建，如麥克納姆輪）；軸－關節轉向；（車輪轉動幅度較大）；車體－關節轉向（轉彎半徑小，轉向靈活，但是軌跡難以控制）。再輪式機器人的設計中應根據具體需要來選擇轉向機構的設計。

2.導航和定位

導航和定位是確定機器人在多維工作環境中相對于全局坐標的位置，是移動機器人最基本的環節。導航方式有慣性導航，磁導航，視覺導航，衛星導航等，定位方式有慣性定位，陸標定位，聲音定位等，在機器人設計中，需要對輪式機器人的模型進行分析，才能得出合理有效地導航方式和定位方式。

3.路徑規劃

路徑規劃，既讓輪式機器人按照某一性能指標搜索一條起始狀態到目標狀態的最優路徑。在設計過程中路徑規劃要考慮全局路徑和局部路徑兩個方面。其中全局路徑是機器人運行的總路徑，而局部路徑可以使機器人在運動過程中避免碰撞。在分析運動過程中，可以考慮D-H參數法對其進行分析。

4.傳感器

在輪式機器人中，傳感器就相當于人的感官。它收集外界和自己發生的信息，從而為后續處理積累了前提的數據。輪式機器人中一般會用到的傳感器一般有如下幾種：內部有測量機器人行進速度的，如線加速度計；測量轉角的，如陀螺儀，外部的傳感器主要是用來檢測外部環境，防止碰撞，如超聲波傳感器，視覺傳感器等等。傳感器將采集來的數據傳送給控制器，再加以處理，才能使得輪式機器人按照預訂路徑進行移動。

5.控制

常見的控制有PID控制，但是這些年一般對機器人所用的都是模糊控制，因為模糊控制不需要建立數學模型，可以語言化的表達復雜的非線性系統。另外，由于工作環境的要求，很多輪式機器人都用上了遙控技術，這樣，可以擴大機器人的工作空間和工作能力，但是遙控通常會產生更大的誤差，因此，如何更好地控制誤差，使其達到預定的工作效果，是遙控技術不可不考慮的一個問題。

6.屏蔽

由于在機器人工作工程中，會產生這樣那樣的干擾，如何去除這些干擾，讓機器人更為可靠，就需要更好的屏蔽技術來為其服務。屏蔽設計時要考慮到可靠

性，適應性以及經濟性，盡量為其找到適合的屏蔽技術。一般的屏蔽技術有：隔離技術，濾波技術，接地抑制反電勢干擾技術等。

四、總結

機器人是一種仿生的高科技產物。輪式機器人的出現，為人們的生活和科學發展做出了十分接觸的貢獻。在工業、農業、反恐、防爆、空間探測等各個領域，輪式機器人都可以代替人類完成一些危險或者不可完成的任務。如何控制輪式機器人按照我們需要的方式進行移動和精準的動作是十分重要的一個環節。另外，如今，機器人已經向著更為宏觀和微觀的方向發展，相信，在不久的將來，在更為精準的設計和控制下，輪式機器人將會為我們帶來更為美好的生活！

第五篇：變電站智能巡檢機器人設計說明書

“小凡”智能機器人設計說明書

一、變電站人工巡檢現狀分析

1、人工巡檢的內容、方式、周期和要求 根據《國家電網公司變電站管理規范》、《無人值守變電站管理規范(試行)》、《安徽省電力公司變電設備管理維護標準》的意見和要求，目前，某供電公司集控站巡視管理規定如下： 1.1變電站設備巡視，分為正常巡視（含交接班巡視）、全面巡視、熄燈巡視和特殊巡視，各類巡視應做好記錄。

正常巡視(含交接班巡視)：除按照有關要求執行外，有人值守變電站還應嚴格執行交接班設備巡視，必須在規定的周期和時間內完成。無人值班變電站：集控站所轄站每日1次；其它集控站所轄站每2日1次。

熄燈檢查：應檢查設備有無電暈、放電、接頭有無過熱發紅現象。有人值班變電站，無人值班變電站每周均應進行1次。全面巡視（標準化作業巡視）：應對設備全面的外部檢查，對缺陷有無發展作出鑒定，檢查設備的薄弱環節，檢查防誤閉鎖裝置，檢查接地網及引線是否好。無人值班變電站每月進行2次，上半月和下半月各進行1次。

