智能安全巡檢機器人在設備運維中的應用

馬愛民

（天津海晶物流有限公司，天津 300450）

0 引言

安全生產檢查是指在生產活動中，本部門、上級、其他主管部門在安全生產方面的檢查，包括設備安全、現場不安全因素、操作人員安保意識、操作情況、培訓、考核等全方面的檢查。其中對于現場的安全巡回檢查（安全巡檢）是重點，現場設備的運行狀態檢查是非常重要的因素之一。加強安全巡檢，及時發現故障隱患，將事故消除在萌芽狀態，是保證設備長期穩定運行的關鍵。這要求設備管理工作中必須切實落實巡查質量，不能只注重檢查形式，而忽視安全巡檢質量要求和實際效果。

傳統的安全巡檢主要包括人工巡查、定期巡檢、部門抽查等方式，存在明顯的缺點和弊端：①人力、物力消耗大，對相關工作人員的專業技術水平要求較高，且工作效率低、費用成本高；②人工檢查不到位，檢測不全面；③不能實時監測設備狀態，隱患發現不及時；④對隱蔽線路缺乏檢測手段，存在檢測的盲區；⑤對于高處（大于2 m）或低處（小于0.5 m）等位置，巡檢人員需采取登高或趴臥等形式，給巡檢帶來不便和困難。

傳統的安全巡檢方式對隱患往往不能起到預防效果，一般都是在異常發生之后才開始補救。同時，傳統巡檢方式沒有直觀、量化的大數據的分析功能，很難發現事故的真正根源，難以對癥下藥，整改效果較差。

通過以上分析發現，傳統的安全巡檢方式存在諸多不足，迫切需要借助科技手段提升安全巡檢效果。在現實需求和科技進步的共同推動下，智能安全巡檢系統應運而生，在企業設備運行中運用智能安全巡檢系統，其現場終端設備就是智能安全巡檢機器人。

1 智能安全巡檢機器人的分類

從移動方式來看，智能安全巡檢機器人可以分為輪式巡檢機器人、履帶式巡檢機器人、掛軌式巡檢機器人（圖1～圖3），用于適配不同的應用場景。

圖1 輪式巡檢機器人

圖2 履帶式巡檢機器人

圖3 掛軌式巡檢機器人

在變電室、生產加工車間、隧道、管廊等場景，掛軌巡檢機器人最為適用，根據現階段智能安全巡檢系統在設備運行應用實際，本文重點介紹掛軌式巡檢機器人。

2 掛軌式巡檢機器人主要特點

掛軌式巡檢機器人采用預定軌道為運行軌跡進行巡檢，主要技術參數見表1。

表1 掛軌式巡檢機器人系統主要技術參數

2.1 場景適應性廣泛

掛軌巡檢機器人沿軌道運行，不依賴地面環境，在行駛過程中可實現自主爬坡，并自帶可升降云臺及高清攝像機，能滿足狹窄區域內巡檢的需要。能適應污水處理廠、管廊、隧道、化工廠、機房、配電室、養殖場、農業大棚等多種場景，為企業提供了減員增效的有效解決方案。

2.2 功能豐富

隨著技術的不斷迭代升級，掛軌巡檢機器人功能日益豐富，具備漏液監測、溫濕度監測、有毒氣體監測、煙霧監測、表計讀數、指示燈狀態識別等多種功能。機器人采集到的數據可實時反饋回智能運維平臺，使管理人員能及時發現異常狀況，提高巡檢工作效率和質量。

3 掛軌式巡檢機器人系統構成、原理及應用

掛軌式智能巡檢機器人系統主要分為四部分：基站部分（遠程控制室）、通信部分、終端部分（巡檢機器人及充電系統）、軌道平臺（圖4）。其中，基站部分主要由巡檢機器人后臺硬盤及防火墻、智能數據分析控制軟件等部分構成；通信部分主要是無線網橋以及網絡交換機等構成，作為基站部分和智能終端部分的網絡通道；終端部分主要由智能巡檢機器人（主要作用是日常巡檢及數據采集）、相關固定監測點位以及充電系統（主要作用是為巡檢機器人的充電）構成；軌道平臺的主要作用是為巡檢機器人提供移動軌跡平臺，由工字鋁軌道等構成。

