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1、(10)申请公布号 CN 102856827 A (43)申请公布日 2013.01.02 C N 1 0 2 8 5 6 8 2 7 A *CN102856827A* (21)申请号 201210310915.3 (22)申请日 2012.08.28 H02B 3/00(2006.01) H02J 13/00(2006.01) (71)申请人华北电力大学 地址 102206 北京市昌平区朱辛庄北农路2 号 (72)发明人吴华 仇晓伟 杨国田 柳长安 刘春阳 (74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人陈波 (54) 发明名称 地空异构式变电站全方位巡检系统 (5。
2、7) 摘要 本发明公开了变电站巡检系统设计领域的一 种地空异构式变电站全方位巡检系统。其技术方 案是，所述系统包括地面巡检移动机器人子系统、 空中巡检飞行机器人子系统、监控中心和能源补 给站；地面巡检移动机器人子系统、空中巡检飞 行机器人子系统和监控中心通过无线信号连接。 本发明利用机器人组合进行变电站巡检，巡检角 度灵活，视线全面，从而节省人力资源，降低恶劣 地理条件与气象环境中的巡检难度，缩短巡检便 利时间，提高日常检修效率，并且解决了独立机器 人进行巡检时的误判误操作情况。本发明不仅适 用于变电站巡检，可将其扩展，应用于更多领域的 搜索与巡检。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说。
3、明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述系统包括地面巡检移动 机器人子系统、空中巡检飞行机器人子系统、监控中心和能源补给站；所述地面巡检移动机 器人子系统包括多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、 第一控制器、第一无线通信模块、任务分解与规划模块和降落平台；所述空中巡检飞行机器 人子系统包括自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二控制器、第二无 线通信模块和图像采集模块； 其中，所述多传感器数据。
4、采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第 一无线通信模块和任务分解与规划模块分别与所述第一控制器连接；所述多传感器数据 采集及控制模块用于实时数据的采集与控制，控制地面巡检移动机器人获得周围设备的状 态；所述运动控制模块用于控制地面巡检移动机器人进行移动；所述导航模块用于对地面 巡检移动机器人进行定位，实现精准避障和位置识别；所述能源管理模块用于补给地面巡 检移动机器人自身能源以及空中巡检机器人能源；第一无线通信模块用于将采集到的实时 数据在地面巡检移动机器人和空中巡检飞行机器人器人之间及地面巡检移动机器人与监 控中心之间进行交互；所述任务分解与规划模块用于将监控中心发来的任务。
5、进行分解，将 任务分成地面执行部分和空中执行部分，并规划出巡检路径和重点观察的设备，以及空中 巡检飞行机器人起飞时间，观察视点和飞行轨迹；所述第一控制器通过发送控制指令对地 面巡检机器人进行控制； 所述自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二无线通信模块和图像 采集模块分别与所述第二控制器连接；所述自主飞行控制模块用于实时测量空中巡检飞行 机器人的飞行姿态；所述传感器模块用于测量变电站中的气压、温度、湿度和风速；所述能 源供给与管理模块用于为空中巡检飞行机器人测算飞行时间和提供所需能量；所述第二无 线通信模块用于空中巡检飞行机器人与监控中心子以及地面巡检移动机器人子系统进行 通信。
6、，交互任务信息，相对位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心子系 统发出的控制指令；所述图像采集模块用于采集设备状态信息；所述第二控制器通过发送 控制指令对空中巡检飞行机器人进行控制； 所述第一无线通信模块分别与第二无线通信模块和监控中心通过无线信号连接； 所述第二无线通信模块分别与所述第一无线通信模块和监控中心通过无线信号连接。 2.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述 监控中心包括数据存储服务器、巡检系统软件服务器和显示屏；所述数据存储服务器、巡检 系统软件服务器和显示屏顺次连接；所述数据存储服务器用于将接收到的实时数据进行存 储，并将实时数。
