安全巡检机器人的应用

安全巡检机器人的应用

马爱民

天津海晶物流有限公司   

摘要：本文简要常规安全巡检管理模式存在的弊端，分析了伴随着科技进步和现代管理需求应运而生的安全巡检机器人的组成、功能、应用优势，对安全巡检机器人的应用价值和社会价值进行了总结分析，以此增强读者对安全巡检机器人的了解，对于提升现代安全管理工作起到积极的促进作用。

关键词： 安全巡检  智慧安全管理  巡检路径  物联网  检测

安全生产检查是指在生产活动中本部门、上级、其它主管部门在安全生产方面的检查，包括设备安全、现场不安全因素、操作人员的安保意识、操作情况、培训、考核等全方面的检查。其中对于现场的安全巡回检查（安全巡检）是重点。加强安全巡检，及时发现隐患，将事故排除在萌芽状态，是保证长期稳定运行的关键，这要求我们保证巡查质量。在检查过程中，我们经常会产生很多误解。对现有无法在线处理的泄漏和隐患视而不见。在设备运行过程中，存在许多无法在线处理的泄漏和隐患，但对设备运行没有重大威胁。这些隐患都在我们的掌控之中。久而久之，我们往往会因为这些长期存在的隐患而麻痹，反而降低了对它们的关注度。注重检验形式，忽视安全巡检质量。要实现有效的检查，必须专心，看、听、摸、闻、想。

传统的安全巡检依赖于人工巡查、定期巡检、部门抽查等方式，存在明显的缺点： 1、人力物力消耗大，同时对相关人员的专业性要求比较高，工作效率低，费用成本高； 2、人工检查不到位，监测不全面； 3、不能实时，隐患发现不及时； 4、隐蔽的线路监测不到，存在监测的盲区；5、对于高处（例如大于2米）或低处（例如小于0.5米）等位置，巡检人员需采取登高或趴卧等形式，给巡检带来不便和困难。对隐患往往没有起到预防的效果，一般都是等异常发生之后才开始补救，同样没有直观量化的大数据的分析功能，很难发现事故的根源，难以对症下药，整改效果较差。

通过以上分析发现，传统的安全巡检方式存在诸多的不足，迫切的需要借助科技的手段来提升安全巡检的效果，在这种大背景和科技进步的共同推动下，安全巡检机器人应运而生。

一、安全巡检机器人的分类

从移动方式来看，安全巡检机器人可以分为挂轨式巡检机器人、轮式巡检机器人、履带式巡检机器人，各有其适配的应用场景。不过在变电室、生产加工车间、隧道、管廊等场景，挂轨巡检机器人备受追捧，重点介绍挂轨巡检机器人。

挂轨巡检机器人应用场景

场景适应性

挂轨巡检机器人沿轨道运行，不依赖地面环境，在行驶过程中可实现自主爬坡，并自带可升降云台及高清摄像机，满足了狭窄区域内巡检的需要。

功能丰富性

随着技术的不断迭代升级，挂轨巡检机器人功能日益丰富，具备漏液检测、温湿度监测、有毒气体监测、烟雾监测、表计读数、指示灯状态识别等多种功能，采集到的数据实时反馈于智能运维平台，管理人员可及时发现异常状况，提高了巡检工作效率和质量。

应用场景多样

挂轨巡检机器人在污水处理厂、管廊、隧道、化工厂、机房、配电室、养殖场、农业大棚等多个场景都有用武之地，为众多企业提供了减员增效的智慧解决方案。

二、系统综述

智能轨道巡检系统主要有巡检机器人、后台操作系统、充电系统及轨道平台四部分组成。巡检机器人主要负责日常巡检及数据收据，后台操作系统用于整个智能巡检系统的控制及数据查看，充电系统主要用于巡检机器人的供电，轨道平台负责为巡检机器人提供运动平台。

