1.2.3 供电系统
(1)电池选型。采用磷酸铁锂电池供电，电池额定电压36 V，电池容量50 Ah，为满足电池充放电及储运状态下的安全要求，电池安装在防爆、阻燃材料制作的专用电池箱内。
(2)电源管理系统设计。锂电池组电源管理系统(BMS)采用集中式管理。BMS由主控单元(CMU)和若干个监控单元(BMU)组成。BMU检测和均衡管理电池模块的电压和温度，并将数据传给CMU。CMU检测锂电池组的总电压、总电流及绝缘度，负责与机器人控制系统及充电机通信，对电池组充放电进行保护。
(3)BMS性能改进。锂电池间各个参数不可避免地存在一些微小差异，由于内阻、自放电影响及充放电次数增多，电池间参数差异会放大，将减少锂电池寿命甚至产生电源安全隐患。通过BMS实施均衡管理，电池组将保持较好的一致性，可延长电池寿命和降低成本，确保电池一次充电后续航能力不小于5 h，提高系统可靠性和稳定性。
1.2.4 传感器系统
(1)可见光探测。可见光摄像机用于观察设备外观和读取仪表数值，具备自动或手动对焦功能，视频分辨率达1 080 p，光学变焦倍数达30倍。采用自动光圈设计，通过检测视频信号平均值，自动控制镜头光圈的扩大或缩小，即可在不同照度下获得标准视频信号电平。机器人云台上安装了强光LED照明灯和雨刷器，实现可见光夜间和雨天探测。照明灯和雨刷器由本地监控后台或远程集控后台进行控制。
(2)红外热像探测。红外热像仪的红外探测器接收物体辐射热量，把它转换成电信号，经后续放大、滤波、模数转换，CPU处理后在图像显示器上显示。在实际测温中，首先采用高精度黑体进行标定，找出黑体温度与图像灰度值的对应关系。红外热成像仪具备自动对焦功能，可在实时影像中叠加显示温度最高点位置及温度值，红外热像仪热灵敏度优于50 mK，测温精度优于2 K。
(3)声音探测。机器人安装有扩音器和麦克，可实现与监控后台双向语音对讲和现场声音采集。同时，通过采集运行设备的正常和异常声音，提取出声音的特征参数，建立正常和异常声音模型库。将机器人采集的噪声数据传送到控制后台，基于音频诊断软件和模型库进行运行状态识别，判断设备异常声音，并发出警报。诊断流程如图4所示。
声音分析软件主要由信号处理、信号特征提取和信号显示等部分组成。信号处理部分包括端点检测、分帧和加窗。端点检测用来检测输入声音信号中的有效语音成分，采用倒谱特征法;分帧是将原始语音信号分为小段，并做帧移处理;加窗是在分帧之后使频谱平滑、防止高频泄漏。信号特征提取过程包括FFT求取功率谱、带通滤波器组、求取对数能量、离散余弦变换和提取一阶差分MFCC系数。显示部分能够显示被测声音中各个频率的数字化信号图形。
(4)全方位智能云台。云台安装在机器人平台上方，用于承载可见光、红外以及声音传感器。云台以直流伺服电机驱动，使云台具有水平和垂直2个相互独立的旋转自由度。云台俯仰框装有红外和可见光光窗。云台运动控制核心部分采用数字信号处理器(DSP)芯片，该芯片负责水平和俯仰2个自由度的电机运动控制以及与接口转换模块通信。云台主要性能指标满足如下要求：云台预置位数量≥10 000个，垂直运动范围–30°~+90°，水平运动范围0°~+360°连续，定位精度±0.1°，水平旋转速度0.01~60°/s，垂直旋转速度0.01~30°/s。
1.2.5 导航系统
机器人依靠激光雷达、惯导、里程计综合导航，利用多传感器融合技术，得到车体定位信息，实现按照预设路线和停靠位置自主行走和停靠功能。激光雷达选用SICK公司LMS511高性能室外型激光扫描雷达，测量距离达80 m，扫描范围190°，分辨率0.166 7°，扫描频率高达25 Hz。可在–30 ℃~+55 ℃恶劣环境中工作。惯导可提供车体三轴姿态角(或角速率)以及加速度信息，分辨率0.05°，误差1.5°。里程计信息包括车体当前坐标，由车体运动学模型和4轮转速位移等信息计算得到，误差在3%以内。
1.3 充电系统
充电房由充电柜、充电座、无线通信设备和自动卷帘门组成。充电柜和充电座用于机器人自动对接充电，无线通信设备选用与本地监控后台相同的无线网桥和天线，天线安装在充电房的顶部。
机器人工作状态分为巡检、充电、空闲等3种。收到巡检命令后，机器人检查电池电量是否充足，充足即进入巡检状态，开始执行巡检任务，否则拒绝执行并报警。巡检完成后，机器人返回充电房。机器人在巡检中实时检测电池电量，如果电量不足则返回充电房充电，充电过程完全自动化。
1.4 无线传输系统
机器人通过无线网桥与本地监控后台实现双向、实时信息交互。信息交互内容包括机器人本体状态和被检测设备图像、语音和指示性数据。机器人采用5.8 GHz频段高质量等级的室外专用数字无线网桥，实现长距离多路视频、音频以及数据的实时传输，最长传输距离达10 km，数传误码率≤10-6，数传时延≤20 ms，图传时延≤300 ms，由于此频段的无线网桥无需申请无线执照，比其他有线网络设备更方便部署。机器人通过无线网桥接收监控后台的控制指令，进行云台转动、设备检测、车体运动和自动充电，并检测机器人状态和各类预警、告警信息并进行上报。在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，图像、语音、数据不丢失，同时系统将发出告警信息，并在通信恢复后自动续传。
1.5 本地监控后台
本地监控后台由计算机、无线通信设备、监控分析软件和数据库等组成。机器人与监控后台通过无线局域网连接，采用TCP/IP协议进行数据交互，传输内容如图5所示。
监控后台软件采用C++语言开发，基于.NET架构，可以在Windows的各个版本操作系统跨平台运行，软件组成如图6所示。
(1)实时监控模块负责查看机器人运行过程中的图像信息、车体状态信息、车体行进信息、电池状态信息、巡检现场气象信息、巡检任务信息等。
(2)任务规划模块分为例行、特巡任务规划和遥控巡检3种模式，可随时进行任务模式的切换。根据变电站巡检需求，例行任务规划可提前生成若干巡检任务，每天定期巡检;特巡任务规划可实时生成临时巡检任务，执行特殊巡检任务。
(3)远程遥控模块可以实时遥控机器人到规定地点做规定动作。该模块可通过手柄控制云台方位和俯仰，控制车体速度和方向。
(4)配置中心模块包括设备配置、地图配置和基本配置3个子界面。设备配置界面包括红外配置、可见光配置、车体配置和云台配置。
(5)历史查询和数据分析模块可实现可见光图像、红外图像、声音及表计读数、设备位置状态、注油设备油位等信息的存储、诊断和查询。
1.6 环境适应性
机器人按照全国各地区变电站极端环境气候设计，针对暴风大雨、湿热、高海拔、寒冷等恶劣气候条件，变电站强电场、强磁场环境，通过“三防”设计、防风设计、电磁兼容性、抗震设计以及温度适应性等设计，确保机器人在不同气候条件下长期可靠、安全稳定运行。
