一種數據中心巡檢機器人的設計

摘 要：近年來，隨著云計算、大數據等技術的崛起，數據中心得到蓬勃發展，數據中心大規模興建與運營，數據系統對IT設備的依賴程度大幅增加，機房設備數量隨之提高，導致與之配套的運維業務量巨增，如何可靠運營一個龐大的數據中心成為了企業面臨的巨大挑戰。為此，設計了一種數據中心巡檢機器人，能夠彌補數據中心運維工作的不足，可安全、高效地完成巡檢工作，提升數據中心運維的可靠性，對數據中心未來的發展具有重要意義。

關鍵詞：數據中心;巡檢機器人;深度學習算法

0 引言

在數據中心建設大力發展的今天，數據中心已經成為各個領域必不可少的基礎設施。目前國內數據中心機房均采用7×24 h專人值守模式，工作人員需按時巡檢機房的各類設備狀態和數據指數，采用輪班值守的方式，人工進行排查式巡檢，工作效率不高。同時，由于機房設備數量大、類型多，需要巡檢人員具備相當的專業知識背景，但現有配置人員能力遠遠不能滿足實際發展需要，基于此，引入智能巡檢機器人具有重要意義，借助其先進的深度學習算法和機器視覺等相關技術，機器人巡檢可以完美替代傳統的人工巡檢方式，以滿足數據中心的快速發展需求。

1 巡檢機器人設計需求

數據中心巡檢機器人的設計需要滿足巡檢工作需求。首先，每臺數據中心巡檢機器人可以對500～1 000 m2的機房進行全天不間斷巡檢，每天進行4次巡檢，每次間隔6 h，并在每次巡檢結束時提供相對應的巡檢報告、分析報告等。在巡檢過程中，要求巡檢機器人可以精確識別機房設備故障、機房環境狀態異常，主要的工作環境為數據中心的配電機房、冷卻機房、IT數據機房，主要識別目標為配電柜儀表、指示燈、IT設備LED故障燈、配電柜和空調顯示屏亮起的指示數據、柴發機組溫度狀態等，主要識別數據中心機房的異響、異味、異溫，同時可以實時收集機房內部的環境溫度生成三維溫濕度云圖。

2 數據中心巡檢機器人的設計

2.1? ? 本體設計

根據數據中心環境設計機器人本體，數據中心巡檢機器人整機重量約為80 kg，整機高度為1.5 m，金屬本體，塑料外殼，外殼采取必要的防靜電處理，均不允許帶電。機器人本體由上下兩部分組成，上部為類圓柱形結構，下部為通用移動小車結構，兩部分通過結構件連接，連接部分采用快速可拆卸式設計，同時通過航空插頭進行電氣快速連接，此種分體式設計可根據不同數據中心機房的需要更換不同的檢測模塊。數據中心巡檢機器人主要外部結構如圖1所示。

其中機器人上部分為巡檢部分，用來實現檢視功能，主要配備：拾音麥克風陣列;多傳感器檢測系統;深度攝像頭;觸屏操作系統;語音對講系統;垂直升降系統;可見光攝像頭陣列;多自由度可見光紅外多功能云臺系統;機器人上位機控制系統等。

下部為機器人移動平臺部分，用來實現運動功能，主要配備：機器人運動系統;激光雷達導航系統;電源管理系統;避障系統;故障指示系統;自動充電系統;防跌落防碰撞系統;無線通信系統等。