系统架构示意图

三、结构及应用简介

巡检机器人采用挂轨式行走系统，机身可选择搭载可见光视频系统、红外探测系统、温湿度探测系统、局放检测系统、AI智能识别系统、超声波避障系统及声光报警系统，机器人可在正常运行过程中针对巡检环境进行视频实时监控，红外探测；通过机身搭载的各类型传感器对环境中温度、湿度、烟雾、气体及火源等数据进行实时探测，并利用声光报警系统及后台监控系统对异常数据及时告警；通过AI智能识别系统与可见光视频系统的结合，针对巡检环境中工作人员工作状态、火灾等进行智能识别，实现目标环境的全自主智能巡检。主要特点：

1、定点、定时、定路径巡检2、可见光视频监控3、数据分析4、异常监控，例如超温报警5、智能识别：表盘数据、异常物入侵等。化工智能巡检机器人可替代人工实现远程例行巡查，在事故和特殊情况下可实现特巡和定制性巡检任务，实现远程在线监测，在减少人工的同时，大大提升运维的内容和频率，改变传统运维方式，实现运维智能化。可自由切换无轨导航和轨迹导航，定制化携带摄像头，定制化多种检测传感器 ，大容量摄像内容本地储存，无缝同步云存储，智能巡检及分析。

动力系统

为保证巡检机器人的运行精度及控制精度，巡检机器人采用高精度伺服电机驱动轮系方式进行运动，同时采用橡胶轮系作为机器人主要运动结构，消除机器人在运动过程中产生的噪声及磨擦火花等因素。同时通过充电系统对巡检机器人内部锂电池进行周期性供电，实现真正意义上的24h无人值守。
    为满足机器人对配电柜不同高度的仪器仪表、指示灯及开关等设备的监测功能，机器人配备自主升降结构，可在500mm至1500mm的范围随意改变高精度摄像机及红外摄像机的高度。

自主避障系统及技术参数

巡检机器人机身搭载避障雷达，可在运行过程中对运行方向的障碍物或工作人员进行实时探测，确保当障碍物或工作人员进入巡检机器人危险范围内时自动停车，以此达到智能避障的效果。

四、后台操作系统

后台操作系统采用工业化软件界面，可对系统采集到的图像以及其他数据进行实时分析，同时允许操作人员在主界面对各类数据进行实时、历史数据分类查询，系统在分析后会对超标数据高亮提示，并且根据数据变化趋势进行提前预警。

操作系统后台还可对收集到的数据自动进行整理，并支持一键生成报表，减小操作人员工作量。操作系统及机器人本体均预留接口，方便后续进行功能拓展。
    巡检机器人事项显示模块可直观反应巡检机器人运行过程中的速度、电量和一系列的传感器情况，同时还涉及到报警信息和网络通信等一系列的状况。该模块重点是将巡检机器人的一系列实时数据和对应的信息展示于客户，由于信息规模过大，因此在显示的过程中必须将信息加以归类。
    根据 windows 的管理通过标签办法加以归类，三个标签为事项、巡检机器人信息和运行日记，事项框显示巡检机器人运行相关事项，巡检机器人信息框显示巡检机器人驱动信息，环境信息，传感器信息，开关状态信息等等，运行日记框用于显示巡检机器人运行实时打印信息，便于分析查找问题。

巡检机器人主界面及事项框、巡检机器人信息框和运行日记框

无线充电发射器固定安装于轨道起始端，无线充电接收器安装与巡检机器人机身，巡检机器人在正常工作时，可在固定周期返回至起始段进行充电。

五、系统功能

1、可见光视频监控

巡检机器人内部设置可见光视频系统，搭载高精度摄像仪，在运行过程中可对周围环境进行实时监控，并将监控视频实时反馈至后台操作平台。巡检机器人在正常运行过程中摄像仪可自动进行上下90 ，左右180 的缓慢转动，以达到对周围环境的无死角监控，同时后台工作人员可根据实际情况通过操作平台对摄像仪进行控制，达到对特定区域进行视频实时监控的目的，优于人工巡检的“视觉”，能够实时采集沿轨道方向的现场工况，实现整体全方位可视化监控。

