巡检机器人行业市场未来发展前景趋势预测调研分析报告
通过报告的数据以及中国的当今市场来可以分析出，中国已经将巡检机器人的制造研发作为国家科技创新的重点创投扶植对象。尤其是高危工业领域的危险性随着现场的工况复杂化设备密集化不断提升，危险性也越来越大，高危工作人员需求量大、工业质量要求很高，再加之特殊地区苛刻环境的影响导致坚持从业的不多、大量劳动力缺失、部分企业以开始面临高危职业人员的人员流失、短缺、难招这些问题，由此可见，由“十三五”规划推出来的“机器换人”，在市场研究中十分受欢迎，巡检机器人同样在中国市场的发展空间十分大，发展前景十分可观。
巡检机器人
传统的人工巡检存在着工作效率低、劳动量大、人数不足和环境恶劣的通病，在巡检效率和企业效益提升方面都存在不少问题，如无法及时上报现场信息，无法准确的高频次检测设备状态和数据问题，无法及时发现问题等等。而巡检机器人的应用，开始解放高危作业的人工劳动力，可以代替人工处在恶劣的环境下，详细严谨的寻找问题发现问题，可以一定程度避免安全事故的发生。在国内，对于智能巡检机器人的研究已达２０余年，同样根据国内现有和历史数据资料分析可以预计未来五年，巡检机器人的需求量将会翻番大比例增长。
安森智能巡检机器人
这两年国内工业智能巡检机器人市场取得了良好发展。目前的智能巡检机器人都是工作模式智能化、巡检自动化、移动定制化的解决方案，各品牌厂家都在致力打造更好更实用的巡检机器人。据了解有些企业主要打激光导航，开始不断发展新一代导航技术；而另一些品牌主要专注于无轨化局域性导航技术，主要的特点为不用设置轨道路线，可以实现无障碍的巡检工作，可以带来一定的方便性，可以协助人工完成定点路线的重复性大量巡检工作；还有的企业是以自动化智能化解决方案为核心，主要能力特点集中在根据现场情况自动切换工作模式及相应配置，无需人工干预过程同样也能便于工作人员远程操控，该品类的机器人承担了对于一些危险、无人、通信不稳定区域的厂站巡检工作，不但可以及时的发现问题，还可降低对企业带来的损失。
防爆巡检机器人
例如安森智能最新版本的ACR防爆巡检机器人，全系统通过了１０项防爆认证，具有自主专利的高精度双重ＡＧＶ精准导航系统，在电池性能方面，通过德国TUV莱因安全认证得电池组可保障机器在零下30到60度正常工作以及大容量高性能的持久续航巡检工作，电量不足自己返回充电站快速充电，以保证全天候巡检。它的整机是ip65防护，适合野外恶劣地貌气候环境，可根据客户自主定制方案量身打造一体化一站式无人自动巡检方案。
巡检机器人
安森智能巡检机器人除了优化市面上其他品牌厂家巡检机器人不足的前提下，同时具有以下新突破，如激光光谱扫描模块，可以三维立体式定位检测到空气中含有化学成分的泄露危险气体，当浓度超过预设正常比例时，可以及时发现并报警通知用户；其次自主深度开发的红外热成像技术，在现场出现跑、冒、滴、漏四种情况下可以第一时间发现异常，并主动预警；同时装配有全新自主深度算法的声波探测装置，可检测现场生产环境周围有机械振动音振频率是否正常；最后，可见光设备识别可以代替人类视觉，识别表盘数据、设备状态、阀门阀杆等开关和作业设备是否正常。
安森智能巡检机器人
对于以上国内品牌的巡检机器人简单对比，可以发现他们都有自己的优点，尤其是在产品定位方向和市场发展路线层面来讲，安森智能的防爆巡检机器人相对来说，定位显得更加明晰一些，功能实用性也相对全面一点，应用领域场合也相对比较多，除了在石油化工等高危工业区特别山场外，对普通天然气管道巡检等轻符合低难度的日常巡检工作更是游刃有余。
防爆巡检机器人
由以上比对分析来说，国内的工业巡检机器人厂家品牌都在针对国内市场的各个领域开始做铺垫和发展，市场需求量非常大，未来能做在前面的品牌必将是技术积淀和专业程度都深度化集中化的厂家。
巡检机器人
另外，从全球智能工业巡检机器人市场来看，都已经从研究的初级阶段进入了产业化阶段，目前有报道透漏巡检机器人的市场在近几年会超过４００亿美元，而中国，是目前最大的巡检机器人的应用市场和国家，所以作为代替高危作业人员的巡检机器人，是目前工业机器人市场产业发展的主要潮流，未来发展前景不可限量。
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煤矿机器人现状及发展方向
采矿行业中有很多岗位是高危岗位,如果机器人能够替代矿工去完成这些高危作业,将从根源上解决煤炭行业的安全生产问题.煤矿事故死亡人数占比较高的危险岗位主要分布在掘进、采煤、运输、电气、检修、巡检等作业地点.这些危险岗位的井下矿工人数占到近60％,而事故死亡人数高达85％.如果这些高危岗位被机器人所替代,那么将会在提高生产效率的同时,极大程度地降低因煤矿生产事故而死亡的人数.
