石登龍 李文義 崔碧晟 孫忠楊 黃勇森 把建龍

摘? 要：本文對(duì)一種在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的懸掛軌道式巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，探討了該機(jī)器人如何利用信息采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、定位與路徑規(guī)劃、自主充電、通信系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)人工巡檢逐步走向以人工智能技術(shù)為依托的“智能巡檢”和“立體巡檢”。并對(duì)該機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展方向做出展望，指明工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人技術(shù)? 懸掛軌道? 智能巡檢? 發(fā)展方向

中圖分類號(hào)：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（a）-0087-08

Abstract： In this paper， a suspension rail type inspection robot in the field of industrial production key technologies are analyzed， and the robot is discussed how to utilize the information collection system， image processing system， the intelligent control system， the orientation and path planning， autonomous charging， communication system and other key technologies to realize from the traditional manual inspection step by step towards based on artificial intelligence technology "intelligent inspection" and "stereo inspection". The future development direction of the robot is prospected， and the development direction of the key technology of the suspended rail inspection robot in the industrial park is indicated for reference.

Key Words： Inspection robot technology; Suspension rail; Intelligent inspection; Development direction

產(chǎn)業(yè)園區(qū)承擔(dān)了企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)，因此對(duì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提出了更高的要求，監(jiān)管能力需要進(jìn)一步提升，在現(xiàn)代安防項(xiàng)目建設(shè)中，大部分企業(yè)會(huì)以固定攝像頭監(jiān)控為主，安保人員巡邏為輔的方式來(lái)設(shè)計(jì)解決方案。但這種固定式攝像頭監(jiān)控設(shè)置以“固定式”為主，對(duì)于視頻監(jiān)控視角以外的死角區(qū)域無(wú)法做到面面俱到，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前智能制造建設(shè)的要求。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人就是在這種背景下發(fā)展起來(lái)的，它依托各種相關(guān)檢測(cè)設(shè)備和信息處理算法可在巡檢過程中對(duì)園區(qū)環(huán)境安全因素進(jìn)行識(shí)別、把控、火災(zāi)預(yù)警與消防等，相比傳統(tǒng)人工巡檢具有更大優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)比人工巡檢更智能的工廠輔助管理與緊急情況處置，對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

1? 概述與研究現(xiàn)狀

1.1 懸掛軌道式巡檢機(jī)器人概述

工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、信息融合、動(dòng)態(tài)決策與路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制與任務(wù)執(zhí)行等多功能融于一身的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。該機(jī)器人區(qū)別于傳統(tǒng)的巡檢機(jī)器人，其運(yùn)行軌道位于墻壁或者天花板，有特定的運(yùn)行軌道。它是以移動(dòng)機(jī)器人作為載體，以可見光攝像機(jī)、紅外熱成像儀、多種傳感器和其它檢測(cè)設(shè)備作為載荷系統(tǒng)，利用RFID定位—固定軌道—機(jī)器視覺—數(shù)據(jù)分析的多種信息融合作為機(jī)器人自主巡檢與自主移動(dòng)的導(dǎo)航系統(tǒng)，并以嵌入式計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺(tái)。是一種以智能化技術(shù)為基礎(chǔ)，可編程并且融合了電力電子、導(dǎo)航定位、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、多傳感器融合和圖像識(shí)別等技術(shù)的巡檢機(jī)器人，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人可作為移動(dòng)式監(jiān)控平臺(tái)，巡檢過程中模擬人工操作，通過調(diào)用總數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)與檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和分析處理，對(duì)工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)和突發(fā)災(zāi)害做出正確的判斷和相應(yīng)的操作，例如控制電閘通斷、打開消防水閥等，賦予工業(yè)園管理者的角色，替代了傳統(tǒng)人工巡檢。圖2為工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人三維模型示意圖。

1.2 發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代巡檢機(jī)器人的研究最早可以追溯到20世紀(jì)60年代末期，由美國(guó)斯坦福研究院（SRI）研制出了名為Shakey的自主移動(dòng)機(jī)器人，初步具備在復(fù)雜環(huán)境下自主推理、辨別物體、運(yùn)動(dòng)控制和路徑規(guī)劃等功能，被視為巡檢機(jī)器人最早的雛形。

