機器人在巡檢領域的應用

霍成全

摘? 要：隨著礦山逐步轉入地下開采，開采環境隨之改變，采礦過程的安全與經濟成為礦山要解決的重點問題，礦山面臨的市場形勢與技術變革壓力迫使礦山通過自動化改造、數字化運營、智能化集控系統搭建實現跨越式發展。

一、成果簡介

智能巡檢機器人系統是直接應用于企業設備管理的一項新技術，其在降低工人勞動強度、提高企業設備運行效率、減少非計劃停機、提升運營水平、提高企業現代化科學管理和數字化管理等方面發揮重要作用。在未來的生產與管理上也有此必要性和迫切性，實施巡檢機器人系統是一項應用價值很高的項目。

二、成果的產生背景

長期以來，皮帶輸送系統和泵站的巡檢工作主要依靠人工進行定時檢查、駐點值守。依靠人工檢查容易受到個人經驗、主觀意識的影響，受到監測手段、數據記錄、數據分析方面的制約，通?；ㄙM大量人力不能得到有效的數據結果。軌道式智能巡檢機器人系統是一套結合人工智能、自動控制、機器視覺、物聯網等技術的綜合性系統。該系統很好地解決了當前人員只能進行定時檢查、駐點值守的情況，避免復雜的環境、狹小的空間、噪音大、不安全因素等對人員巡檢的影響，檢視結果不受個人經驗和情緒、主觀意識的影響，不受監測手段、數據記錄、數據分析方面的制約，最大程度提高安全性和對設備的保護能力。實現完整有效的巡檢機器人系統有著重大意義，可為企業安全生產保駕護航。

三、成果的基本內涵

巡檢系統的智能分析功能主要由計算機軟件來實現，在視頻分析和決策方面主要以深度學習為核心。

深度學習是機器學習的一種方法，它源于人工神經網絡，并將人工智能推上了新的高度，在圖像、視頻、音頻等分析方面應用廣泛。

神經網絡是模仿人類神經系統，用于模式識別的算法。神經網絡這個術語來源于這些系統架構設計背后的靈感，這些系統是用于模擬生物大腦自身神經網絡的基本結構，以便計算機能夠執行特定的任務。

卷積神經網絡是一類包含卷積計算且具有深度結構的神經網絡，是深度學習的代表算法之一。卷積神經網絡具有表征學習能力，能夠按其階層結構對輸入信息進行平移不變分類。卷積神經網絡解決了傳統較深的網絡參數太多，很難訓練的問題，使用了“局部感受野”和“權植共享”的概念，大大減少了網絡參數的數量。

智能巡檢系統后臺引入卷積神經網絡對異常工況圖像進行判斷。通過學習樣本數據的內在規律和表示層次，獲得信息實現對圖像的智能識別功能。隨著模型的迭代，數據閉環的形成，系統的識別精度會越來越高。

四、成果的具體實踐和主要做法

皮帶巡檢機器人的應用

巡檢機器人主要由移動巡檢平臺、無線通訊系統、充電裝置、各種信號采集設備和軌道系統組成。采用了先進的無線充電、無線數傳等技術，實現了機器人在軌道自動或手動控制運行，對整個軌跡內的聲音、圖像、氣體等參數的實時采集、回傳、存儲及分析。

系統采用工業級無線終端，此終端支持802.11N標準的高性能、高帶寬、多功能工業級無線終端，該終端基于802.11N MIMO（多進多出）技術，采用了2T2R的構架，支持20/40MHz頻寬，最高物理層帶寬可達300Mbps。

機器人掛載雙光譜熱成像攝像機，用來識別皮帶機表面、托輥、電機表面、減速機表面、橋架、電纜等溫度情況。與傳統的接觸式溫度檢測相比，熱成像溫度識別具有范圍更大、精度滿足需求、故障率低的特點。使用巡檢機器人掛載熱成像攝像機，在擴大檢測跨度的同時更能靈活部署。除測溫外，熱成像攝像機還具有很好的煙霧識別功能。

軌道材料為標準10號工字鋼。軌道的安裝通常是采用吊頂安裝方式，不具備吊頂條件的還可以采用支架方式。由于現場加工制作軌道會嚴重拖長施工工期，因此采用現場測繪后，統一加工的方法，每一根軌道都有固定的安裝位置，這樣會大大提高施工效率。

