智能巡檢機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

尹項迎 藺飛飛

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，科學技術的不斷進步，勞動力成本的不斷上升，智能化自動化技術逐步代替人力成為巡檢工作的新趨勢。傳統(tǒng)的人工巡檢方式有很多欠缺，如勞動強力大、工作效率低下，且在惡劣天氣環(huán)境下易受到影響難以進行巡檢，存在安全隱患等[1]。隨著科技的發(fā)展與進步，一些危險行業(yè)逐漸采用以智能技術為基礎的智能機器人來代替人工，在巡檢過程中模擬人工操作行為，既降低了工作風險和人力消耗等問題，又能提供精準數(shù)據(jù)檢測和數(shù)據(jù)收集，成為當今社會三種主要巡檢作業(yè)中最有應用前景和發(fā)展?jié)摿Φ姆绞健?/p>

1 智能巡檢機器人的概述

智能巡檢機器人利用智能語音識別、移動終端和中控端控制巡檢機器人行走到指定位置，通過關鍵技術準確獲取外界環(huán)境信息，檢測對象相應指標數(shù)據(jù)，并將相關數(shù)據(jù)采集收集傳輸?shù)娇蛻舳?，是一種適應于多種環(huán)境下具備多種功能的移動設備。目前智能巡檢機器人類型多樣，從移動方式來看大致包括三種：軌道懸掛式、地面移動式以及管道滾動式。三種機器人分別對應完成不同領域或工作環(huán)境下的巡檢工作[2]。

智能巡檢機器人根據(jù)功能屬性，其作用主要表現(xiàn)為：日常巡檢，能夠定時、定點、定軌跡進行巡檢工作；視頻監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，通過自帶攝像頭智能識別檢查項目，采集巡檢對象相關信息，并傳送回相應的數(shù)據(jù)；采集數(shù)據(jù)分析，將采集回來的數(shù)據(jù)分析判斷篩選，結(jié)果輸送到用戶客戶端，提高工作效率；自主導航回充，當巡檢任務結(jié)束后，能夠根據(jù)充電樁發(fā)出的信號回航充電[3]。

2 智能巡檢機器人的應用現(xiàn)狀

2.1 關鍵技術應用現(xiàn)狀

智能控制系統(tǒng)是巡檢機器人在技術中最為復雜也是要求最高的[4]，由于自然環(huán)境條件的局限和限制，智能控制系統(tǒng)是機器人在整個巡檢工作中最重要技術支撐。如跨越躲避障礙物或遇到惡劣自然環(huán)境時，智能巡檢機器人通過視頻捕捉偵查識別環(huán)境情況，調(diào)整或轉(zhuǎn)換前進路線和方式，并配合肢體操作，使機器人順利通過障礙。自主導航與定位技術是面對野外工作環(huán)境時非常必要且要求極高的技術條件。當前導航技術主要有三種：一是GPS導航，利用空間、地面和技術人員實現(xiàn)智能導航和定位。二是激光導航，利用機器人自身激光束與目標物碰撞，根據(jù)發(fā)生時間確定距離，實現(xiàn)導航定位。三是視覺導航，利用機器人攝像頭捕捉的外界信息，確定其所在位置，從而實現(xiàn)自主導航和移動。目前從智能巡檢機器人發(fā)展情況來看，視覺導航技術的應用較為普遍，在精度、廣度都能夠準確快速獲得相關信息[4]。此外智能巡檢機器人還有語音識別技術、運行中的防撞保護技術、以及檢測功能與技術作業(yè)等。

2.2 功能與審美現(xiàn)狀

強大的核心技術支撐為智能巡檢機器人的運行得到了有效保證。而智能巡檢機器人的功能和審美影響了機器人巡檢工作的效率和使用狀況。功能方面現(xiàn)狀：現(xiàn)有巡檢機器人功能相對簡單，在復雜環(huán)境的人機交互體驗效果不佳，往往最終功能目的沒有得到最大發(fā)揮。另外，簡陋的設計外型會直接影響到智能巡檢機器人的功能分布和操作運行。尤其是外部傳感器，需安裝在行走裝置或末端，智能巡檢機器人的造型則一定程度上影響到傳感器功能性的發(fā)揮。此外一些功能操作識別不明確，缺少設計語言特征等問題導致在智能化和人性化設計上均存在欠缺。審美方面現(xiàn)狀：前期智能巡檢機器人的重心放在技術研發(fā)上，所以目前我國智能巡檢機器人外觀造型缺少美觀性和視覺舒適度。目前我國三種主要類型巡檢機器人在造型上常以簡單幾何體外殼覆蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其呆板笨拙形式與與智能巡檢機器人的靈活移動性產(chǎn)生視覺沖突，欠缺的生動性和現(xiàn)代設計語言難以使用戶與機器產(chǎn)生情感共鳴。色彩的不合理搭配也造成用戶對智能巡檢機器人的認知誤解。

2.3 人機關系處理現(xiàn)狀

在設計中，合理的人機關系能讓巡檢工作達到高效、快捷、舒適的目標。智能巡檢機器人的人機關系主要集中在用戶與機器人功能之間的使用關系，用戶與信息傳遞之間的交互關系，以及用戶與智能巡檢機器人、環(huán)境之間的關系。上述功能和審美方面的現(xiàn)狀情況在一定角度上顯示了人與機器之間的不和諧共存關系，集中表現(xiàn)在機器人功能使用及動態(tài)操作不符合人基本行為。用戶與智能巡檢機器人的信息交流傳遞主要通過技術平臺搭建實現(xiàn)的，技術支撐不到位，程序設定不合理，界面模塊操作不清晰等現(xiàn)狀都影響了人與智能巡檢機器人之間的信息交流和反饋。不僅如此，人、機、環(huán)境的三者相生關系潛移默化影響智能巡檢機器人的使用。

