石化巡检机器人研究综述

摘要：石化巡检机器人通过外部挂载的可见光摄像头、红外摄像头感知、物联传感器数据采集、标准行业设备接入[1]，现实了对石油化工场景全方面管控检测。通过以图像分析和视频采集为核心的新一代物联网技术，加上图像识别的先进技术算法，为石化场景提供有效的安全保卫、人员管理、生产管控、安全监督、设备检查[2]、危险源识别、红外测温、车辆管控、隐患处理等功能，以期保障高危从业人员的安全与健康，预防危险事故的发生同时提升有效的业务效率，辅助用户管理与决策。本文分别对石油化工巡检机器人的发展历程、目前国内外研究现状和难点、对未来的研究和发展等进行了综述性探讨[3]。

关键词： 石油化工；巡检机器人；设备检测

一、引言

伴随着中国变成世界最大工业机器人销售市场的态势，电力工程、化工厂等高风险行业的机器人的入场难以避免。传统的人力巡检取决于检查员积累的经验和责任感，往往在工作中出现马虎粗心等问题。与此同时工作中检测效率的不高，不益于管理人员对检测品质开展创新管理与评价。为解决人工检测缺点，机器人智能检测技术应时而生，它是发展人工智能化应用的一种新的检测技术。巡检智能机器人一般由巡检智能机器人本体和AI服务平台构成。巡检智能机器人本体选用在智能机器人通用平台外加外部传感器的搭配方式，可按照实际应用情况配备各种各样监控摄像头和感应器。智能机器人巡检替代了传统人力巡检，实现了智能化、智能化、智能的工厂巡检。是理想的预警检测技术，具备宽阔未来发展趋势和重大的实际意义。

二、巡检机器人的发展历程

（一）国内巡检机器人发展历程

巡检机器人主要运用于在配电站、住宅小区、化工企业、城市道路与交通巡检、配电房与变电站巡检、、企业安全生产巡检、铁路轨道及配电巡检、河道山体预警检测等无人环境里，取代人力进行急、难、险、重、可重复性任务。

巡检机器人的应用毫无疑问将成为时代重要发展前景。大部分化工企业的重要安全性任务是定期检查维护保养各种开关阀门及危险源，阻止一切可能发生的危险事件。比如说在某一个高辐射地区，工作员不可以长期滞留，造成工作进展慢，效率不高。近些年，伴随着化工厂制造业自动化技术性、智能化和规模化的迅速发展，服务机器人技术性日趋健全，且被广泛应用于各行各业。巡检机器人的来临也改变了石化行业新模式。做为石油化工大国，近年来随着社会老龄化，危险化学品招商合作难，安全生产风险大，令人担忧。智能化检测机器人将成为化工厂制造行业的下一个运用出风口。从石油、化工、电力等行业智能巡检机器人的应用情况和研发企业分析来看，绝大部分采用轮式巡检机器人搭载各种行业应用传感器进行数据采集和智能分析，实现了自动化、信息化、集约化，可以在很大程度上代替人工完成大部分巡检任务。

（二）国外巡检机器人发展历程

1988年东京电力公司研发出无人架空地线线路巡视机器人，能够满足电力线路工作电压安全性自动识别的需求。1989年，美国TRC企业研发出配电站智能化巡检机器人，能自动完成线上维护保养每日任务，即便在极端天气环境下，也可以实行架空输电线路沿途复合绝缘子、压接端子、跳停、藕合点巡检，实时监控系统数据信息。加拿大魁北克水电厂2000年研制出机器人具备结构紧凑、推动力充裕、抗干扰性高的特性[4]，能够实现机器人和控制中间实时彼此运行数据和远程控制。圣保罗大学开发一种基于配电站网络应用的电力巡检机器人。

三、国内外研究现状与难点

中国已经将机器人和智能制造系统列入国家科技创新优先选择行业方向。“智能制造”的企业当中，高危工作成本占企业生产经营成本的比列很大。“根据国家十三五”整体规划明确提出，必须要加强公司职业病预防，保证高危作业人员的生命健康安全。同时我国公布的2015版《职业病危害因素分类目录》将原先的133项危害因素增至454项[5]。石化巡检机器人融合多项先进技术，其中包括多传感器融合技术，非接触检测技术[6]，无线通讯技术，无线充电技术，温度表计识别技术，边缘-云端通信技术，为多学科、多种技术的融合体，关键、重要、核心技术及难点较多。如：机器人导航与定位，机器视觉，运动控制，传感器融合等；在项目实施过程中，必须注意优先级、循序渐进、严谨科学合理的研发方式。

（一）关键、重要问题及难点

（1）实现防爆、小型化、轻型化、使用寿命长、稳定的运行，满足风沙等恶劣的气候条件。

（2）感应器与信息结合：巡查机器人的传感器技术主要包含机器人部位、方位、速率及影响场景信息的收集与处理。

（3）定位导航技术性：传感器能实时感知自身与环境之间的相对位置，以便后续为下一步行动制定行动策略[7]，并能根据目标正确引导数据信号完成向目标独立移动。

（4）最短路径算法与运动控制系统：最短路径算法是机器人完成导航的另一个关键步骤，或者说依据一些指标值（比如，最短时间、最短路径算法等）整体规划出从一点到标记点无碰撞的最优路径。运动控制系统的目的在于控制模块向机器人发出命令，使其精确、迅速、平稳完成点到点和随意角度的运动。

（二）巡检机器人的核心技术

（1）满足机器人底盘防爆、隔爆标准的轻量化设计；

（2）机器人底盘隔热/隔燃/阻燃/降噪技术；

（3）机器人动力传动系统；

（4）机器人轮胎耐高温、耐磨损、抗静电防护链；

（5）电源综合管理及能量回馈技术；

（6）路径规划与运动控制；

四、未来的研究和发展的展望

伴随着人工智能逐渐打开市场，5G社会的脚步越来越近，石化行业巡检机器人慢慢走进了多个公司的岗位和场景里[8]。科技赋能-大数据技术、人工智能技术、云计算技术、5G等，逐渐从试验室迈向日常生活，完成了巡检机器人行业高新科技工作经验普及化。预估巡检机器人将于石化行业的环保监测、危险作业、风险排查、事故救援等多个方面获得不可替代效果。在无人或不是很拥堵的环境里单独或远程控制巡查，可以及早发现异常情况，防止机器运行安全隐患，从而实现工作效能和检测品质，切实推进无人区域内的过程。国家新政策鼓励和政府的保驾护航，我相信巡检机器人战胜各种各样不利因素，进入高速发展的快车道。

参考文献

[1]张成巍，岳湘．智能巡检 机器人研究现状与发展趋 势[J]．电工文摘，2015（1）：9-12.

[2]谭富民．无人值班变电 站巡检机器人的研究及应用 [D]．长沙理工大学，2014.

[3]鲁守银，钱庆林，张斌．变电 站设备巡检机器人的研制[J]．电力 系统自动化．2006. 30（13）：94-98.

[4]鲜开义．变电站轨道 式巡检 机器人控制系统设 计[J]．西安交通大学，2018.

[5]谭湛 红外成像测温 技术在变电站 中的应用[J]．电气工程 应用，2009（2）：32-35.