為了保證巡檢效率，皮帶行人側單側布置一條軌道，設計巡檢機器人1臺;

軟件功能

為智能巡檢系統開發了控制軟件，具備實時信息采集、設備控制、圖像分析、故障狀態識別、報警通知、歷史信息存儲和查看等功能。

軌道式智能巡檢系統具有如下功能：

（1）移動行走功能：具有沿軌道前后移動行走、調速、啟動、停止、轉向等功能。

（2）巡檢模式：系統具備手動/自動模式巡檢功能，手動方式為人工控制機器人巡檢;自動巡檢方式在無人監控的情況下，巡檢機器人根據預設指令自動巡檢。

（3）數據存儲：系統具備歷史數據存儲及查詢功能。

（4）視頻采集功能：系統具有實時采集顯示皮帶機廊圖像的功能。

（5）熱成像圖像顯示功能：系統具有實時采集顯示皮帶機廊熱成像圖像的功能。

（6）測溫及火點檢測功能：系統具備熱成像測溫及火點檢測功能。

（7）聲音采集功能：采集設備運轉時的聲音信息，通過快速傅里葉變換分析聲音的時域和頻域信息，當設備運轉不正常時發出報警。

（8）云臺控制功能：系統具有云臺PTZ控制功能，倍率、焦距控制功能。

（9）精確定位功能：機器人具有精確定位功能，機器人的控制系統能夠根據實時位置對運動控制進行決策。

（10）一鍵返航功能：不論智能機器人巡檢系統處于何種工作狀態，只要啟動一鍵返航功能，智能機器人巡檢系統應中止當前任務，按預先設定的策略安全返航。

（11）報警功能：裝置具有聲光報警功能，當裝置檢測到任何一類傳感器的檢測數據出現異常時，聲光報警器應運行發出聲光報警，引起操作人員注意。

（12）通訊功能：支持標準工業通訊協議，將各狀態及數據通訊到上層系統。

（13）避障功能：機器人能夠在檢測到人員或影響運行的異物接近時及時停止行走，避免危險發生。

（14）自主充電功能：機器人具有自主充電功能，能夠與皮帶機內充電設備配合完成自主充電，電池電量不足時能夠自動返回充電

（15）智能識別功能：系統具有根據預訓練模型對異常工況進行智能識別功能（基于深度學習算法）。

熱成像技術噴淋系統的應用

實施方案

在皮帶下料口3米處分別布置一臺固定安裝的熱成像攝像機，用于檢測4條皮帶上超溫的物體進行檢測，攝像機檢測的溫度上限為550℃，極限耐溫70℃，理論上，皮帶上的高溫紅球不損壞熱成像攝像機。熱成像攝像機對區域內的平均溫度和超高溫度進行監測，通過程序進行控制若超過設定值，則通過PLC控制器控制對應調節型電動球閥，當溫度恢復到正常溫度時關閉電動球閥。4臺固定點熱成像攝像機，當熱成像攝像機發現皮帶有紅球下落時，攝像頭內置的報警輸出點傳送到PLC控制系統中，系統自動對閥門進行開啟，對皮帶進行噴水。

五、成果取得的效益和效果

智能巡檢機器人系統是直接應用于企業設備管理的一項新技術，其在降低工人勞動強度、提高企業設備運行效率、減少非計劃停機、提升運營水平、提高企業現代化科學管理和數字化管理等方面發揮重要作用。在未來的生產與管理上也有此必要性和迫切性，實施巡檢機器人系統是一項應用價值很高的項目。

改造效益：

（1）減少人員在泵站嘈雜的環境中作業，降低人員安全隱患，降低職業病的發生.

（2）系統的投入取代現場巡檢維護崗位，實現現場實時監控能及時發現設備運行中存在的隱患，將故障消滅在萌芽狀態，實現現場無人化目標.

效果分析：

（1）降本：減少崗位人員6人，年節約協力費用成本約50萬元.

（2）增效：巡檢機器人系統實時監測能及時發現隱患問題，將故障消滅在萌芽狀態，避免事故擴大， 提升系統運行可靠性 .

（3）減員：智能巡檢機器人的應用可取代人工巡檢，實現現場無人化，減少崗位人員6人.