2.4 市場需求發(fā)展現(xiàn)狀

我國是世界第一大機器人市場的國家，大量的科研人員為機器人的生態(tài)化發(fā)展奠定了良好基礎。然而，智能機器人在發(fā)展中面臨著市場應用的挑戰(zhàn)。面對機器人應用市場的擴大，用戶對機器人的需求更加復雜化和多元化，但用戶對智能機器人的相關知識認知的不足及需求的導向不清晰，為機器人的市場發(fā)展增加了難度，而且用戶越來越追求機器人的個性化、創(chuàng)新化和多樣化[5]。當前智能巡檢機器人主要應用于電力、煤礦、船艙、化工、隧道等領域，其發(fā)展?jié)摿€在于醫(yī)療、安全施工等領域的市場開發(fā)和利用。由此看來，智能巡檢機器人可應用于多種領域，市場前景開闊，不同的市場需要可應用不同類型智能巡檢機器人，顯示了智能巡檢機器人的多元化設計和個性化設計的趨勢。

3 智能巡檢機器人的設計發(fā)展趨勢

3.1 提升功能與審美的優(yōu)化設計

智能巡檢機器人的功能與審美優(yōu)化主要三個方面：一是造型功能優(yōu)化，目的在于明確智能巡檢機器人的功能區(qū)以及使用方式。智能巡檢機器人的外型形態(tài)很大程度上能引導用戶使用及安全規(guī)范操作。局部造型特征能引導用戶視覺著力點，以便快速有效獲取重要信息等。二是色彩審美優(yōu)化，在色彩搭配采用現(xiàn)代設計色彩配色，提升設計美觀性和時代感，同時色彩語義能輔助功能使用，如紅白能起到警示作用，藍白顯示操作區(qū)等。三是關鍵技術智能優(yōu)化。在多種傳感器技術設備融合的基礎上探索智能化技術應用。如3D掃描技術、AR實景檢測、預警應急處理以及虛擬現(xiàn)實等。關鍵技術設計的優(yōu)化和創(chuàng)新應用為每次巡檢作業(yè)自動規(guī)劃巡檢任務，調(diào)整巡檢路線，優(yōu)化決策等，提供堅實技術保障并節(jié)省人力物力消耗。

3.2 強化人機協(xié)作模式的交互設計

在人機協(xié)作模式中，智能巡檢機器人在加快動態(tài)感知、優(yōu)化決策等關鍵技術研發(fā)外，增強人機交互體驗效果也是強化人機協(xié)作效能的一個重要部分，換言之就是處理好人、機器、環(huán)境之間的和諧交互關系。巡檢機器人的智能化無疑強調(diào)的是三者之間的交互關系。由于全智能化巡檢還有待發(fā)展成熟，在智能巡檢機器人在作業(yè)過程中，人為起到至關重要的作用，運用人的多感官如視覺、語言聽覺等來理解周圍環(huán)境和檢測對象，讓用戶獲得自然、沉浸式的交互體驗?？梢岳弥w動作、手指、語音，甚至是眼動追蹤等方式來實現(xiàn)與智能巡檢機器人的交流與對話，使得人機操作方式更加自然和諧。通過不同的肢體動作和語音系統(tǒng)控制巡檢機器人的操作，完成巡檢任務。依靠智能交互新技術發(fā)展成為未來智能巡檢機器人一個設計發(fā)展大趨勢。

3.3 滿足不同需求導向的定制化設計

定制化智能巡檢機器人可以滿足在不同環(huán)境下和不同用戶需求下在外觀、功能、結(jié)構(gòu)等方面的個性化需求。加大外型設計上的投入能增加對廣大用戶或企業(yè)對吸引力[5]。從設計發(fā)展來看，未來智能巡檢機器人的定制化設計不僅是顏色搭配的個性化變化，更注重深層次的智能巡檢機器人與環(huán)境之間的呼應關系。一方面表現(xiàn)為智能巡檢機器人在造型結(jié)構(gòu)上與環(huán)境呼應，如仿生設計，根據(jù)智能巡檢機器人所使用場地，合理布置仿生設計主題，對智能巡檢機器人的造型進行再設計優(yōu)化，建立用戶與智能巡檢機器人之間的認知感知聯(lián)系，以便提升用戶對智能巡檢機器人的理解和體驗感。另一方面表現(xiàn)為智能巡檢機器人在設計理念上與環(huán)境的呼應。例如在煤礦、電力環(huán)境中使用的智能巡檢機器人可采用綠色設計主題。通過綠色材料和新型工藝手段，減緩智能巡檢機器人的壽命，演延長工作作業(yè)時間和效率，達到少污染、少浪費、資源再生循環(huán)理念，與使用環(huán)境形成一個合理契機和對應關系。產(chǎn)業(yè)鏈條的細化加快了用戶需求的差異化，也就影響了智能巡檢機器人在個性化時代的設計發(fā)展趨勢，也為未來智能巡檢機器人的設計發(fā)展提供了一種可能性。

4 結(jié)語

智能巡檢機器人是未來眾多行業(yè)領域中代替人工作業(yè)的一種重要工具，在設計發(fā)展的今天，關鍵技術、功能與審美、和諧人機關系以及市場需求是智能巡檢機器人設計不可或缺的部分。而相應的優(yōu)化設計、交互設計以及定制化設計也將成為智能巡檢機器人設計發(fā)展趨勢。