2019年1月,为了推动工业机器人、智能装备在危险工序和环节替代应用,国家煤矿安全监察局发布了《煤矿机器人重点研发目录》,聚焦关键岗位、危险岗位,重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿机器人,并对每种机器人的功能提出了基本要求.
掘进类机器人包括掘进工作面机器人群、掘进机器人、全断面立井盾构机器人、临时支护机器人、钻锚机器人、喷浆机器人、探水钻孔机器人、防突钻孔机器人、防冲钻孔机器人;采煤类机器人包括采煤工作面机器人群、采煤机机器人、超前支护机器人、充填支护机器人和露天矿穿孔爆破机器人;运输类机器人包括搬运机器人、破碎机器人、车场推车机器人、巷道清理机器人、煤仓清理机器人、水仓清理机器人、选矸机器人、巷道冲尘机器人、井下无人驾驶运输车、露天矿电铲智能远程控制自动装载系统、露天矿卡车无人驾驶系统;安控类机器人包括工作面巡检机器人、管道巡检机器人、通风监测机器人、危险气体巡检机器人、自动排水机器人、密闭砌筑机器人、管道安装机器人、皮带机巡检机器人、井筒安全智能巡检机器人、巷道巡检机器人;救援类机器人包括井下抢险作业机器人、矿井救援机器人、灾后搜救水陆两栖机器人.
图2掘进工作面机器人群示意图
图3掘进机器人示意图
2、煤矿机器人研发、应用现状与发展方向
2.1掘进类机器人
2.1.1掘进工作面机器人群
掘进工作面机器人群属于掘、支、锚、运一体化智能机组,它由截割系统、临时支护系统、锚固系统、装运系统、行走系统组成,具有掘锚平行作业、多臂钻锚支护、连续破碎运输、长压短抽通风和远程操控等特点.掘进工作面机器人群具有掘进机位姿自动检测、掘进机截割轨迹优化、自适应截割、自主纠偏等特点,能实现自移式掘进－支护－锚固－运输联合机组的自动作业.
中国矿业大学主持的国家973计划项目创新设计的掘进工作面机器人群如图2所示.这是针对在现有综掘巷道掘、支、锚的串行作业中存在的支护时间远大于掘进时间以及支锚作业安全隐患大等难题,基于机器人化掘、支、锚联合作业提出的机器人化掘支锚并行作业新工艺,它突破了支护时间过长的技术瓶颈,可实现掘进、支护、锚固并行作业的无人化操作,掘支时间比例从原1：2或1：3缩减到1：04,支护效率提高了5倍以上,掘支总效率提高约25倍以上.
2.1.2掘进机器人
掘进机器人是在掘进机上安装有激光测距仪、激光标靶、线激光发射器、扇面激光发射器和双轴倾角传感器等传感装置,具备定位导航、纠偏、多参数感知、状态监测与故障预判、远程干预等功能.掘进机器人示意图如图3所示,它作为国家863重点项目研究成果,已在石家庄煤机公司批量制造.
在掘锚机器人方面,连续采煤机加装掘锚一体化功能,配有4台顶锚杆机和2台帮锚杆机,成巷速度可提高65％以上,施工循环时间在30min以内,正常的日进尺为40-50m,月进尺1000-1200m.还有一种悬臂掘进机的掘锚一体机,在悬臂掘进机上加装液压钻臂,煤巷掘进后对顶板及侧帮快速、安全地锚杆支护,提高掘进效率,减轻工人劳动强度.