我國(guó)的巡檢機(jī)器人的研究始于 20 世紀(jì) 90 年代，相對(duì)國(guó)外來(lái)說(shuō)起步較晚。1998年武漢大學(xué)研制出了一種通過遙控操作的巡線小車，2000年改進(jìn)為由兩個(gè)傘形輪交替跨越障礙，兩套帶夾具和行程放大臂的交替爬行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。到2016年，山東魯能智能科技有限公司開發(fā)出了一種用于變電站的軌道式室內(nèi)巡檢機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)溫功能，儀表狀態(tài)識(shí)別等功能。

巡檢機(jī)器人自20世紀(jì)60年代問世以來(lái)，已經(jīng)取得了許多實(shí)質(zhì)性的成果。尤其是在電力行業(yè)中的應(yīng)用，逐步取代了傳統(tǒng)的人工巡檢。而且在其他行業(yè)也開始蓬勃發(fā)展。關(guān)于巡檢機(jī)器人的巡檢應(yīng)用方案目前主要有三種：第一種是地面式巡檢機(jī)器人，用于地面巡檢。可沿地面自主移動(dòng)，目前應(yīng)用較為廣泛，這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性較高，但運(yùn)動(dòng)路線的不確定因素較多，巡檢軌跡規(guī)劃對(duì)算法的依賴程度較大，對(duì)傳感器依賴程度高。第二種是飛行式巡檢，主要由無(wú)人機(jī)承擔(dān)巡檢，巡檢范圍廣，靈活性最高。但局限于空間廣闊的地方執(zhí)行任務(wù)，受天氣等環(huán)境因素影響較大。第三種則是懸掛軌道式巡檢機(jī)器人，沿固定導(dǎo)軌進(jìn)行移動(dòng)。該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路線由懸掛式軌道固定，由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證，運(yùn)動(dòng)安全性高，而且不占用地面空間，靈活性不如地面式巡檢機(jī)器人，但在未來(lái)，這種懸掛軌道式巡檢機(jī)器人將成為智能制造必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起到智慧園區(qū)的“智能管家”作用。

2? 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 定位與路徑規(guī)劃

定位是傳統(tǒng)巡檢機(jī)器人要解決的三個(gè)基本問題之一，目前雖然GPS已經(jīng)能夠提供高精度的全局定位，但對(duì)于工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用具有一定局限性。例如在室內(nèi)GPS信號(hào)很弱、信號(hào)被遮擋、多徑效應(yīng)等原因造成位置丟失、精度下降。而且工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境是在建筑群內(nèi)，往往都是多機(jī)器人、多樓層同步巡檢，利用GPS可能會(huì)造成位置重疊，因此GPS不適用該巡檢機(jī)器人。

目前巡檢機(jī)器人主流的定位技術(shù)主要有WIFI定位、RFID定位和Bluetooth定位，這幾種定位技術(shù)都需要部署定位基站，WIFI要部署AP，RFID要部署RFID Reader，Bluetooth要部署B(yǎng)luetooth基站或iBeacon。WIFI定位的劣勢(shì)是定位精度不高，沒有方位性，定位精度誤差一般在5m左右，而且WIFI基站或AP的信號(hào)易受干擾，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，無(wú)法保證定位的精度;Bluetooth定位精度比WIFI定位更高一些，定位精度一般在3～5m左右，目前最新的Bluetooth定位技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⒍ㄎ痪染_到厘米級(jí)別，但目前還沒有被廣泛應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是定位距離較短，一般只能應(yīng)用在20m的范圍內(nèi)。而RFID定位相對(duì)WIFI定位和RFID定位而言，RFID定位精度高于WIFI定位和Bluetooth定位，穩(wěn)定的工作半徑可達(dá)到50m左右，有源RFID定位最遠(yuǎn)距離可達(dá)150m，而且應(yīng)用成本也相對(duì)低。綜上所述，工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人采用RFID定位技術(shù)作為無(wú)線定位的方法。

