一種數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)

摘 要：近年來，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的崛起，數(shù)據(jù)中心得到蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心大規(guī)模興建與運(yùn)營，數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)IT設(shè)備的依賴程度大幅增加，機(jī)房設(shè)備數(shù)量隨之提高，導(dǎo)致與之配套的運(yùn)維業(yè)務(wù)量巨增，如何可靠運(yùn)營一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)中心成為了企業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。為此，設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人，能夠彌補(bǔ)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維工作的不足，可安全、高效地完成巡檢工作，提升數(shù)據(jù)中心運(yùn)維的可靠性，對(duì)數(shù)據(jù)中心未來的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;巡檢機(jī)器人;深度學(xué)習(xí)算法

0 引言

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)大力發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。目前國內(nèi)數(shù)據(jù)中心機(jī)房均采用7×24 h專人值守模式，工作人員需按時(shí)巡檢機(jī)房的各類設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)指數(shù)，采用輪班值守的方式，人工進(jìn)行排查式巡檢，工作效率不高。同時(shí)，由于機(jī)房設(shè)備數(shù)量大、類型多，需要巡檢人員具備相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識(shí)背景，但現(xiàn)有配置人員能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際發(fā)展需要，基于此，引入智能巡檢機(jī)器人具有重要意義，借助其先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法和機(jī)器視覺等相關(guān)技術(shù)，機(jī)器人巡檢可以完美替代傳統(tǒng)的人工巡檢方式，以滿足數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展需求。

1 巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)需求

數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要滿足巡檢工作需求。首先，每臺(tái)數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人可以對(duì)500～1 000 m2的機(jī)房進(jìn)行全天不間斷巡檢，每天進(jìn)行4次巡檢，每次間隔6 h，并在每次巡檢結(jié)束時(shí)提供相對(duì)應(yīng)的巡檢報(bào)告、分析報(bào)告等。在巡檢過程中，要求巡檢機(jī)器人可以精確識(shí)別機(jī)房設(shè)備故障、機(jī)房環(huán)境狀態(tài)異常，主要的工作環(huán)境為數(shù)據(jù)中心的配電機(jī)房、冷卻機(jī)房、IT數(shù)據(jù)機(jī)房，主要識(shí)別目標(biāo)為配電柜儀表、指示燈、IT設(shè)備LED故障燈、配電柜和空調(diào)顯示屏亮起的指示數(shù)據(jù)、柴發(fā)機(jī)組溫度狀態(tài)等，主要識(shí)別數(shù)據(jù)中心機(jī)房的異響、異味、異溫，同時(shí)可以實(shí)時(shí)收集機(jī)房內(nèi)部的環(huán)境溫度生成三維溫濕度云圖。

2 數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)

2.1? ? 本體設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)中心環(huán)境設(shè)計(jì)機(jī)器人本體，數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人整機(jī)重量約為80 kg，整機(jī)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(jī)器人本體由上下兩部分組成，上部為類圓柱形結(jié)構(gòu)，下部為通用移動(dòng)小車結(jié)構(gòu)，兩部分通過結(jié)構(gòu)件連接，連接部分采用快速可拆卸式設(shè)計(jì)，同時(shí)通過航空插頭進(jìn)行電氣快速連接，此種分體式設(shè)計(jì)可根據(jù)不同數(shù)據(jù)中心機(jī)房的需要更換不同的檢測(cè)模塊。數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人主要外部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中機(jī)器人上部分為巡檢部分，用來實(shí)現(xiàn)檢視功能，主要配備：拾音麥克風(fēng)陣列;多傳感器檢測(cè)系統(tǒng);深度攝像頭;觸屏操作系統(tǒng);語音對(duì)講系統(tǒng);垂直升降系統(tǒng);可見光攝像頭陣列;多自由度可見光紅外多功能云臺(tái)系統(tǒng);機(jī)器人上位機(jī)控制系統(tǒng)等。

下部為機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)部分，用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能，主要配備：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng);激光雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng);電源管理系統(tǒng);避障系統(tǒng);故障指示系統(tǒng);自動(dòng)充電系統(tǒng);防跌落防碰撞系統(tǒng);無線通信系統(tǒng)等。