圖4 系統架構

3.1 工作原理及主要技術參數

利用搭載可見光（紅外線）視頻探測系統、溫濕度探測、AI智能識別及局放檢測系統等傳感器的智能巡檢機器人獲取現場信息，這些信息通過機器人的通信部分上傳到基站，并在基站設置的相關微控制器中通過軟件系統進行分析，得出具體對應策略后對其數據進行處理，可實現云存儲、隨時查看、生成報表及生成執行信息等功能，再通過執行模塊實現相應動作。

掛軌式巡檢機器人采用掛軌式行走平臺，機身可選擇搭載可見光視頻系統、紅外探測系統、溫濕度探測系統、局放檢測系統、AI 智能識別系統、超聲波避障系統及聲光報警系統，機器人可在正常運行過程中針對巡檢環境進行視頻實時監控、紅外探測。

通過機身搭載的各類型傳感器對環境中溫度、濕度、煙霧、氣體及火源等數據進行實時探測，并利用聲光報警系統及后臺監控系統對異常數據及時告警。

通過AI 智能識別系統與可見光視頻系統的結合，通過對巡檢環境中工作人員的工作狀態、火災等進行智能識別，以實現目標環境的全自主智能巡檢，其主要特點有：①定點、定時、定路徑巡檢；②可見光視頻監控；③數據分析；④異常監控，如超溫報警等；⑤智能識別表盤數據、異常物入侵等。

智能巡檢機器人可替代人工實現遠程例行巡查，在事故和特殊情況下可以實現特巡和定制性巡檢任務，實現遠程在線監測，在減少人工的同時，大大提升運維的內容和頻率，改變傳統運維方式，實現運維智能化。在巡檢工作中，可自由切換無軌導航和軌跡導航，定制化攜帶攝像機及多種檢測傳感器，大容量攝像內容本地儲存，無縫同步云存儲，實現智能巡檢及分析。

3.2 動力及自主避障系統

為保證巡檢機器人的運行精度及控制精度，巡檢機器人采用高精度伺服電機驅動輪系的方式移動，采用橡膠輪系作為機器人主要運動結構，避免機器人在運動過程中產生噪聲及摩擦火花等現象。巡檢機器人在巡檢過程中可進行自主設定導航，根據基站下發的巡檢任務調整規劃巡檢路徑。巡檢機器人通過充電系統對內部鋰電池進行供電，無線充電發射器固定安裝在軌道起始端，無線充電接收器安裝在巡檢機器人機身，巡檢機器人在正常工作時以固定的周期返回至起始段進行充電。

巡檢機器人機身搭載避障雷達，可在運行過程中對運行方向的障礙物或工作人員進行實時探測，確保障礙物或工作人員進入巡檢機器人危險范圍時自動停車，達到智能避障的效果。為滿足機器人對配電柜不同高度的儀器儀表、指示燈及開關等設備的監測，機器人配備自主升降結構，可在500～1500 mm 的范圍任意改變高精度攝像機及紅外攝像機的高度。

3.3 基站后臺操作系統

機器人各類傳感器的控制均可通過后臺基站進行遠程控制?；静糠种?，后臺操作系統采用工業化軟件界面，可對系統采集到的圖像以及其他數據進行實時分析，同時允許操作人員在主界面對各類數據進行實時、歷史數據分類查詢，系統在分析后會對超標數據高亮提示，并且根據數據變化趨勢進行提前預警。

操作系統后臺還可對收集到的數據自動進行整理，并支持一鍵生成報表，降低操作人員工作量。操作系統及機器人本體均有預留接口，方便后續進行功能擴展。

巡檢機器人事項顯示模塊可直觀反應巡檢機器人運行過程中的速度、電量和各個傳感器的實時狀態，同時可以顯示報警和網絡通信等信息。該模塊重點是將巡檢機器人的各類實時數據和對應信息反映給用戶。

由于信息規模較大，因此在顯示的過程中必須將信息加以歸類（圖5）。根據Windows 的管理通過標簽辦法加以歸類，三個標簽為事項、巡檢機器人信息和運行日記（圖6）。事項框顯示巡檢機器人運行相關事項；巡檢機器人信息框顯示巡檢機器人驅動信息、環境信息、傳感器信息、開關狀態信息等；運行日記框用于顯示巡機器人運行實時打印信息，便于分析查找問題。

