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        國(guó)內(nèi)外巡檢機(jī)器人研究現(xiàn)狀

        2022-10-27 08:14:36李永立王燕飛
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年30期
        關(guān)鍵詞:人工變電站機(jī)器人

        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(guò)分析國(guó)內(nèi)外近年來(lái)的研究現(xiàn)狀,巡檢機(jī)器人的類(lèi)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(xiàn)上來(lái)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(wèn)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(lái)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(mén),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(xiàn)路巡檢機(jī)器人[6],由Montambault等開(kāi)發(fā)完成。如圖2(a)所示,該機(jī)器人的檢查方式是通過(guò)CCD攝像來(lái)進(jìn)行巡檢,移動(dòng)方式為架空地線(xiàn)(OGWs)及相鄰相線(xiàn),通過(guò)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(guò)紅外線(xiàn)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(xiàn)上滑行,擁有4個(gè)機(jī)械臂,輕松穿越諸如間隔棒、線(xiàn)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(guò)雙臂均勻式聯(lián)合布置,且雙臂與纜線(xiàn)臨界摩擦,在正常前進(jìn)的過(guò)程中同時(shí)帶來(lái)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(jiàn)光攝像頭和紅外線(xiàn)傳感器。

        圖3 TI機(jī)器人

        2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

        “九五”以來(lái),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(kāi)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(jué)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(wàn)次、智能打包5 120件;瓦力通過(guò)各方向智能攝像機(jī)配置,以及自主規(guī)劃巡檢路線(xiàn),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(jué)、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(guò)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(kāi)關(guān)等,其軌交線(xiàn)路開(kāi)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(chǎng)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(lái)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(guò)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(lái)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(xiàn)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(guò)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(jiàn)表1。

        表1 人工和機(jī)器人巡檢對(duì)照

        4 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)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(wú)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(lái)化發(fā)展的必然方向。

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