RFID技術(shù)又稱無(wú)線射頻識(shí)別。是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可通過無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，不需要識(shí)別模塊與特定目標(biāo)之間建立光學(xué)或機(jī)械接觸。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并且可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽。主要由應(yīng)答器（或電子標(biāo)簽）和詢問設(shè)備（或讀取器）兩個(gè)部分組成。該技術(shù)可用于檢測(cè)、控制和跟蹤工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)定位功能。RFID還分為有源和無(wú)源兩類，有源電子標(biāo)簽內(nèi)部包含獨(dú)立電源，壽命比無(wú)源的更長(zhǎng)，而且功率更高，識(shí)別距離更遠(yuǎn)。當(dāng)前有源RFID 技術(shù)的主要頻段為：433MHz、900MHz、2.45GHz、5.8GHz。超高頻有源RFID的通訊距離最高可達(dá)150米。無(wú)源標(biāo)簽依賴于讀取器提供外部電磁信號(hào)來(lái)為其供電。RFID定位能滿足工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人在工業(yè)園區(qū)復(fù)雜的軌道環(huán)境的定位要求。

路徑規(guī)劃也是工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人研究中的一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。工業(yè)園區(qū)的巡檢軌道布局可能是錯(cuò)綜復(fù)雜的，那么當(dāng)該機(jī)器人執(zhí)行智能巡檢任務(wù)時(shí)，如何去選擇合適的軌道巡檢，這也是我們需要考慮的，這就涉及到路徑規(guī)劃的研究。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人追求的是類似于巡檢人員執(zhí)行巡視任務(wù)時(shí)的路徑搜索邏輯，即在已知軌道布局情況下搜索到節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)巡檢路徑。目前主要的路徑規(guī)劃算法主要有：柵格法、人工勢(shì)場(chǎng)法、可視圖法、自由空間法、A^*算法、D^*算法、模糊邏輯算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。不同的規(guī)劃方法各有自己的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。格柵法一直是機(jī)器人路徑的規(guī)劃的基礎(chǔ)方法，現(xiàn)在巡檢機(jī)器人常用的路徑搜索算法之一就是A^*算法和D^*算法，A^*算法是一種應(yīng)用廣泛的啟發(fā)式搜索算法，能夠?qū)崿F(xiàn)搜索效率和精度的均衡，A^*算法及其衍生的D^*算法是一種行之有效的路徑規(guī)劃的方法。在實(shí)際設(shè)計(jì)巡檢機(jī)器人過程中，首先考慮到環(huán)境的復(fù)雜度，再結(jié)合巡檢機(jī)器人自身處理能力的特點(diǎn)，選擇最合適的路徑規(guī)劃方法，以實(shí)時(shí)有效的讓巡檢機(jī)器人選擇最優(yōu)路徑完成巡檢任務(wù)。

2.2 環(huán)境感知系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的環(huán)境感知系統(tǒng)也稱為信息采集系統(tǒng)，是作為巡檢機(jī)器人一項(xiàng)最基本的系統(tǒng)。環(huán)境感知能力的高低直接決定了工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的智能性，該巡檢機(jī)器人集成了激光雷達(dá)、超聲、深度相機(jī)、熱成像相機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器等多種傳感器和信息采集設(shè)備，可實(shí)時(shí)進(jìn)行工業(yè)園區(qū)的高清攝像、溫度、濕度、粉塵、煙霧、噪音、氣體和異常情況等環(huán)境指標(biāo)信息的采集。

工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用過程中，巡檢任務(wù)不僅具有特殊性和復(fù)雜性，而且還要融合幾種不同作業(yè)任務(wù)，除了作為固定監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充和用于開展移動(dòng)視頻監(jiān)控之外，還將巡檢環(huán)境中的高低溫、干濕度、有毒氣體檢測(cè)、工業(yè)設(shè)備異常等全方位的環(huán)境進(jìn)行感知與監(jiān)測(cè)。該機(jī)器人感知系統(tǒng)采用多傳感器融合技術(shù)，如圖3所示，將傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，然后從融合的數(shù)據(jù)中提取特征向量，過濾掉采集的數(shù)據(jù)中無(wú)用的或干擾信息，最后進(jìn)行判別。把機(jī)器人上的多種不同類型的傳感器看作一個(gè)整體分析，以此獲得周圍環(huán)境更準(zhǔn)確、更全面的信息，補(bǔ)償了各傳感器單一處理的不確定性和檢測(cè)范圍的局限性，以此提高系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)的不確定性，以及提高系統(tǒng)描述環(huán)境的能力。充分利用多傳感器融合技術(shù)賦能安防巡檢，抽取數(shù)據(jù)源中關(guān)鍵有用信息進(jìn)行分析，識(shí)別監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最準(zhǔn)確的方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其它設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，保障巡檢作業(yè)的可靠性。