视频监控及红外探测示意图

2、红外探测

巡检机器人内部设置红外探测系统，红外探测系统能接收一定的视场范围内物体发射的红外线，并将信号经数字化处理后由计算机进行图像处理、数值运算等，实现多种显示功能，具备动态屏蔽、静态屏蔽功能，排除可能的干扰。根据不情况设置不同的检测指标，杜绝误报警的发生提高准确率。红外识别功能可在机器人巡检过程中针对配电间内部电控柜、电线电缆、仪表仪器等设备进行非接触式温度监测，及时发现温度异常，并通过机器人自带声光报警系统进行报警，同时可将报警信息传输至上位机，完成后台告警。

3、仪器仪表识别

机器人搭载可见光摄像头，在巡检过程中利用智能识别技术针对仪器仪表读数，指针偏转，开关按钮状态，报警指示灯状态等信息进行智能识别判断，并将识别到的数据自动生成报表，及时发现设备读数及状态异常，并通过声光报警系统进行报警，同时可将报警信息传输至上位机，完成后台告警。

4、局放监测及温湿度探测

巡检机器人搭载局放传感器，巡检机器人在正常巡检工作时，将局方传感器靠经待检测设备外表面，利用超声波或电磁放电(TEV)活动检测这种非入侵方式检测局部放电活动，避免漏电导致安全事故发生，局放检测分辨率可达到1dB，精度可达±1dB，同时可确保机器人在20ms内对检测结果做出响应，同时对采集到的数据自动生成巡检报告反馈至后台。

巡检机器人搭载温湿度传感器， 温湿度传感器以温湿度一体式的探头作为测温元件，将环境中的温度和湿度信号采集出来，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度和湿度成线性关系信号并输出，实现环境温湿度的探测，及时发现温湿度变化异常，并通过机器人自带声光报警系统进行报警，同时可将报警信息传输至上位机，完成后台告警。

5、AI智能识别

巡检机器人搭载AI智能识别系统，AI智能识别系统可通过巡检机器人运行过程中采集到的视频及图像数据进行智能人脸识别，针对作业区域人员入侵、人员安全帽佩戴情况、人员穿戴工装情况、人员越界、火焰等安全问题进行智能识别报警，对于非电气人员进入配电间发出警示，及时排除作业区域可能出现的人员安全隐患，算法智能识别准确率超95%。

6、其他功能

自主导航：巡检机器人在巡检过程中可进行自主导航，针对上位机下发的巡检任务自主规划巡检路径。

声光报警：机器人搭载声光报警系统，机器人在探测到仪器仪表等设备异常、环境温湿度异常、火焰、人员入侵等行为时，可通过自身搭载的声光报警器发出警报，同时向后台上位机软件输出报警信息，通知运维人员及时处理。

报表生成：机器人可针对巡检过程中采集到的数据进行自动报表生成，同时对报表、图像、数据等信息进行储存，方便后台查看。

远程控制：机器人的运动及各项传感器的控制均可通过上位机软件进行远程控制。

结束语：

随着现代化企业对于安全管理工作的要求和科学技术的飞速发展，作为安全管理的智能辅助手段，安全巡检机器人适应安全、绿色及数据化管理的大趋势，该系统的应用可顺利实现对于企业安全生产保障和用户侧数据的采集和互动，利用大数据技术对这些数据进行处理和分析，对提高安全管理、节能管理及智慧运营水平有着巨大的应用价值和社会价值。

参考文献：

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[5]李剑琦，[ABB]ABB机器人完美征服中国市场[J] 现代制造，2010，（03）

作者简介：马爱民（1968-09-11）,男,籍贯：河北故城,学校：天津科技大学，职称：副高级工程师，学历：大学本科，主要研究方向：安全工程。