千“預(yù)”千“尋”5G巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究

張思昊 馬寧 李洋 徐昌盛 趙淑萍

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)科技水平的提高，各種用電器的普及，社會用電量不斷提升，電網(wǎng)運(yùn)行的日常壓力也隨之增大，對電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性提出更高挑戰(zhàn)，但傳統(tǒng)人工電力巡檢方式依然采用看、聽、聞等感知手段，這些傳統(tǒng)的巡檢手段在巡檢周期性、巡檢準(zhǔn)確性等方面已日益無法達(dá)到要求。人工智能在近幾年發(fā)展迅速，機(jī)器人已經(jīng)慢慢滲入到各行各業(yè)中。本團(tuán)隊(duì)針對目前現(xiàn)狀設(shè)計(jì)制作了一款攜帶AI靈巧手的“智能5G智能巡檢機(jī)器人”，其可以進(jìn)行日常巡檢工作和高精度操作。

關(guān)鍵詞：電力巡檢;5G;AI靈巧手

研究背景

伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，社會用電量不斷提升，對電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性提出更高挑戰(zhàn)，變電、輸電、配電等電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的巡檢需求進(jìn)一步提高。目前電力公司仍主要采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式，即利用看、聽、聞等感知手段，對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查驗(yàn)和記錄，此種方式存在著人力成本高、巡檢手段單一、巡檢數(shù)據(jù)主觀性強(qiáng)、受天氣影響大、數(shù)據(jù)管理分散等問題，逐漸無法滿足準(zhǔn)確、實(shí)時、高頻率的電力設(shè)備巡檢需求。

我國目前正從勞動密集型向現(xiàn)代化制造業(yè)方向發(fā)展，振興制造業(yè)、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要任務(wù)。從工業(yè)發(fā)展歷程看，生產(chǎn)手段必然要經(jīng)歷機(jī)械化、自動化、智能化、信息化的變革。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和勞動力成本的不斷上升，使用機(jī)械、自動化技術(shù)代替人力成為巡檢管理的必然趨勢。

傳統(tǒng)的人工巡檢方式存在很多不足。勞動強(qiáng)度大、工作效率低、檢測質(zhì)量分散、手段單一;在雷雨等惡劣天氣條件下，人工巡檢存在較大安全風(fēng)險，且無法及時進(jìn)行巡檢;傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由于受到種種條件限制，存在很大的監(jiān)控盲區(qū)，很難真正滿足視頻監(jiān)控全方位覆蓋的要求。同時由于系統(tǒng)復(fù)雜、攝像頭數(shù)量多、安裝布線工作量大，因此故障率較高，維護(hù)困難。隨著智能變電站和無人值守變電站模式的推廣，對變電站巡檢提出了更高的要求，迫切需要一種更為先進(jìn)、智能的巡檢模式。

設(shè)計(jì)與系統(tǒng)介紹

本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一款攜帶AI靈巧手的“智能5G智能巡檢機(jī)器人”，5G智能巡檢機(jī)器人具備可以實(shí)現(xiàn)類似人類的足運(yùn)動的運(yùn)動模塊（移動機(jī)器人小車）、與人類的手部相似的運(yùn)動機(jī)構(gòu)（六自由度AI靈巧手）、擬人視覺系統(tǒng)眼（3D視覺模塊及臂上3D手眼系統(tǒng)）、腦（主控NPU模塊）、信號傳輸通訊通信（5G路由器）、AR臨場式遠(yuǎn)程操控等功能模塊，5G智能巡檢機(jī)器人有著結(jié)合嵌入式AI識別算法，5G智能巡檢機(jī)器人在技術(shù)人員的控制下可以實(shí)現(xiàn)臨場式遠(yuǎn)程操控下移動導(dǎo)航巡檢功能和AI靈巧手作業(yè)功能兩種工作模式，技術(shù)人員既可以在這種條件下實(shí)現(xiàn)沉浸式遠(yuǎn)程手動在線實(shí)時操控的功能，5G智能巡檢機(jī)器人能代替或協(xié)助人類進(jìn)行巡檢、巡邏、安防等進(jìn)行工作，能夠按指定路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，準(zhǔn)確地執(zhí)行并停靠到指定地點(diǎn)，對巡檢設(shè)備提供紅外測溫、表計(jì)讀數(shù)記錄及異常狀態(tài)報警等功能，并實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時上傳、信息顯示、報表生成等后臺功能，具有巡檢效率 高、穩(wěn)定可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。

效益分析

室外機(jī)器人方面，截至2017年底國內(nèi)110kv及以上的變電站數(shù)量超過20000個，2017年底全國室外機(jī)器人保有量為1000臺，若根據(jù)變電站配置為一機(jī)一站（即一個變電站配置一臺機(jī)器人）測算，滲透率僅為5%。室內(nèi)機(jī)器人方面，按平均每個地級市1000座配電站估計(jì)，全國297個地級以上城市（含4直轄市）大約擁有配電站30萬座，根據(jù)億嘉和2015-2017年銷售數(shù)量768臺，及三年平均市占率約80%計(jì)算，國內(nèi)室內(nèi)巡檢機(jī)器人保有量為約不足1000臺，若根據(jù)配電站配置為一機(jī)二站（即兩個配電站適配一臺機(jī)器人）測算，滲透率僅約為1%，對于目前市場來說形勢樂觀。

現(xiàn)有的巡檢機(jī)器人基本上都屬于2D圖像、被動式的巡檢系智能化水平、實(shí)用性不高，市面急需出現(xiàn)一款數(shù)據(jù)采集更清晰和具有臨場式操控的巡檢機(jī)器人，由此可見我們的產(chǎn)品市場需求很大，而且符合目前發(fā)展的日益進(jìn)步所需。

從目前市場需求量和市場滲透率可看出機(jī)器人巡檢空白市場十分龐大，相對于其他巡檢機(jī)器人，本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的智能5G巡檢機(jī)器人無論是從功能，價格和可靠性等方面都有著明顯的優(yōu)勢，智能5G巡檢機(jī)器人的投入使用將大大提高電力巡檢的效率，也將有效提高巡檢的數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性。符合國家近幾年提出的從勞動密集型向現(xiàn)代化制造業(yè)方向發(fā)展，響應(yīng)了“中國制造2025”國家行動綱領(lǐng)。

結(jié)語

中國發(fā)電量和用電量都位居世界第一，與之存在的是電網(wǎng)壓力和電力安全運(yùn)行規(guī)范，目前雖有少數(shù)變電站運(yùn)用上了機(jī)器人巡檢，但是大部分變電站依然采用人工巡檢方式，而且運(yùn)用的巡檢機(jī)器人在一定程度上無法完全代替人工工作，我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的攜帶AI靈巧手的“智能5G智能巡檢機(jī)器人”集成了5G、3D成像等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的低時延、高精度等優(yōu)點(diǎn)。本產(chǎn)品不僅彌補(bǔ)了人工在巡檢效率和精度上的不足，也實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)存巡檢機(jī)器人沒有實(shí)現(xiàn)的功能。

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