2.3 圖像處理系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人圖象處理技術(shù)決定著機(jī)器人敏銳的識(shí)別能力，也是作為工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的重要技術(shù)之一，決定了巡檢的準(zhǔn)確性，其圖像處理技術(shù)也是巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)考慮的?；谠撗矙z機(jī)器人雙目視覺系統(tǒng)，利用紅外和IP數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝采集紅外圖像、園區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)、儀表數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)狀態(tài)等信息，對(duì)采集到的圖像信息進(jìn)行處理，與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配對(duì)比，累計(jì)圖像分析、紋理判斷等對(duì)園區(qū)環(huán)境和設(shè)備是否出現(xiàn)異常做出相應(yīng)的判斷。利用霍夫變換、尺度不變特征變換等算法的研究實(shí)現(xiàn)開關(guān)位置識(shí)別等問題?；谏疃葘W(xué)習(xí)的圖像識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)圖像分割、圖像分類、物體檢測(cè)等，圖像信息處理算法的優(yōu)化是圖像識(shí)別的核心問題。

工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人圖象處理技術(shù)涉及到基本圖像處理方法、二維圖像處理方法和三維圖像處理方法處理。其中基本圖像處理又分為二分值處理、微分處理、Hough變換和模板匹配等方法，二維、三維圖像處理方法也會(huì)用到基本圖像處理的方法。二維圖像處理方法也就是用于識(shí)別平面圖，可實(shí)現(xiàn)識(shí)別儀表數(shù)據(jù)和物體位置檢測(cè)，通常采區(qū)域用Hough變換的方法。三維圖像通過機(jī)器人移動(dòng)和云臺(tái)的升降拍攝來(lái)獲取，三維圖像處理方法不僅獲取的信息量大，還能夠解決在立體匹配中常出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)超出圖像邊界的問題，主要應(yīng)用于巡檢機(jī)器人的視覺導(dǎo)航、識(shí)別物體輪廓和監(jiān)控等。

2.4 智能控制系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)工業(yè)設(shè)備較多，巡檢區(qū)域范圍廣，環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，需要工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人具備強(qiáng)大的自主巡檢、多機(jī)器人聯(lián)動(dòng)和抗干擾能力。這就要求工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人搭載高可靠、高性能的智能控制系統(tǒng)。智能控制是工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的核心部分，現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)主要采用嵌入式系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相融合，同時(shí)利用虛擬三維模型增強(qiáng)信息量和觀感度技術(shù)，以及多機(jī)器人協(xié)同控制算法，建立一套完備的調(diào)度體系和聯(lián)動(dòng)機(jī)制。實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)觸發(fā)、全面聯(lián)動(dòng)”的控制系統(tǒng)，形成預(yù)防、監(jiān)控、應(yīng)急和決策的全面安防巡檢體系。

目前常用于懸掛軌道式巡檢機(jī)器人智能控制的方法主要有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。至今模糊控制已經(jīng)成為智能控制的主要組成部分，是一種非線性控制。模糊控制是基于模糊推理及模仿人的思維方法，對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制，它的優(yōu)勢(shì)在于模糊邏輯本身提供了由專家構(gòu)造語(yǔ)言信息并將其轉(zhuǎn)化為控制策略的一種推理方法，是處理復(fù)雜且無(wú)法建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)控制問題的有效方法。他具有處理非線性、精確數(shù)學(xué)模型、時(shí)滯和時(shí)變系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，基本的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是指利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的一種技術(shù)，包括信息加工、處理、儲(chǔ)存和搜索等過程，是一種大規(guī)模并行的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有信息的并行處理、分布儲(chǔ)存和自學(xué)習(xí)能力等優(yōu)點(diǎn)，在模式識(shí)別、信息處理和智能控制等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景，目前的大多數(shù)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人均是利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制。

