變電站設(shè)備帶電維護(hù)移動機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的維護(hù)等問題也變得日益彰顯，變電站作為整個電網(wǎng)重要的輸電節(jié)點(diǎn)和樞紐，其設(shè)備故障和存在的安全隱患，會給用戶以及社會帶來很大的損失。因此，變電站設(shè)備的日常維護(hù)作業(yè)是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行主要的手段之一。傳統(tǒng)的人工維護(hù)需在停電的狀態(tài)下完成維護(hù)作業(yè)，并且難以直接獲取變電站設(shè)備早期與事后維護(hù)的評估等。隨著機(jī)器人技術(shù)、在線檢測技術(shù)等技術(shù)的成熟發(fā)展，移動機(jī)器人已在變電站設(shè)備巡檢中得到很好的應(yīng)用，但目前也只是應(yīng)用在

2、室外變電站設(shè)備巡檢中，還很難進(jìn)行設(shè)備維護(hù)處理。所以，移動機(jī)器人能夠?qū)ψ冸娬驹O(shè)備進(jìn)行帶電維護(hù)是未來電網(wǎng)的必然發(fā)展方向，也可加快推進(jìn)無人值守智能變電站的進(jìn)程。
　　本課題在國家“863”項(xiàng)目的資助下，研究和設(shè)計(jì)了變電站設(shè)備帶電維護(hù)移動機(jī)器人控制系統(tǒng)，能夠滿足變電站設(shè)備帶電維護(hù)的需求。該維護(hù)移動機(jī)器人具有人機(jī)交互和局部智能控制，可有效對變電站設(shè)備進(jìn)行預(yù)報、控制和維護(hù)，并且還可以提高變電站智能化程度，保障電網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行。論文主要創(chuàng)新點(diǎn)

3、與具體研究工作如下：
　?。?）通過對變電站維護(hù)移動機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的研究和分析，設(shè)計(jì)了基于Mecanum輪的變電站設(shè)備帶電維護(hù)移動機(jī)器人系統(tǒng)，其較優(yōu)的運(yùn)動特性可以更好滿足室內(nèi)變電站設(shè)備的維護(hù)。另外，考慮到Mecanum輪不適用于室外不平整的路面作業(yè)，故又設(shè)計(jì)了基于兩輪差速驅(qū)動的維護(hù)移動機(jī)器人系統(tǒng)，主要針對室外變電站設(shè)備的維護(hù)。然后，根據(jù)系統(tǒng)的需求完成合理的硬件選型和上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　?。?）通過分析Mecanum

4、輪結(jié)構(gòu)參數(shù)和基于Mecanum輪的移動平臺的結(jié)構(gòu)布局、運(yùn)動特性等，確定了移動平臺在運(yùn)動系統(tǒng)的性能均衡下的偏置角度，并解決了本文Mecanum輪平臺最優(yōu)布局的問題。
　?。?）根據(jù)維護(hù)移動機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)，給出了基于兩輪差速驅(qū)動的移動平臺運(yùn)動學(xué)方程，重點(diǎn)研究了基于Mecanum輪的移動平臺運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，并求解出不同運(yùn)動形式下的轉(zhuǎn)速分配問題。然后對維護(hù)機(jī)械臂建立了D-H模型，并詳細(xì)推導(dǎo)了其正、逆運(yùn)動學(xué)求解過程，之后利用MATL

5、AB仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的維護(hù)機(jī)械臂的有效性和可行性。
　　（4）為了提高維護(hù)移動機(jī)器人與變電站環(huán)境之間的理解能力，以及能夠自主做出智能、合理的行為決策，提出了一種基于模糊認(rèn)知圖的上層行為規(guī)劃方法。以維護(hù)作業(yè)過程中的相關(guān)事件為概念節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)專家知識確定節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)值，進(jìn)而建立任務(wù)行為規(guī)劃的模糊認(rèn)知圖模型，同時結(jié)合機(jī)器人導(dǎo)航定位等傳感器實(shí)時感知的信息，實(shí)時自主調(diào)整機(jī)器人動作序列，該方法具有不需要大量的計(jì)算和訓(xùn)練等優(yōu)點(diǎn)。
　　

6、（5）為了解決維護(hù)移動機(jī)器人在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)擺尾或振蕩等問題，提出了一種基于模糊控制算法的路徑規(guī)劃方法，同時利用自身攜帶的多傳感器融合磁軌跡導(dǎo)航，并結(jié)合RFID技術(shù)定位技術(shù)。仿真結(jié)果表明，所提出方法是有效性的和可行性的，彌補(bǔ)了路徑規(guī)劃對變電站強(qiáng)電磁環(huán)境依賴性強(qiáng)等缺點(diǎn)。
　?。?）綜合考慮維護(hù)移動機(jī)器人作業(yè)環(huán)境、系統(tǒng)穩(wěn)定性、智能性等因素，設(shè)計(jì)了一種分層混合式復(fù)雜系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃邏輯模型，包括任務(wù)規(guī)劃層和行為規(guī)劃層，并闡述了其工作原理。為