2.2? ? 主要性能

數據中心巡檢機器人涉及的技術標準有嚴格要求，在性能方面機器人移動平臺需要具備基本的運動功能，這樣才能滿足不同方面的需求，比如直行、轉彎等。在水平地面上的最大速度應控制在1 m/s;采用四輪驅動，利用差速驅動機器人實現無半徑轉彎;具備爬坡能力，需要控制在10°以下;具備越障能力，最小越障高度為5 cm;具備防跌落能力，高度應控制在10 cm;同時要求機器人在極限運動速度下，保證最小的制動距離在0.5 m以下;激光雷達的定位精度要求在±15 mm;機器人防碰撞用傳感器距離設計應不超過0.5 m。巡檢機器人上部需具備垂直方向的托盤升降能力，可以垂直升降云臺等檢測設備，抬升重量設計為5 kg以上，整個抬升行程約0.5 m，可實現的最大速度為0.5 m/s。同時，機器人云臺部分選配的可見光攝像頭分辨率不得小于高清1 080 dpi，最小光學變焦倍數為20倍，紅外測溫精度控制在2%左右。

2.3? ? 主要功能

數據中心巡檢機器人的功能主要有：

（1）機器人要具備定位導航功能，借助裝配的高精度激光雷達，可以實現自主定位、自主導航、自建地圖、智能規劃最優路徑到機房任意點等相關功能，同時利用地圖和雷達達到高精度定位目的，滿足巡檢過程中定位機柜的需求。

（2）機器人可以通過激光掃描和避障系統對障礙物進行智能識別，實現自主避障或繞障功能，過程中可防跌落防碰撞，并實時規劃新路線等。一旦發生碰撞，機器人會及時停止并報警，防止事故的發生。

（3）機器人需要具備自主充電功能，當機器人的電量低于20%時，將自動規劃最優路線返回充電點并自動連接充電樁進行充電。整機充電續航時間不小于6 h，單次充電充滿時間不大于3 h。

（4）機器人具備圖像識別檢視功能，通過機器視覺能快速準確識別數據機房的配電柜儀表讀數、指示燈的指示狀態、IT設備LED故障燈狀態、配電柜和空調顯示屏亮起的指示數據等，并在識別的同時和數據庫中的標準數據進行參考對比，及時發現異常現象。

（5）機器人具備環境采集和管理功能，通過多路傳感器可以收集數據機房的溫度、濕度、噪聲、異味等信息，同時利用紅外檢測功能實現精確測溫、自動生成三維溫濕度云圖等。

（6）機器人具備告警功能，在巡檢過程中當機器人檢測到故障信息后，第一時間將告警信息通過機器人的通信系統反饋給控制臺并生成告警日志。

（7）巡檢機器人需具備AI深度學習算法，通過機器人的不斷學習，不僅可以提高識別準確率，還可以對故障進行分析、預測、診斷等，大幅度提升機房安全巡檢的可靠性。

（8）巡檢機器人還需要具備相應的后臺管理功能，包括節能管理、日常巡檢任務管理、智能調度等，同時提供豐富的數據接口給第三方應用，并且可以接入數據中心的動環系統，實現機房信息的實時共享。

3 結語

現階段智能機器人已經被運用于多種領域，極大地便利了人們的生活，解放了人們的雙手，有效提升了生產效率。為了確保數據中心更加安全可靠的運行，實現無人值守的目的，大規模使用巡檢機器人已成為必然趨勢，其可以代替工作人員完成日常巡檢工作，依照既定的巡檢程序落實相應的巡檢任務，大幅減少人工巡檢帶來的錯檢、漏檢等相關問題，從而使巡檢工作更加安全可靠，促進數據中心的高效運營。

[參考文獻]

[1] 唐亮，陳瑞華，王長寧.用于數據中心機房的智能巡檢機器人的設計[J].計算機與網絡，2018，44（6）：47.

[2] 孫顯鶴，郭小凱.室內變電站設備巡檢機器人關鍵技術研究與應用[J].機電信息，2018（27）：100-101.

[3] 賽煒，孫忠涵.基于激光雷達的機器人智能導航系統研究[J].激光雜志，2019，40（11）：182-186.

[4] 黃嘉東，陳海平.數據中心機房的智能巡檢機器人設計及應用[J].計算機與網絡，2017，43（22）：46-47.

收稿日期：2019-12-27

作者簡介：楊曹（1984—），男，江蘇南京人，工程師，研究方向：機電一體化。