盾构隧道掘进机也可认为是一种巷道盾构机器人,它在隧道施工中比较常见,现阶段也被应用在煤矿的掘进施工中.巷道盾构机器人具有切削土体、输送土碴、拼装衬砌、导向纠偏等自动化作业功能.国家能源集团新疆涝坝湾煤矿副井采用了这种盾构机器人,盾构长度为5845m;新街台阁庙1＃矿的斜井盾构长度为6553m,最大埋深为390m;神东补连塔煤矿斜井盾构长度为2745m,坡度为－55°,最大埋深为280m,开挖直径为762m,井筒净直径为66m;澳大利亚AngloＧAmerican煤矿井下斜巷盾构施工长度为300m.
2.1.3钻锚机器人
瑞典AtlasCopco公司研制的Boomer钻孔机器人钻进速度可以达到16m/min,是常用的人工气腿式凿岩机的10倍;日本东洋公司生产的钻孔机器人的定位误差能够达到小于50mm的水平,定位时间为25-40s;法国的Montabert公司生产的钻孔机器人定位误差仅为10mm,钻壁一次定位时间约10s.
法国Secoma公司研发生产的钻装台车,锚支能力可达到每班60-80根锚杆;瑞典AtlasCopco公司研制的锚杆钻装台车,钻装能力为15-30根/h;澳大利亚HYDRAMATIC公司四钻臂锚杆钻机具有支护速度快的特点,能够满足快速掘进的支护要求.同时,我国三一重工集团和石家庄煤机公司也生产国产钻装机.
2.1.4喷浆机器人
喷浆机器人可替代人工喷浆操作,能解决湿喷台车操控复杂、操控技能要求高、机手劳动强度大的问题.喷浆机器人的覆盖宽度为25m、高度为32m,无死角,施工效率高,喷嘴末端轨迹跟踪误差＜12cm,位置感知误差＜2％.山东科技大学研制出了喷浆机器人,中联重工研制出了混凝土湿喷台车.
2.2采煤类机器人
2.2.1采煤工作面机器人群
采煤工作面机器人群由机器人化截割、机器人化支护、机器人化导运和机器人化转运四大机组构成.采煤工作面机器人群实现智能化无人操作,除了要具备采煤机、液压支架、刮板输送机的单机智能运行之外,还要实现采煤机、刮板输送机和液压支架之间的智能协同控制;其次,还要实现智能破碎机、智能转载机、智能带式输送机的自适应调控及其与机群的自协同调控;最后是设备状态、故障的地面监控远程感知.采煤工作面机器人群示意图如图4所示,采煤工作面机器人群控制系统如图5所示.
图4采煤工作面机器人群示意图
图5采煤工作面机器人群控制系统
2.2.2采煤机器人
当前的采煤机器人主要是智能化采煤机,它处于示教和简单感知的后二代机器人水平,具有记忆割煤功能以及恒功率、恒扭矩、恒转速等截割方式,采煤机行走与截割联动控制,能够实现远程化、网络化控制.国内生产厂家主要有太重煤机、西安重装和天地科技等公司;国外生产厂家主要有久益、艾柯夫和DBT等公司.目前,采煤机器人远程监控替代了综采机组人工控制,实现了综采作业远程控制,地面远程控制距离可达10km,井下硐室监控距离能够达到1km,采取手持遥控距离为05km.中国矿业大学主持的国家973计划项目,研制出具有5种调控功能的第四代采煤机器人,它以大功率永磁直联电机作为驱动,能够智能识别截割的煤岩界面,具有自主调高、自主调速、自主推进、自主调直和自主纠偏等智能运行能力.第四代采煤机器人五调控示意图如图6所示.
图6第四代采煤机器人五调控示意图
2.2.3支护机器人
液压支架属于一种程序化控制的承载连杆机械臂目前已达到一般机器人的水平,它能够自动跟随采煤机移动位置而根据预设的动作参数实现自动拉架、推溜、收打护帮板等动作.目前,国内有天地玛珂和郑州煤机可生产此类支护机器人或控制器,国外生产厂家有德国MARCO公司、EEP公司、蒂芬巴赫公司和美国JOY公司.