2.2? ? 主要性能

數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格要求，在性能方面機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)需要具備基本的運(yùn)動(dòng)功能，這樣才能滿足不同方面的需求，比如直行、轉(zhuǎn)彎等。在水平地面上的最大速度應(yīng)控制在1 m/s;采用四輪驅(qū)動(dòng)，利用差速驅(qū)動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無半徑轉(zhuǎn)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(yīng)控制在10 cm;同時(shí)要求機(jī)器人在極限運(yùn)動(dòng)速度下，保證最小的制動(dòng)距離在0.5 m以下;激光雷達(dá)的定位精度要求在±15 mm;機(jī)器人防碰撞用傳感器距離設(shè)計(jì)應(yīng)不超過0.5 m。巡檢機(jī)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(tái)等檢測(cè)設(shè)備，抬升重量設(shè)計(jì)為5 kg以上，整個(gè)抬升行程約0.5 m，可實(shí)現(xiàn)的最大速度為0.5 m/s。同時(shí)，機(jī)器人云臺(tái)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(xué)變焦倍數(shù)為20倍，紅外測(cè)溫精度控制在2%左右。

2.3? ? 主要功能

數(shù)據(jù)中心巡檢機(jī)器人的功能主要有：

（1）機(jī)器人要具備定位導(dǎo)航功能，借助裝配的高精度激光雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)自主定位、自主導(dǎo)航、自建地圖、智能規(guī)劃最優(yōu)路徑到機(jī)房任意點(diǎn)等相關(guān)功能，同時(shí)利用地圖和雷達(dá)達(dá)到高精度定位目的，滿足巡檢過程中定位機(jī)柜的需求。

（2）機(jī)器人可以通過激光掃描和避障系統(tǒng)對(duì)障礙物進(jìn)行智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自主避障或繞障功能，過程中可防跌落防碰撞，并實(shí)時(shí)規(guī)劃新路線等。一旦發(fā)生碰撞，機(jī)器人會(huì)及時(shí)停止并報(bào)警，防止事故的發(fā)生。

（3）機(jī)器人需要具備自主充電功能，當(dāng)機(jī)器人的電量低于20%時(shí)，將自動(dòng)規(guī)劃最優(yōu)路線返回充電點(diǎn)并自動(dòng)連接充電樁進(jìn)行充電。整機(jī)充電續(xù)航時(shí)間不小于6 h，單次充電充滿時(shí)間不大于3 h。

（4）機(jī)器人具備圖像識(shí)別檢視功能，通過機(jī)器視覺能快速準(zhǔn)確識(shí)別數(shù)據(jù)機(jī)房的配電柜儀表讀數(shù)、指示燈的指示狀態(tài)、IT設(shè)備LED故障燈狀態(tài)、配電柜和空調(diào)顯示屏亮起的指示數(shù)據(jù)等，并在識(shí)別的同時(shí)和數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

（5）機(jī)器人具備環(huán)境采集和管理功能，通過多路傳感器可以收集數(shù)據(jù)機(jī)房的溫度、濕度、噪聲、異味等信息，同時(shí)利用紅外檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)溫、自動(dòng)生成三維溫濕度云圖等。

（6）機(jī)器人具備告警功能，在巡檢過程中當(dāng)機(jī)器人檢測(cè)到故障信息后，第一時(shí)間將告警信息通過機(jī)器人的通信系統(tǒng)反饋給控制臺(tái)并生成告警日志。

（7）巡檢機(jī)器人需具備AI深度學(xué)習(xí)算法，通過機(jī)器人的不斷學(xué)習(xí)，不僅可以提高識(shí)別準(zhǔn)確率，還可以對(duì)故障進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)、診斷等，大幅度提升機(jī)房安全巡檢的可靠性。

（8）巡檢機(jī)器人還需要具備相應(yīng)的后臺(tái)管理功能，包括節(jié)能管理、日常巡檢任務(wù)管理、智能調(diào)度等，同時(shí)提供豐富的數(shù)據(jù)接口給第三方應(yīng)用，并且可以接入數(shù)據(jù)中心的動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房信息的實(shí)時(shí)共享。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段智能機(jī)器人已經(jīng)被運(yùn)用于多種領(lǐng)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(chǎn)效率。為了確保數(shù)據(jù)中心更加安全可靠的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值守的目的，大規(guī)模使用巡檢機(jī)器人已成為必然趨勢(shì)，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(shí)相應(yīng)的巡檢任務(wù)，大幅減少人工巡檢帶來的錯(cuò)檢、漏檢等相關(guān)問題，從而使巡檢工作更加安全可靠，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的高效運(yùn)營。

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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(jī)電一體化。