2.5 人工智能技術(shù)

人工智能直接影響工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的功能和應(yīng)用水平，人工智能技術(shù)在智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用主要包括：控制與驅(qū)動(dòng)、自主移動(dòng)、定位導(dǎo)航以及傳感器數(shù)據(jù)采集、圖像處理、專家系統(tǒng)分析與決策、大數(shù)據(jù)分析等方面。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人不僅僅是要求“看到”某個(gè)物體，更要“認(rèn)識(shí)”這物體，還要做出判斷和反應(yīng)。利用人工智能技術(shù)可以將這些龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和提取，以一個(gè)直觀的結(jié)果反饋給人類。人工智能技術(shù)在每一個(gè)領(lǐng)域的突破和發(fā)展，都會(huì)對(duì)智能巡檢機(jī)器人核心功能、平臺(tái)特性、數(shù)據(jù)運(yùn)維管理、專家決策與預(yù)警等起到推動(dòng)作用，下面具體說(shuō)明：

（1）環(huán)境智能監(jiān)控。園區(qū)穩(wěn)定的環(huán)境是工業(yè)設(shè)備安全運(yùn)行和企業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在出現(xiàn)危機(jī)的情況下，巡檢機(jī)器人將控制環(huán)境的風(fēng)機(jī)、報(bào)警器、排水裝置、滅火器等實(shí)現(xiàn)環(huán)境智能監(jiān)控與預(yù)警。環(huán)境智能監(jiān)控需要AI在數(shù)據(jù)處理、聯(lián)動(dòng)控制、模式識(shí)別等方面起到重要作用。

（2）機(jī)器人即時(shí)定位。即時(shí)定位與導(dǎo)航是該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)采集任務(wù)和作業(yè)的基礎(chǔ)，而定位的精度、防跌落功能、導(dǎo)航避障功能都有賴于AI算法的先進(jìn)程度和可靠性。

（3）機(jī)器人控制與決策。該機(jī)器人在底層伺服驅(qū)動(dòng)、路徑規(guī)劃、任務(wù)管理等方面均有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、前饋控制等AI算法的應(yīng)用，未來(lái)隨著懸掛軌道式巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)更加多樣化、環(huán)境適應(yīng)性提升以及任務(wù)多樣化，對(duì)AI的依賴越緊密。

（4）機(jī)器人數(shù)據(jù)采集與處理。AI在視頻、圖像、語(yǔ)音等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，也推動(dòng)了懸掛軌道式巡檢機(jī)器人在圖像處理、設(shè)備音頻采集與判斷、數(shù)據(jù)采集與處理等各方面能力的逐步提升。各種深度學(xué)習(xí)算法的不斷應(yīng)用，有效提升圖像識(shí)別的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。

（5）大數(shù)據(jù)平臺(tái)與專家系統(tǒng)。感知系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入平臺(tái)后，通過多維度的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析等技術(shù)，結(jié)合專家系統(tǒng)等管理工具，進(jìn)行輔助決策與判斷，從而提升園區(qū)管理水平。

2.6 自主充電技術(shù)

雖然電池可以為該巡檢機(jī)器人提供電能， 但是這種供電方式也限制了巡檢機(jī)器人在長(zhǎng)時(shí)間、不間斷工作場(chǎng)景中的續(xù)航能力。因此在對(duì)設(shè)計(jì)該巡檢機(jī)器人的自主充電方案時(shí)提出了更高的要求。當(dāng)前自主充電技術(shù)包括接觸式、非接觸式和光能充電。接觸式自主充電技術(shù)需要利用導(dǎo)航定位技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是通過自動(dòng)定位找到固定充電接口并將機(jī)器人本體的接口自動(dòng)進(jìn)行連接。非接觸式自助充電技術(shù)就是利用磁共振、電磁感應(yīng)、微波無(wú)線等無(wú)線感應(yīng)的方式來(lái)傳輸電能，但這種充電方式其電能傳輸功率較小，不能有效運(yùn)用于該機(jī)器人。光能則是利用太陽(yáng)能板將光能轉(zhuǎn)換為電能，其電能轉(zhuǎn)換效率也很低，也不適用于工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人。綜合工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境和作業(yè)方式，該機(jī)器人一般采用的是接觸式的自主充電技術(shù)，在懸掛軌道上設(shè)置多個(gè)充電點(diǎn)，利用 RFID 標(biāo)簽定位技術(shù)和路徑規(guī)劃算法，在電源不足的情況下自動(dòng)可以根據(jù)自身位置選擇最近充電點(diǎn)進(jìn)行充電，采用這種充電方式要考慮到充電接口有污穢和出現(xiàn)磨損的情況。但由于工業(yè)園區(qū)可能存在某些危險(xiǎn)性氣體，因此在設(shè)計(jì)充電接口是要注意防止產(chǎn)生電火花，做好防爆、防靜電處理，避免點(diǎn)燃可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸。