特殊巡視：應視具體情況而定。下列情況時應進行特殊巡視：大風前、后；雷雨后；冰雪、冰雹、霧天；設備變動后；設備新投入運行后；設備經過檢修、改造或長期停運后重新投入系統運行后；設備異常情況；設備缺陷有發展時；法定節假日、重要保電任務時段等。在法定節假日、重要保電任務時段，各無人值班變電站每日至少巡視一次。1.2迎峰度夏期間除正常巡視外，增加設備特巡和紅外測溫。無人值班變電站每日巡視1次。紅外測溫分為正常紅外測溫、發熱點跟蹤測溫、特殊保電時期紅外測溫三種。正常紅外測溫周期為各變電站每周不少于一次，晚高峰時段進行。主要針對長期大負荷的設備；設備負荷有明顯增大時；設備存在異常、發熱情況，需要進一步分析鑒定；上級有明確要求時，如：特殊時段保電等。

發熱點跟蹤測溫應根據檢測溫度、負荷電流、環境溫度、氣候變化等進行發熱值的比對，分析設備發熱點變化，確定發熱性質。其周期為有人值守變電站每日1次，晚高峰時段進行。無人值班變電站每個巡視日1次或值班長視發熱情況每日1次。

特殊保電時期、迎峰度夏期間應進行全面測溫、重點測溫及發熱點跟蹤測溫。

測溫記錄應記錄全面，主要應包含發熱設備運行編號、發熱部位具體描述、發熱點溫度、該臺設備其它相相同部位溫度（或同類型設備相同部位溫度）、負荷電流大小、測溫時間、天氣狀況、環境溫度等信息。

2、人工巡檢有效性分析

變電站值班員進行人工巡檢，對運行設備進行感觀的簡單的定性判斷，主要通過看、觸、聽、嗅等感官去實現的。人工巡視對設備外部可見、可聽、可嗅的缺陷能夠發現，例如：油位、油溫、壓力、滲漏油、外部損傷、銹蝕、冒煙、著火、異味、異常聲音、二次設備指示信號異常等。

人工巡檢受人員的生理、心理素質、責任心、外部工作環境、工作經驗、技能技術水平的影響較大，存在漏巡，漏發現的可能性。且對于設備內部的缺陷，運行人員無專業儀器或者儀器精確度太低，通過簡單的巡視是不能發現的，比如油氣試驗項目超標，設備特殊部位發熱、絕緣不合格等缺陷；還有一類缺陷只能在操作的過程中才能發現，如機械卡澀、閘刀分合不到位、閘刀機構箱門損壞等。

另一方面，由于無人值班變電站增多，許多變電站的距離也較遠，在站內出現事故或大風、大雪及雷雨后因集控站無法出車不能及時巡視時，造成集控站值班員不能及時了解現場設備狀態，及時發現隱患，危急電網的安全運行。特別是無法及時了解出現問題的變電站情況，失去優先安排處理的機會。巡視人員巡視設備時需要站在離設備較近的地方，對巡視人員的人身安全也有一定的威脅，特別是在異常現象查看、惡劣天氣特巡，事故原因查找時危險性更大。

綜上所述，無人值班變電站的人工巡檢存在及時性、可靠性差，花費人工較多，存在較大的交通風險和巡視過程風險，巡視效率低下。

二、變電站設備巡檢機器人系統結構組成

“小凡”攜帶紅外熱像儀，高清數字攝像機，聲音探測器三種電站設備檢測裝置，以自主和遙控的方式代替人對室外高壓設備進行巡檢，以便及時發現電力設備的內部熱缺陷及外部機械或電氣問題。例如異物，損傷，發熱，漏油等給運行人員提供診斷電力設備運行中的事故隱患和故障先兆的有關數據。該機器人系統的非接觸式移動檢測與變電站綜合主動化的接觸式監控結合，可以真正形成全監控方式，大大提高變電站設備運行的安全可靠性。