7、据传给巡检系统软件服务器；所述巡检系统软件服务器用于通过无线信号 发送控制信息，并将接收的实时数据显示在显示屏上。 3.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述 能源补给站包括两种充电方式；所述充电方式包括即到即充方式和定时充电方式；所述能 源补给站用于为巡检机器人补给能源。 4.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述 能源补给站包括若干充电机柜；所述充电机柜侧面装有自动旋转除尘刷，用于为巡检机器 人表面进行清理。 5.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述 权 利 要 求 书CN 102856。
8、827 A 2/2页 3 能源补给站站顶部包括遮光罩，用于恶劣天气时，对巡检机器人进行保护。 6.根据权利要求1所述的一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述 能源管理模块充电方式包括能源补给站补给方式和太阳能充电方式。 权 利 要 求 书CN 102856827 A 1/4页 4 地空异构式变电站全方位巡检系统 技术领域 0001 本发明属于变电站巡检系统设计领域，尤其涉及一种地空异构式变电站全方位巡 检系统。 背景技术 0002 变电站设备巡检是为有效保证变电站设备安全运行、提高供电可靠性而进行的一 项重要工作。长期以来，我国电力行业沿用的变电站设备人工巡检作业方式，由于变电站。
9、巡 检线路长，范围广，部分变电站地域偏僻，海拔较高，地理条件与气象环境恶劣，经常出现大 风、大雾、冰雪、雷雨等恶劣天气，这使得每天至少两次的例行巡检只靠人工巡检工作困难、 效率低，管理成本高，完成质量不理想。且在高压、超高压条件下，人工巡检具有很大的危险 性。因此人们开始向机器人巡检系统进行探索。 0003 目前，存在的变电站机器人巡检设计往往是地面移动机器人或飞行机器人单独完 成巡检。由于变电站设备大小不一，用地面移动机器人无法全方位巡检所有设备；而飞行机 器人虽然视角灵活可变，但飞行时间有限，很难一次性完成全程巡检。故将地面移动机器人 与飞行机器人结合起来协作巡检，有助于在变电站中长期、全。
10、方位地巡检各类设备。 发明内容 0004 针对上述背景技术中所述的目前变电站巡检方式存在的不足，本发明提出了一种 地空异构式变电站全方位巡检系统。 0005 一种地空异构式变电站全方位巡检系统，其特征在于，所述系统包括地面巡检移 动机器人子系统、空中巡检飞行机器人子系统、监控中心和能源补给站；所述地面巡检移 动机器人子系统包括多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模 块、第一控制器、第一无线通信模块、任务分解与规划模块和降落平台；所述空中巡检飞行 机器人子系统包括自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二控制器、第 二无线通信模块和图像采集模块； 0006 其。
11、中，所述多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模 块、第一无线通信模块和任务分解与规划模块分别与所述第一控制器连接；所述多传感器 数据采集及控制模块用于实时数据的采集与控制，控制地面巡检移动机器人获得周围设备 的状态；所述运动控制模块用于控制地面巡检移动机器人进行移动；所述导航模块用于对 地面巡检移动机器人进行定位，实现精准避障和位置识别；所述能源管理模块用于补给地 面巡检移动机器人自身能源以及空中巡检机器人能源；第一无线通信模块用于将采集到的 实时数据在地面巡检移动机器人和空中巡检飞行机器人器人之间及地面巡检移动机器人 与监控中心之间进行交互；所述任务分解与规划模块用于。
12、将监控中心发来的任务进行分 解，将任务分成地面执行部分和空中执行部分，并规划出巡检路径和重点观察的设备，以及 空中巡检飞行机器人起飞时间，观察视点和飞行轨迹；所述第一控制器通过发送控制指令 对地面巡检机器人进行控制； 说 明 书CN 102856827 A 2/4页 5 0007 所述自主飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二无线通信模块和 图像采集模块分别与所述第二控制器连接；所述自主飞行控制模块用于实时测量空中巡检 飞行机器人的飞行姿态；所述传感器模块用于测量变电站中的气压、温度、湿度和风速；所 述能源供给与管理模块用于为空中巡检飞行机器人测算飞行时间和提供所需能量；所述第 二。