2.7 通信系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人的通信并不是傳統(tǒng)意義上的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信或者有線電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人通信的主體是機(jī)器人，不同的巡檢機(jī)器人的應(yīng)用背景也不同，因此在對(duì)巡檢機(jī)器人在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮其應(yīng)用背景的特點(diǎn)，結(jié)合多方面的因素選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合是比較特殊的，是面向工業(yè)園區(qū)設(shè)計(jì)的智能巡檢機(jī)器人，園區(qū)會(huì)有許多生產(chǎn)車間、工業(yè)設(shè)備和人員等，環(huán)境較為復(fù)雜。在這些特殊環(huán)境下，需要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

（1）電源受限。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人采用電池供電，無(wú)線通信本身也是十分消耗電能的，它需要不斷地發(fā)射功率來(lái)發(fā)送和接受信號(hào)。電池不僅要為無(wú)線通信供電，還要為電機(jī)驅(qū)動(dòng)和外部信息采集設(shè)備等的對(duì)電能有較大需求的單元供電。電池的容量是有限的，要保證通信質(zhì)量的前提下還要關(guān)注機(jī)器人的續(xù)航能力等其它耗電的情況，這關(guān)乎巡檢機(jī)器人所巡檢區(qū)域的安全性。因此，在設(shè)計(jì)工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的通信模塊時(shí)，要關(guān)注通信模塊的能耗問題，保證通信質(zhì)量的前提下盡可能選擇能耗較低的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

（2）人機(jī)交互及QoS保障。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠保證提供較好的通信質(zhì)量以及可靠的圖像數(shù)據(jù)傳輸寬帶等，盡可能的降低網(wǎng)絡(luò)延遲。使工作人員發(fā)送的控制指令能夠讓機(jī)器人實(shí)時(shí)的接收并執(zhí)行，并且還能夠給工作人員提供機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)時(shí)的信息。

（3）通信設(shè)備體積。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人采用懸掛式的軌道運(yùn)行，因此，機(jī)身整體體積和質(zhì)量不宜過大，避免給軌道增加負(fù)擔(dān)和安裝上帶來(lái)的不便，過大的體積和質(zhì)量會(huì)給機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)額外的負(fù)荷，進(jìn)而增加能耗，還會(huì)造成該機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性不足。

考慮到上述巡檢機(jī)器人的通信特點(diǎn)，工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人采用WIFI技術(shù)進(jìn)行通信。在工業(yè)園區(qū)內(nèi)，通過AP網(wǎng)橋建立大功率WIFI覆蓋區(qū)域，該機(jī)器人帶有無(wú)線上網(wǎng)天線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，WIFI通信示意圖如圖5所示。

2.8 多機(jī)器人系統(tǒng)

對(duì)于工業(yè)園區(qū)這種復(fù)雜的環(huán)境，光靠一個(gè)巡檢機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，往往需要多臺(tái)機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)作業(yè)才能實(shí)現(xiàn)全方位的立體巡檢和監(jiān)控，這就涉及到了多機(jī)器人系統(tǒng)。多機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)相互協(xié)調(diào)作業(yè)就必須確定機(jī)器人之間在邏輯上和物理上的信息關(guān)系和控制關(guān)系，以及處理異常問題的能力和如何分布等問題。充分發(fā)揮多機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，就要處理好一些關(guān)鍵技術(shù)，例如體系結(jié)構(gòu)、任務(wù)分配、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、通信、合作與協(xié)調(diào)、機(jī)器人學(xué)習(xí)與協(xié)調(diào)適應(yīng)性等關(guān)鍵技術(shù)。