圖5 巡檢機器人主界面及事項框

圖6 巡檢機器人信息框和運行日記框

3.4 智能監測功能

3.4.1 可見光視頻監控

巡檢機器人內部設置可見光視頻系統，搭載高精度攝像機，在運行過程中可對周圍環境進行實時監控，并將監控視頻實時反饋至后臺操作平臺（圖7）。巡檢機器人在正常運行過程中攝像機可自動進行上下、左右180°的緩慢轉動，以達到對周圍環境的無死角監控。同時后臺工作人員可以根據實際情況通過操作平臺對攝像機進行控制，達到對特定區域進行視頻實時監控的目的。巡檢機器人的視頻監控性能顯著優于人工巡檢，能夠實時采集沿軌道方向的現場工況，實現整體全方位可視化監控。

圖7 視頻監控界面

3.4.2 紅外探測

巡檢機器人內部設置紅外探測系統，紅外探測系統能接收一定視場范圍內物體發射的紅外線，并將信號經數字化處理后由計算機進行圖像處理、數值運算，實現多種顯示功能（圖8）。巡檢機器人具備動態、靜態屏蔽功能，排除可能的干擾。紅外識別功能可在機器人巡檢過程中針對配電間內電控柜、電線電纜、儀表儀器等設備進行非接觸式溫度監測，及時發現溫度異常，并通過機器人自帶的聲光報警系統報警，同時可將報警信息傳輸至基站控制器，完成后臺告警。

圖8 紅外探測界面

3.4.3 儀器儀表識別

機器人搭載可見光攝像機，在巡檢過程中可以識別儀器儀表讀數、指針偏轉、開關按鈕狀態，報警指示燈狀態等信息，并傳輸至后臺基站?；究刂破骼弥悄茏R別技術進行識別判斷，對設備讀數及狀態異常進行報警提示，并自動生成報表。

3.4.4 局放監測

巡檢機器人搭載局放傳感器，巡檢機器人在正常巡檢工作時，將局放傳感器靠近待檢測設備外表面，利用超聲波或電磁放電（TEV）活動檢測等非入侵方式檢測局部放電活動，避免漏電導致的安全事故。局放檢測分辨率可達到1 dB，精度可達±1 dB，同時可確保機器人在20 ms 內對檢測結果做出響應，并將采集到的數據反饋至后臺，自動生成巡檢報告。

3.4.5 溫濕度探測

巡檢機器人將溫濕度傳感器內置于溫濕度一體式探頭，將環境中的溫度和濕度信號采集出來，經過穩壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I 轉換、恒流及反向保護等電路處理后，轉換成與溫度和濕度成線性關系的信號并輸出，實現環境溫濕度的探測。巡檢機器人能及時發現溫濕度的異常變化，并通過機器人自帶的聲光報警系統報警，同時將報警信息傳輸至基站，完成后臺告警。

3.4.6 AI 智能識別

巡檢機器人搭載的AI 智能識別系統，可通過巡檢機器人運行過程中采集到的視頻及圖像數據進行智能人臉識別，針對作業區域人員入侵、人員安全帽佩戴情況、人員穿戴工裝情況、人員越界、火焰等安全問題進行智能識別報警。還可以對非電氣人員進入配電間發出警示，及時排除作業區域可能出現的人員安全隱患，算法智能識別準確率超95%。

3.4.7 聲光報警

巡檢機器人搭載聲光報警系統，在探測到儀器儀表等設備異常、環境溫濕度異常、火焰及人員入侵等情況時，可通過自身搭載的聲光報警器發出警報，同時向后臺上位機發送報警信息，通知運維人員及時處理。

4 結束語

隨著現代化企業對于安全管理工作的要求和科學技術的飛速發展，作為安全管理的智能輔助手段，安全巡檢機器人適應安全、綠色及數據化管理的大趨勢，該系統的應用可以為企業安全生產提供保障，實現用戶側數據的采集和互動，并利用大數據技術對這些數據進行處理和分析，對提高安全管理、節能減排及智能運營水平有著巨大的應用價值和社會價值。