13、无线通信模块用于空中巡检飞行机器人与监控中心子以及地面巡检移动机器人子系统 进行通信，交互任务信息，相对位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心 子系统发出的控制指令；所述图像采集模块用于采集设备状态信息；所述第二控制器通过 发送控制指令对空中巡检飞行机器人进行控制； 0008 所述第一无线通信模块分别与第二无线通信模块和监控中心通过无线信号连 接； 0009 所述第二无线通信模块分别与所述第一无线通信模块和监控中心通过无线信号 连接。 0010 所述监控中心包括数据存储服务器、巡检系统软件服务器和显示屏；所述数据存 储服务器、巡检系统软件服务器和显示屏顺次连接；所述数据存储服务器。
14、用于将接收到的 实时数据进行存储，并将实时数据传给巡检系统软件服务器；所述巡检系统软件服务器用 于通过无线信号发送控制信息，并将接收的实时数据显示在显示屏上。 0011 所述能源补给站包括两种充电方式；所述充电方式包括即到即充方式和定时充电 方式；所述能源补给站用于为巡检机器人补给能源。 0012 所述能源补给站包括若干充电机柜；所述充电机柜侧面装有自动旋转除尘刷，用 于为巡检机器人表面进行清理。 0013 所述能源补给站站顶部包括遮光罩，用于恶劣天气时，对巡检机器人进行保护。 0014 所述能源管理模块充电方式包括能源补给站补给方式和太阳能充电方式。 0015 本发明的有益效果是： 0016。
15、 1.本发明利用机器人组合进行变电站巡检，巡检角度灵活，视线全面，从而节省人 力资源，降低恶劣地理条件与气象环境中的巡检难度，缩短巡检便利时间，提高日常检修效 率。 0017 2.本系统通过空地异构机器人协作，地面巡检移动机器人子系统、空中巡检飞行 机器人子系统、监控中心子系统相互实时交互，精确进行定位，解决了独立机器人进行巡检 时的误判误操作情况。 0018 3.本发明不仅适用于变电站巡检，可将其扩展，应用于更多领域的搜索与巡检。 0019 说明书附图 0020 图1是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的结构示意图； 0021 图2是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统。
16、的系统结构方框图； 0022 图3是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的地面巡检移动机 器人子系统结构示意图； 0023 图4是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的空中巡检飞行机 器人子系统结构示意图； 0024 图5是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的监控中心结构示 意图； 说 明 书CN 102856827 A 3/4页 6 0025 其中：1-空中巡检飞行机器人子系统；2-监控中心；3-降落平台；4-能源管理模 块；5-地面巡检移动机器人子系统；6-能源补给站。 具体实施方式 0026 下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是。
17、示例性 的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。 0027 图1是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的结构示意图。图1 中，本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统包括空中巡检飞行机器人子系统 1、监控中心2、降落平台3、能源管理模块4、地面巡检移动机器人子系统5和能源补给站6。 0028 图2是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的系统结构方框图。 图2中，本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的空中巡检飞行机器人子系 统1、监控中心2和地面巡检移动机器人子系统5通过无线信号相互连接，实现了空中巡检 飞行机器人与监控中心子以及地面巡检移动机器人子系统进行通。