1、機器人系統的整體結構

該機器人的整體結構主要包括基站，移動體控制系統以及由可見光圖像攝像機，紅外圖像攝像機和聲音探測器等組成的電站設備檢測系統三部分。移動體是整個機器人系統的移動載體和信息采集控制載體，主要包括移動車體，移動體運動控制系統和通信系統。對于移動體還需要進行有效的監視、控制和管理，為此建立了一個基站。基站與移動體之間通過無線網橋組成一個無線局域網。可見光圖像，紅外圖像通過視頻服務器的視頻流數據和移動體控制系統信息等數據匯集到網絡集線器后，經無線網橋，網絡集線器一起通過電力系統內部網絡傳到運行監控終端，通過連接到電力系統局域網上的計算機可根據訪間權限實時測覽變電站設備的可見光和紅外視頻圖像，機器人本身運行情況等相關信息，并且可以控制機器人移動體的運動等檢測系統由紅外測溫儀和可見光攝像機等裝置組成，均安裝在移動體即智能巡檢機器人上。該系統可以完成變電站設備外觀圖像和內部溫度信息的采集和處理考慮到機器人的運行環境。其中機器人采用三輪輪式移動小車前2輪為驅動輪，由1個電機分別驅動，差速轉向，后1輪為萬向輪。機器人外形流暢，直線運動性與轉彎性能好。

2、機器人控制系統

機器人系統主要包括移動體運動控制子系統和工作子系統兩大部分，移動體運動控制子系統硬件由PC104主板和PMAC-104運動控制卡和電機驅動器組成，主要負責機器人在巡檢過程中的運動行為的控制移動。

3、變電站檢測系統

本機器人系統為變電站設備非電氣信號的采集提供了一個移動載體平臺，在這個平臺上可以搭建不同的檢測系統或裝置。目前在該平臺上搭建了遠程在線式紅外熱像儀系統，可見光圖像采集處理系統，聲音采集處理系統。在無人值班變電站一些通過電氣信號難以檢測的運行狀態，例如變壓器漏油，絕緣氣體壓力變化，火災和盜竊等可借助機器人所攜帶的圖像來檢測;變壓器開關及各種電氣接頭內部發熱可以利用機器人攜帶的紅外熱像儀來檢測;變壓器等設備的聲音異常可以利用聲音采集處理系統進行識別。3.1遠程紅外監測與診斷系統

本設計采取在線式紅外熱成像裝置。本系統包括紅外圖像采集裝置，紅外圖像處理模塊，圖像顯示，存儲，查詢和報表生成模塊。該診斷系統可根據預先設定的設備溫度閾值，自動進行判斷，對超出報警值的設備在基站主控計算機上給出聲音和文本報警;借助可見光圖像識別，能判斷一些關鍵設備的內部溫度梯度，不但可以形成某一時刻變電站的一些關鍵設備的設備溫度曲線，也可以生成某一設備在一定歷史時間內的時間—溫度曲線。3.2遠程圖像監測與診斷系統

本系統在無人值守變電站先利用機器人基站系統對移動體發送來的可見光圖像進行分析，只傳輸分析結果或待進一步確定的圖像。首先對采集的圖像進行預處理，識別出被監測的電力設備，通過將該圖像與上次采集的圖像進行差圖像分析、累積圖像分析、相關分析、區域標識、紋理描述和評判等處理。結合對應設備的參數庫確定其是何設備。如有畸變發生則存儲結果，向上一級傳輸及發出告警信號。不再傳輸的正常圖像可由調度員人工遠程調用。這就使信道的傳送效率大為提高，而且調度員也不必時刻注視監視屏幕。無人值守變電站中的電力設備種類繁多，針對關鍵設備進行遠程圖像監測和狀態診斷并與其他監測系統相結合使變電站運行的可靠性大為提高。3.3遠程聲音監測與診斷系統

噪聲檢測子系統是變電站巡檢機器人功能的一部分，主要是對變壓器的噪聲進行采集和分析。通過機器人攜帶的聲音探測器進行噪聲數據采集，并將噪聲數據經過無線網傳回基站。本系統主要包括如下3個模塊

1)噪聲采集傳輸模塊，其任務是在巡檢機器人上實時采集噪聲信號，經過適當的壓縮，通過無線網橋傳送回總控制端計算機。

O2)噪聲信號檢測模塊，其任務是將移動巡檢機器人傳回的噪聲與以往的數據進行比較，判斷變壓器工作是否正常，如果出現異常，判斷是何種異常。

3)用戶交互模塊，其任務是根據檢測的最終結果給出提示信息或者交互方式，輔助工作人員完成儀表檢測監控的任務，并可根據工作人員的需要檢測通過其他途徑錄制的噪聲數據。