3? 發(fā)展趨勢(shì)

通過分析工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人關(guān)鍵性技術(shù)，未來(lái)工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人的發(fā)展重點(diǎn)將會(huì)集中在以下幾個(gè)方面：

（1）多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)。未來(lái)的智慧化園區(qū)、智慧工廠的巡檢模式必將是多機(jī)器人共同協(xié)調(diào)作業(yè)，充分發(fā)揮群體機(jī)器人優(yōu)勢(shì)。多機(jī)器人系統(tǒng)避免了單機(jī)器人作業(yè)的不足，相比單機(jī)器人巡檢，多機(jī)器人巡檢具有以下優(yōu)勢(shì)：適合完成復(fù)雜巡檢工作、有良好的時(shí)空分布性、感知分布性和功能分布性、較高的系統(tǒng)可靠性和較好的靈活性。

（2）智能化。未來(lái)的工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人智能化發(fā)展方向?qū)⑹恰把矙z機(jī)器人+人工智能+大數(shù)據(jù)分析”的時(shí)代，數(shù)據(jù)的處理能力和識(shí)別效率不斷提升。在此基礎(chǔ)上再加入深度學(xué)習(xí)算法和多傳感器信息融合技術(shù)為智能化提供支撐。例如AR 實(shí)景檢測(cè)、 3D 掃描技術(shù)以及預(yù)警應(yīng)急處理等，讓該機(jī)器人自動(dòng)規(guī)劃巡檢任務(wù)、調(diào)整巡檢路線和決策等，實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能化。

（3）小型化、輕量化和模塊化。機(jī)器人的機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過大會(huì)使得機(jī)器人移動(dòng)起來(lái)不夠機(jī)動(dòng)靈活，也不易于控制，不能實(shí)現(xiàn)快捷、精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)。所以如何對(duì)工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人小型化、輕量化設(shè)計(jì)是該巡檢機(jī)器人所需要解決的問題。保證巡檢機(jī)器人功能的前提下盡量使巡檢機(jī)器人小型化、輕量化，這樣可提高機(jī)器人的靈活性和節(jié)省空間，還便于維護(hù)和保養(yǎng)以及提升電池續(xù)航能力。模塊化設(shè)計(jì)則是對(duì)該巡檢機(jī)器人采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景不同，更換不同的模塊即可實(shí)現(xiàn)不同的功能。

（4）多技術(shù)融合。未來(lái)的工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人發(fā)展注重與新興技術(shù)融合，新興技術(shù)領(lǐng)域會(huì)給巡檢機(jī)器人帶來(lái)更多的機(jī)遇。把云計(jì)算、智能傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能、等多種新興技術(shù)融合到該巡檢機(jī)器人的開發(fā)中，以彌補(bǔ)單一技術(shù)所帶來(lái)功能缺陷，滿足工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上，隨著各種技術(shù)的迭代更新，智能化的軌道式巡檢機(jī)器人賦能工業(yè)園區(qū)的安全領(lǐng)域，它們將傳統(tǒng)安防行業(yè)的被動(dòng)式安防轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑鲃?dòng)式安防，利用云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)和圖像處理技術(shù)、智能控制、多機(jī)器人系統(tǒng)等前沿科技，實(shí)現(xiàn)與人工巡檢具有相同的自主性和靈活性，克服人工巡檢存在不足，提升工業(yè)園區(qū)的智能管理水平，滿足智慧化園區(qū)、智慧工廠的建設(shè)要求。工業(yè)園區(qū)懸掛軌道式巡檢機(jī)器人比傳統(tǒng)人工巡檢和固定式監(jiān)控具有更大優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。本文還對(duì)未來(lái)該機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，包括多機(jī)器人協(xié)同、智能化、小型化、輕量化和模塊化、多技術(shù)融合等技術(shù)。為該機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展提供有力的參考依據(jù)。

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