18、信，交互任务信息，相对 位置和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心子系统发出的控制指令。 0029 图3是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的地面巡检移动机 器人子系统结构示意图。图3中，地面巡检移动机器人子系统包括多传感器数据采集及控 制模块、导航模块、能源管理模块、运动控制模块、第一控制器、第一无线通信模块、任务分 解与规划模块和降落平台。所述多传感器数据采集及控制模块、导航模块、能源管理模块、 运动控制模块、第一无线通信模块和任务分解与规划模块分别与所述第一控制器连接。 0030 所述多传感器数据采集及控制模块用于实时数据的采集与控制，控制地面巡检移 动机器人获得周。
19、围设备的状态；所述运动控制模块用于控制地面巡检移动机器人进行移 动；所述导航模块用于对地面巡检移动机器人进行定位，实现精准避障和位置识别；所述 能源管理模块用于补给地面巡检移动机器人自身能源以及空中巡检机器人能源；第一无线 通信模块用于将采集到的实时数据在地面巡检移动机器人和空中巡检飞行机器人器人之 间及地面巡检移动机器人与监控中心之间进行交互；所述任务分解与规划模块用于将监控 中心发来的任务进行分解，将任务分成地面执行部分和空中执行部分，并规划出巡检路径 和重点观察的设备，以及空中巡检飞行机器人起飞时间，观察视点和飞行轨迹；所述第一控 制器通过发送控制指令对地面巡检机器人进行控制。 0031。
20、 图4是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的空中巡检飞行机 器人子系统结构示意图。图4中，空中巡检飞行机器人子系统包括自主飞行控制模块、传感 器模块、能源供给与管理模块、第二控制器、第二无线通信模块和图像采集模块；所述自主 飞行控制模块、传感器模块、能源供给与管理模块、第二无线通信模块和图像采集模块分别 与所述第二控制器连接。 0032 所述自主飞行控制模块用于实时测量空中巡检飞行机器人的飞行姿态；所述传感 器模块用于测量变电站中的气压、温度、湿度和风速；所述能源供给与管理模块用于为空中 巡检飞行机器人测算飞行时间和提供所需能量；所述第二无线通信模块用于空中巡检飞行 机器人与监控中。
21、心子以及地面巡检移动机器人子系统进行通信，交互任务信息，相对位置 和能量水平及采集到的设备状态信息，并接受监控中心子系统发出的控制指令；所述图像 采集模块用于采集设备状态信息；所述第二控制器通过发送控制指令对空中巡检飞行机器 说 明 书CN 102856827 A 4/4页 7 人进行控制； 0033 图5是本发明提供的一种地空异构式变电站全方位巡检系统的监控中心结构示 意图。图5中，所述监控中心包括数据存储服务器、巡检系统软件服务器和显示屏；所述数 据存储服务器、巡检系统软件服务器和显示屏顺次连接；所述数据存储服务器用于将接收 到的实时数据进行存储，并将实时数据传给巡检系统软件服务器；所述巡。
22、检系统软件服务 器用于通过无线信号发送控制信息，并将接收的实时数据显示在显示屏上。 0034 实施例： 0035 巡检工作开始进行时，首先由监控中心2发出任务，通过无线通讯模块传输给地 面巡检移动机器人子系统1。该子系统的任务分解与规划模块立即将所接收任务分解为地 面执行部分和空中执行部分，地面机器人开始移动，规划出本次任务路径以及重点观察设 备；同时空中执行部分信息被无线传输至空中巡检飞行机器人子系统5。空中巡检飞行机 器人按照信息中所得到的起飞时间起飞，并规划出观察视点及飞行轨迹。 0036 巡检过程中，地面巡检移动机器人子系统1与空中巡检飞行机器人子系统5不间 断得通过无线通讯将实时信息。
23、共享并发回监控中心2。信息包括：环境数据采集信息、位置 信息、自身能量水平信息和图像信息。变电站内每隔设定距离安装一个能源补给站6，当地 面巡检移动机器人子系统通过和能源管理模块4监测到自身能源不足且当前太阳能不足 以充满电时，其将自主前往站内进行充电；而当空中巡检飞行机器人需要补充能源时，则将 寻到地面巡检移动机器人子系统5上的降落平台3，根据标识符确定降落地点和姿态位置， 而后通过自主导航降落至地面巡检移动机器人降落平台上进行充电。 0037 当监控中心2发现传回图像或数据中出现异常情况，监控人员可向空中巡检飞行 机器人子系统发出手控操作指令，对故障点进行全角度重复拍摄，并紧急调地面巡检移动 机器人至故障点所在设备附近，做出可行性处理并为飞行机器人补充能量做准备。同时维 护人员将根据所传回位置信息及时到达现场，对异常情况进行处理。 0038 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。 说 明 书CN 102856827 A 1/2页 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102856827 A 2/2页 9 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102856827 A 。