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北京市西城区广安门
内广义街5号广益大厦
大赛作品详情

作品名称:智巡者—风电运维地面轮式巡检机器人
学校名称:河北建筑工程学院
参赛队伍:筑梦十八
队伍编号:211634
参赛学生:贾颖泽 宋紫萱 任培聚 王赛超  
指导老师:马立勇  
投票日期:2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

一、作品背景

在风电行业运维领域,传统人工巡检模式面临多重挑战:高压设备(如 GIS 组合电器、SVG 动态无功补偿装置)巡检需投入大量人力,单台风电场年均运维人力成本高达 32 万元,且在高压密闭空间、复杂电磁环境下,人工巡检存在盲区与安全隐患,同时难以实现 24 小时不间断监测。
从技术与市场层面看,现有巡检设备中,机器狗、多功能服务机器人存在功耗高、技术要求高、响应速度慢的问题,而轮式机器人技术相对成熟、成本低,风电场引入难度低。随着风电行业数字化转型需求加剧,构建电气设备智能化无人运维体系成为趋势。基于此,本团队研发 “智巡者 - 风电运维地面轮式巡检机器人”,通过多模态传感融合与全栈式自动化运维技术,替代传统人工巡检,解决行业痛点。

二、项目介绍

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本款 “智巡者 - 风电运维地面轮式巡检机器人”,核心优势在于轻量级设计与多维度智能运维能力的结合,可覆盖风电场升压站、集电线路、储能变流器等非风机核心电气设备巡检场景。相较于传统人工巡检,能将人力投入降低 76%,单台风电场年均运维人力成本降至 7.5 万元;对比机器狗、多功能服务机器人,功耗更低、技术门槛更低、响应速度更快,且适配风电场复杂地形与强电磁环境。
设备具备三大核心能力:一是全栈式自动化运维,从路径规划(激光雷达 SLAM + 电气设备 BIM 模型匹配)到数据闭环(缺陷库每 24 小时增量学习),构建 7×24 小时无人化监管网络;二是视觉 AI 替代人工目检,30 倍光学变焦相机配合自适应补光系统,可在 0.5 米至 15 米距离内完成 0.5 级精度仪表的全自动数据采集,刀闸角度偏移 > 2° 时实现秒级异常告警;三是热力学缺陷预诊断,集成红外热成像模块,对电缆接头、隔离开关等关键点实现 ±1℃精度的温升追踪,提前 48-72 小时预警接触电阻异常引发的过热故障。
同时,设备支持全自动充电与回收流程,减少人工干预;配备动态避障与智能导航功能,在碎石路面、小坡度等复杂地形中可稳定移动;还能与无人机协同作业,形成多机种协同巡检体系,进一步提升巡检全面性与效率。

三、结构说明

本产品采用轻量化机械设计,以蓄电池供电、伺服电机驱动,核心结构由减震系统、感知检测系统、驱动系统、控制系统、通信系统五大模块组成,各模块协同工作,实现风电场景下的智能巡检。

减震系统:


具体构成与技术参数:
左侧与右侧悬挂系统对称并联安装,前后弹簧减震器初始带压缩量(可伸缩调节),同侧前后轮组通过气弹簧传递力,两侧减震系统可自适应调节。

功能作用:任意轮子因地形变化导致压力改变时,同侧另一轮子与对侧减震系统可快速适配,保证复杂地形下的通过性与稳定性。

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底盘设计
悬挂设计
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轮组设计


感知检测系统:

具体构成与技术参数:包含 30 倍光学变焦相机(带自适应补光)、红外热成像模块(±1℃精度)、激光雷达、超声波传感器、IMU 惯性测量单元。

功能作用:完成仪表数据采集(0.5 级精度)、温升追踪、环境建模(支持 SLAM)、障碍物探测、姿态定位(姿态角误差 < 0.5°)。

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云台一体化感知装置
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激光雷达、RGB、深度相机


驱动系统:

具体构成与技术参数:以伺服电机为核心,搭配轮式行走机构,实时规划帧率达 200 帧以上。

功能作用:为机器人移动提供动力,保证高机动性与快速环境响应能力,适配风电场碎石、小坡度等地形。

控制系统:

具体构成与技术参数:搭载高性能嵌入式工控机,集成路径规划算法、动态避障算法、缺陷识别 AI 模型(支持缺陷库 24 小时增量学习)、全自动充电控制程序。

功能作用:实现自主路径规划、障碍规避、缺陷智能识别与分类、自动充电回收,统筹各模块协同工作。
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决策层与控制层设计

通信系统:

具体构成与技术参数:支持无线通信技术,可与风电场现有运维系统对接,实现数据实时传输与远程控制。

功能作用:构建数据闭环,将巡检数据上传至终端,支持远程监管与运维指令下发,融入风电场数字化体系。

四、功能说明

  1. 全时段无人化巡检:依托激光雷达 SLAM 与电气设备 BIM 模型匹配技术,结合 7×24 小时数据闭环(缺陷库每 24 小时增量学习),无需人工干预即可完成升压站、集电线路等区域的不间断巡检,替代传统人工巡检模式,大幅降低人力成本。
  2. 高精度缺陷检测与预警:视觉 AI 模块通过 30 倍光学变焦相机识别刀闸角度偏移(>2° 秒级告警)等仪表异常;红外热成像模块以 ±1℃精度追踪关键点温升,提前 48-72 小时预警过热故障,从 “被动排查” 转为 “主动预防”。
  3. 复杂地形自适应移动:基于并联式减震系统与高帧率驱动控制(200 帧以上实时规划),机器人可在风电场碎石路面、小坡度地形中稳定行走,动态避障算法结合激光雷达与超声波传感器,可自主规避电缆沟等障碍,保证巡检连续性。
  4. 多机协同与数字化适配:支持与无人机等设备协同作业,形成全场景巡检网络;可与风电场现有运维系统对接,输出标准化巡检数据,助力构建数智运维体系,推动行业数字化转型。
  5. 智能安全保障:具备全自动充电与回收功能,电量不足时自动导航至充电点;实时监测设备运行状态,故障时触发报警信号,避免巡检过程中设备异常导致的任务中断。
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