國(guó)內(nèi)外巡檢機(jī)器人研究現(xiàn)狀

李永立，王燕飛

（1.旬邑縣中達(dá)燕家河煤礦有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083）

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，通過分析國(guó)內(nèi)外近年來的研究現(xiàn)狀，巡檢機(jī)器人的類型與技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性與機(jī)器人本體構(gòu)造仍有待提高[1]。由于現(xiàn)有通常使用的懸掛式巡檢機(jī)器人必須要有固定的軌道，在繞道和彎曲路段對(duì)軌道要求比較高，而且只能在同一直線上來回移動(dòng)，不夠靈活，當(dāng)其在軌道上發(fā)生損壞時(shí)不方便維修[2]；輪式巡檢機(jī)器人輪胎接觸地面面積小，單位壓強(qiáng)大，對(duì)巷道地面要求比較高[3]。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜述分析，為減少人工作業(yè)，引進(jìn)智能化技術(shù)，解決現(xiàn)有技術(shù)問題[4]。希望能給讀者以及煤炭等企業(yè)對(duì)智能化的發(fā)展帶來幫助。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60至70年代，在SRI研究院的AI部門，全球的首臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人Shakey正式誕生[5]。如圖1所示，Shakey機(jī)器人配備有老式攝像機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、測(cè)距儀、傳感器及其所需的基礎(chǔ)設(shè)施。其運(yùn)用了A*算法（the Asearch algorithm）和可視圖法（the visibility graphmethod）2種經(jīng)典導(dǎo)航算法。具備了初階的識(shí)別感知、自主推理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和路徑控制等功能，證實(shí)了人工智能（AritificialIntelligence，AI）范疇許多嚴(yán)肅的科學(xué)理論。

圖1 Shakey機(jī)器人

LineScout是當(dāng)時(shí)加拿大新型的輪爪復(fù)合結(jié)構(gòu)的四臂電力線路巡檢機(jī)器人[6]，由Montambault等開發(fā)完成。如圖2（a）所示，該機(jī)器人的檢查方式是通過CCD攝像來進(jìn)行巡檢，移動(dòng)方式為架空地線（OGWs）及相鄰相線，通過爪子進(jìn)行移動(dòng)。2018年，在加拿大Hydro-Québec研究院研制出LineRanger機(jī)器人，其應(yīng)用是通過紅外線檢測(cè)溫度形成影像，然后傳遞給接收主端，達(dá)到室內(nèi)巡檢的效果；重50 kg的機(jī)器人可在735 kV高壓線上滑行，擁有4個(gè)機(jī)械臂，輕松穿越諸如間隔棒、線夾等障礙物。因此其不但工作效率高，而且工作時(shí)長(zhǎng)與安全也得到保障。實(shí)物如圖2（b）所示。

圖2 LineScout機(jī)器人和LineRanger機(jī)器人

21世紀(jì)20年代，更為新型的機(jī)器人TI由科研人員在美國(guó)電力研究院（EPRI）研制成功[7]。如圖3所示，其通過雙臂均勻式聯(lián)合布置，且雙臂與纜線臨界摩擦，在正常前進(jìn)的過程中同時(shí)帶來阻力以對(duì)抗途中各種阻礙。科研人員為更準(zhǔn)確地控制機(jī)器人的運(yùn)行，使機(jī)器人搭載了可見光攝像頭和紅外線傳感器。

圖3 TI機(jī)器人

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

“九五”以來，山東電力集團(tuán)承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司和山東省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目16項(xiàng)和國(guó)家“863”項(xiàng)目2項(xiàng)。2004年國(guó)內(nèi)首創(chuàng)巡檢機(jī)器人完成樣機(jī)開發(fā)[8]。如圖4所示，機(jī)器人將聲音、遠(yuǎn)程紅外熱成像及視覺等多種傳感器集成于自身，借助激光雷達(dá)和GPS全球定位系統(tǒng)，在強(qiáng)電磁干擾的超高壓變電站設(shè)備巡檢領(lǐng)域成功應(yīng)用。

圖4 國(guó)內(nèi)首臺(tái)功能樣機(jī)機(jī)器人

如圖5所示，京東機(jī)器人的迭代發(fā)展[9]，從第一代“亞洲一號(hào)”到第二代“瓦力”，以及目前迭代到第三代的“第二代”巡檢機(jī)器人，亞洲一號(hào)機(jī)器人1 min可拍照3.2萬次、智能打包5 120件；瓦力通過各方向智能攝像機(jī)配置，以及自主規(guī)劃巡檢路線，同時(shí)進(jìn)行溫度、光照、煙霧、聲音、濕度和熱成像等信息采集，效率與自主能力增強(qiáng)。第二代機(jī)器人應(yīng)用了SLAM定位導(dǎo)航控制、計(jì)算機(jī)視覺、ReID識(shí)別（行人再識(shí)別）、邊緣計(jì)算及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片等技術(shù)，其擁有自動(dòng)回充、智能過障和查看多維分析報(bào)告等性能。

圖5 京東機(jī)器人的迭代發(fā)展

如圖6所示，我國(guó)第一臺(tái)智能巡檢機(jī)器人國(guó)網(wǎng)智能在研發(fā)成功后，已經(jīng)在全國(guó)運(yùn)行將近600臺(tái)，大大節(jié)省了人力資源，其主營(yíng)電氣自動(dòng)化設(shè)備及電力機(jī)器人等。申昊科技智能機(jī)器人含智能硬件和智能電力監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備，應(yīng)用場(chǎng)景為配電站、變電站開關(guān)等，其軌交線路開發(fā)運(yùn)營(yíng)后，將進(jìn)軍軌道交通行業(yè)。國(guó)辰機(jī)器人，順利擴(kuò)展巡檢機(jī)器人在地下管廊、污水廠的運(yùn)作，填充了市場(chǎng)空白，其管廊巡檢機(jī)器人更加充分地操作在地下封閉環(huán)境的巡檢需求中。其研制成功的有站內(nèi)巡檢、場(chǎng)內(nèi)軌道及國(guó)自等，運(yùn)作登記完成66 kV的根本變電站到1 000 kV的特高壓變電站運(yùn)作全包圍。

圖6 國(guó)內(nèi)巡檢機(jī)器人

3 人工與機(jī)器人巡檢對(duì)照

傳統(tǒng)人工巡檢數(shù)據(jù)結(jié)果95%以上來源于目光觀察，且工作量大、任務(wù)范圍廣及具有重復(fù)性。我國(guó)通過3年時(shí)間實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人作業(yè)60%以上代替人工檢查，其中機(jī)器人來替代人工解決急、難、險(xiǎn)、重等工作。巡檢機(jī)器人有6大功能：①自行充電；②路線制定；③自動(dòng)識(shí)別；④攝像頭全方位探測(cè)；⑤紅外感應(yīng)；⑥資料儲(chǔ)存與處理。機(jī)器人通過6大功能相應(yīng)替代人工對(duì)應(yīng)工作。人工和機(jī)器人巡檢對(duì)照見表1。

表1 人工和機(jī)器人巡檢對(duì)照

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外情況研究表明，巡檢機(jī)器人不斷更新發(fā)展，其技術(shù)方面逐漸實(shí)現(xiàn)無人化的目標(biāo)，且機(jī)器人巡檢在減少人工量的同時(shí)提升了更高的精確度。智能化的發(fā)展終究是各個(gè)行業(yè)的未來化發(fā)展的必然方向。