基于物聯網技術的柔性管道巡檢機器人

鄭海濱

（福建省特種設備檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

0 引 言

隨著石化園區行業發展規模的不斷擴大和管道檢測技術整體要求的不斷提高，施工人員需實時監控和跟蹤石化園區的各種信息數據。通過檢測管道可有效滿足各種管道布設、基坑跟蹤監測及重點管線綜合巡查等方面的需求。智能管道巡檢機器人主要是綜合檢測管內作業場景中物聯網傳感系統的各種不同類型終端硬件。

1 關于物聯網技術的概述分析

物聯網技術是一種根據互聯網各種規范、標準，利用高性能射頻識別設備、多功能紅外感應器設備、智能綜合定位跟蹤系統及高性能激光掃描器等重要信息數據傳感設備連接物品和互聯網，以實現各種信息資源之間的有效交換和通信的綜合性網絡信息技術。物聯網技術的核心內容是互聯網技術。物聯網誕生于20世紀初，作為一種創新型產業已逐漸成為社會經濟發展過程中不可或缺的重要資源。物聯網技術不斷發展，其影響范圍越來越廣泛。物聯網可通俗地理解為事物與事物、事物與人之間的各種信息傳遞與管理。通常，物聯網應用中較常見的技術有3種。（1）傳感器技術是計算機應用中不可或缺的部分。由于計算機處理數據時使用數字信號，需利用傳感器技術把模擬信號轉換成數字信號，以有效滿足不同人群對信息資源的需求。（2）RFID標簽是一種融合了無線射頻技術和嵌入式技術的創新型技術，在自動識別與物品物流管理方面應用廣泛[1]。（3）嵌入式系統技術是一種包括高性能傳感器、集成電路及計算機軟硬件的電子綜合應用技術。近年來，嵌入式系統技術快速發展，出現了越來越多的創新型終端產品，極大地便利了廣大社會民眾的日常生活。例如，市場上不同類型的MP3電子設備和航空航天衛星系統，一定程度上推動了工業的快速發展。物聯網是一個復雜的綜合性結構，若把物聯網比作人，傳感器就如同人的鼻子、皮膚等重要感官，嵌入式系統就如同人的大腦。由此可見，嵌入式系統在物聯網技術中占據重要地位。

2 關于柔性測試技術的分析

柔性測試技術融合了各種不同類型的新型技術，廣泛應用于汽車制造行業[2]。柔性測試技術可充分融合機電一體化技術、虛擬儀器技術及軟件技術等，使其具備靈活性、適應性及可擴展性的特點。柔性測試技術是一種現代化綜合性技術，需以測試系統功能和性能為重要關注對象。柔性測試技術不是一種簡單化的系統集成，而是一種綜合性的成熟專業應用系統。由于柔性測試技術的不斷發展，它已被廣泛應用于柔性管道巡檢機器人的生產與制造，并推動了社會經濟的穩定發展。

3 基于物聯網技術的柔性管道巡檢機器人

3.1 智能控制系統應用

3.1.1 智能故障判斷

基于物聯網技術的柔性管道巡檢機器人的智能故障判斷是一項復雜的工作。判斷故障時，工作人員應綜合考慮和分析其他各方面因素，并充分結合實際結果和運行指令。當實際結果和運行指令對應的理論結果存在差異時，斷定為自動化綜合裝置運行故障[3]。由于在設計上指令系統和結果反饋系統大多呈現獨立狀態，可知此自動故障判斷模式的錯誤率很小。管道巡檢機器人運行程序中，前進與后退是兩種較常用的信息指令，且對應的運行結果是管道內位置改變。當運行指令和實際結果對應關系簡單時，可使用自動故障判斷模式。

3.1.2 路徑設定與管內定位方式

柔性管道巡檢機器人是一種現代化的高科技產物，其管內循環是一種自動化過程。管內巡回路徑設置可通過參數設置選項或者示教寫入的方式完成。充分結合兩種不同的設定方式，便于工作人員設置機器人路徑，減少不同類型障礙的發生。雖然機器人在管道系統中可精確判定自身位置，但是大量不同類型的管線系統一般設置在地下空間、墻體內部或者其他一些隱蔽的區域中，不僅影響無線信號傳輸，而且無法使用單一無線定位方式完成管內定位。充分結合運動計程和定位點定位，可使機器人在管道中正常、穩定運轉；通過搭載高性能感受器，可使機器人在復雜管道系統中精確判定自身位置；通過安裝金屬傳感器，可使機器人深入探測金屬材料制成的定位環和不同類型永磁體產生的定位[4]。由于大部分管道系統內部結構復雜，不易安裝一定數量的定位點結構，產生的定位分辨率將無法滿足機器人的管內自動巡回需求。通過計量導向輪和管壁間的轉動圈數，換算后得到機器人在管道中的行進路程，進而精確反映機器人的實際位置。

3.2 物聯網傳感系統

物聯網傳感是一種綜合性系統，可應用于數據量大、種類多及實時性要求高的工控現場網絡。物聯網綜合體系一般包括傳感網絡、傳輸網絡及應用網絡三種結構方式[5]。智能手機、高性能平板電腦等終端設備可在短時間內接入到應用網絡。柔性管道巡檢機器人自身具備傳感網絡的各項功能。重要的硬件設備通常包括3個重要部分：機器人、地面基站、傳輸網絡節點與網關節點。由于機器人的安裝位置隨機性大且多數工程現場不適用于大規模布設，機器人與地面基站、傳輸網絡節點一般采用工業無線通信的方式通信。

3.3 柔性檢測系統

隨著科技的不斷進步，智能制造理念逐漸成為行業發展的趨勢，同時在一定程度上推動了自動化生產發展，提高了對檢測技術的整體要求。各種檢測裝備的整體生產與設計周期長，并應用了大量專用零件，導致無法批量化生產或者檢測裝備質量不合格的現象多發。為保障裝備檢測行業穩定發展，需重點分析兩個方面。第一，模塊化硬件分析。柔性管道巡檢機器人是一個由各種不同類型尺寸和性能特征模塊共同組成的綜合性裝置，其設計過程多采用人工智能系統理論。驅動輪模塊、動力輸出模塊與機器人外圍是柔性系統中的重要部分。供電通信模塊為機器人提供通信方式和電力，傳感器模塊是依據特定要求創造的高性能傳感系統。目前，可提供的檢測功能主要包括傾角檢測、影像檢測及溫濕度檢測，其他不同類型檢測功能可根據不同需求深層次拓展[6]。第二，柔性軟件結構。硬件系統模塊化設計是一項復雜的工作流程。通過柔性軟件架構，可在短期內組合整個硬件系統，且自動對接其他軟件系統的數據通信與控制通信。由于柔性管道巡檢機器人內部是一套柔性軟件架構，因此數據通信信號與其他控制信號均集中在同一條總線上。

4 結 論

隨著科技的不斷發展，物聯網信息技術已廣泛應用于多種行業。基于物聯網技術的柔性管道機器人，有效滿足了長期值守巡檢的要求，節省了大量人力。