智能机器人在电力电缆隧道巡检的研究与应用

智能机器人在电力电缆隧道巡检的研究与应用

作者：万紫阳

来源：《中国新技术新产品》2014年第18期

摘要：本文介绍巡检机器人在电力电缆隧道的应用，对隧道智能巡检机器人系统各部分功能与工作原理分析。

关键词：智能机器人；巡检系统；电力隧道

中图分类号：U45 文献标识码：A

1 智能机器人巡检系统技术要点

（1）多种高新技术的有机整合

智能巡检机器人整合了模式识别技术、无线信号传输技术、智能控制技术、数字视频技术、机电控制技术等多种高新技术手段，集机械、电子、控制、传感、材料等多学科于一体，使电力隧道的安全防护与智能化管理达到一个新的水平。

（2）动态监测手段与现场处置手段有机结合

将视频监控、多种有害气体监测、温度/湿度探测、避障操作等监测手段与交互式对讲广播指挥等现场处置手段有机结合，让电力隧道智能机器人担负起“电子警察”的职责，使电力隧道内高压电缆的的安全防护水平上了一个新台阶。

（3）为适应电力隧道内的特殊使用环境而采用的专用技术

电力隧道深处地下，常年处于潮湿、高温的环境中，同时电力隧道空间狭窄，电缆托架等障碍物较多，对智能机器人的体积、避障能力以及防潮防锈水平都有极高的要求，同时电力隧道内存在大量的上下坡和拐弯，对智能机器人的行走能力要求极高。

（4）采用高可靠性的无线技术手段实现隧道内传输和通信

机器人的动作控制、采集到的数据传送都依赖于隧道内的高速通信系统，基于隧道的特殊环境，采用无线通信模式，控制数据与视频的传输基于800M～2.4G频段的无线通信，达到视频、数据、语音三合一，以适应隧道空间狭小、路径起伏弯曲、以及两侧电缆支架接地对无线信号吸收严重等现状。

2 智能巡检机器人主要功能

主要功能：

智能视频：高清视频加可见光照明灯，全方位云台和大倍数光学镜头控制；

红外热成像：监视隧道内发热体红外热辐射成像测温，环境适应能力强；

隧道3D成像：红外激光雷达对隧道做剖面扫描，智能平台形成隧道3D图像；

隧道环境监测：温湿度、有害气体含量、空气含氧量、隧道内烟雾探测；

应急消防功能：灭火弹投掷、高压干粉喷射，实现隧道内应急灭火处置；

穿越隧道防火门：火灾发生时，联动关闭所有消防门；机器人可以自行控制防火门安全穿越防火门，进入下一个作业区；

交互式对讲指挥功能：通过高增益拾音器、高音喇叭和高清摄像机实现平台与隧道人员的音视频信息交互；

实现自行匀速巡检、工作位置准确停车探测、紧急事件高速到达、遇到障碍自动停车告警、以及遇到人员智能减速跟踪探测；

多种巡检模式：定时巡检、周期巡检、不间断巡检。

行走速度：0～120m/min可调。可分为自行巡检速度，紧急事件高速行走，以及遇人跟踪速度；

具备较强的抗电场干扰能力；

具备车载影像防抖动功能，满足运行过程中的图象稳定性要求。

爬坡能力：在小于20°的坡度上能够平顺运动，坡道采用在轨道上镶嵌齿状条带，增加摩擦力。

刹车定位：水平轨上最大刹车距离1米以内。

防潮防尘性能：PLC主控模块要求达到IP67防护等级。

转弯半径：最小3m，并具备弯道自动减速通过功能。

电力电缆隧道智能巡检机器人系统外观效果图如图1所示。

3智能巡检机器人主要部件

3.1 360°视频摄像机

一体化高变倍摄像机及高性能转台于一体，防抖摄像机芯。采用先进的非致冷凝视型红外焦平面芯片，独特的驱动、处理、显示技术，确保图像输出清晰和稳定。

3.2 定位模块

采用预埋位置传感器，对设定的工作位置、弯道、井口避让处进行精确定位。定位精度：0.1m。其他位置采用伺服电机里程计，定位精度0.5m。

电缆接头工作位操作流程。智能巡检机器人刹车停止，调整云台转向，对电缆接头进行摄像。

弯道减速通过。根据设定的弯道允许速度，将机器人减速至允许速度通过。

井口避让。顶部悬挂式轨道，在井口和下人旋梯位置，必须靠边避让。形成弧形轨道，因此机器人运动到此，根据定位数据编码，采用弯道减速方式通过。

位置计算：采用步进电机步长计算方式，加定位检测校正误差的处理，保证机器人在隧道内的运动位置，始终能够准确的展现在监控中心的数字化平台上。

3.3 红外成像

隧道巡检机器人上安装有智能高速球机（内部集成高清摄像机、在线式一体红外热成像仪），能实现多角度、360°全方位、近景拍摄与红外热成像测温，如图2所示。

3.4 智能灭火管理

（1）机器人自身携带灭火装置

隧道巡检机器人前后各个挂载一套超细干粉灭火装置，机器人巡检过程中发现隧道内异常温度点超过预警线，在得到授权的条件下可以自动或人工控制发射超细灭火干粉，通过超细干粉良好的弥漫性与灭火特性，第一时间应急灭火。

超细干粉灭火剂是用于灭火的干燥且易于流动的超细型粉末，由具有灭火效能的无机盐和少量的添加剂经干燥、粉碎、混合而成微细固体粉末组成。它是一种在消防中得到广泛应用

的灭火剂的进化版，效果比干粉灭火剂要好的多，在同样的重量下它有更广泛的覆盖面积和覆着性。

（2）机器人联动穿越防火墙方案

电力隧道要求每隔一定距离划分防火区段，并设置防火墙和防火门；正常工作时为保证通风要求防火门是打开的，在出现险情或紧急情况下需要关闭防火门以阻断火灾蔓延；因此却给机器人穿越防火墙带来了困难，此处要求机器人正常巡检时能够穿过防火门同时又不能影响到防火墙和防火门的正常功能。采用智能控制的自动闭门器是一个不错的选择，智能闭门器采用总线连接可以实现和控制平台及机器人的实时通信，当机器人巡检到相应防火门附近时，通过定位系统和遥控指令控制防火门打开并通过，当机器人顺利通过防火门后智能闭门器会自动将防火门关闭。智能闭门器采用本地备份电源工作模式，即使在电源线路或通信链路遭受损坏时也能自动将防火门关闭；轨道采用在防火门上开孔的方式穿过，并用挠性耐高温防火材料将轨道和防火门之间的缝隙填满，防止火势从防火门和轨道间缝隙中通过，安全可靠。

结语

由于电力隧道环境的特殊性，一旦发生火灾、恐怖袭击等恶性事故，运行人员很难在第一时间进入隧道进行处置，在这种情况下，智能机器人的作用就可以充分发挥出来，智能机器人不仅可以进入事故现场，把现场的视频、图像、空气中有害气体的含量、温度/湿度报警等数据发送回指挥中心，同时，也可以执行发射灭火弹、应急对讲指挥等相关的处置措施，从而在第一时间阻止灾情蔓延，起到更好的防灾减灾效果。

参考文献

[1]姜芸，付庄.一种小型电缆隧道检测机器人设计[J].华东电力，2009（01）.