由于煤矿深部开采的围岩具有高应力、强采动和复杂地质条件的特点,智能支护机器人需根据地质条件与矿压规律变化,实现最佳支护状态和姿态的自适应调控.以地质条件、开采技术条件、设备工况、支架工作阻力及围岩变形量等实测数据为基础,建立多信息融合的围岩稳定性监测预警海量数据中心,实现矿压监测信息与液压支架动作信息的实时共享.由此,实现支护机器人的自适应群组协同控制.
支护机器人姿态与围岩、顶煤实现智能耦合,才能实现支架姿态智能调整.布置在顶梁、底座、掩护梁的倾角传感器检测支架顶梁、底座和掩护梁的倾角,布置在立柱和平衡千斤顶内的压力传感器检测支架立柱和平衡千斤顶的受力值.将上述信息22传递给液压支架姿态运算处理器,可自动算出该姿态支架的合力作用点的位置,将运算结果发送到液压支架参数设定比较转换装置,由支架控制器执行立柱自动补偿,实现液支架顶梁与顶板的智能耦合.支护机器人与顶板智能耦合示意图如图7所示.
图7支护机器人与顶板智能耦合示意图
2.3运输类机器人
智能运输系统是将先进的信息技术、数据通讯技术、电子控制技术、计算机技术等有效地综合运用于运输装备及其运行管理,从而建立起的一个实时、准确、高效、安全的综合运输系统.采矿智能运输系统是基于感知矿山、物联网、可靠性、无人驾驶、远程监测、自适应调度等先进技术于一体的安全高效、无人化的运载系统.
煤矿智能开采需要实现机器人化无人驾驶的矿井“两车三机”(即电机车、运输车、提升机、带式输送机、刮板输送机)系统.煤矿运输可有两种无人驾驶方式:一种是完全无人驾驶方式(ManＧless);另一种是有人但不参与驾驶方式(DriveＧless),当运输机器出现故障或因救援而需要人工驾驶时,人工承担驾驶职能.煤矿智能化无人驾驶系统示意图如图8所示.
图8煤矿智能化无人驾驶系统示意图
2.3.1机器人化矿井提升机
大型矿井提升机属于弱约束摩擦驱动、大变形的强振动系统,要实现无人驾驶自动化运行,必须具备很多智能机器人的操作功能,例如智能摩擦驱动轮(犹如人的鞋底对摩擦稳定性的调控)、智能制动器(犹如手指拿捏物体时的摩擦力调控)、智能防坠机械臂(犹如人的手臂托举重物时的缓冲力调控)、推车机器人(犹如人力推进车辆时的速度力量协调控制)、托罐机械手(犹如人抬举工件对接时的空间位置调控).深井提升系统的智能机器人功能示意图如图9所示.
图9深井提升系统的智能机器人功能示意图
大同煤矿集团麻家梁煤矿的矿井提升系统开创了国内大功率、千万吨级矿井全自动无人驾控提升系统建设先例:
(1)电气控制实现了整个提升系统的全自动化操作.提升电机采用直接转矩控制技术,具有伺服调控性能,实现快速且稳定的力矩控制;
(2)主井箕斗提升的带式输送机、给煤机、定量斗、卸载闸门的操作全自动化完成;副井罐笼提升的罐笼门、承接装置、装车系统的操作也可全自动化完成;
(3)智能制动采用恒减速度制动控制方式,每个制动单元设置传感器对闸瓦间隙、闸衬磨损和弹簧状况在线监测,所有制动器均为并联冗余储备,控制管路均为双路;
(4)安全监控具有绝缘监视设备、提升速度和位置判断、上过卷和下过卷保护、过速保护、提升机闭锁回路、旁路保护和连锁保护等安全保护控制回路.
上述技术使矿井提升机进入不驾驶方式(Driveless)阶段,提升机司机主要负责设备巡检和运行监视等工作.
2.3.2机器人化主运带式输送机
井下大型带式输送机的机器人化控制是基于带式输送机自适应控制系统,体现为启动自适应、张紧自适应、负载自适应、驱动自均衡、故障自诊断5个方面.中国矿业大学与北京百正创源公司联合研发出机器人化带式输送机系统,滚筒驱动采用永磁电机直接驱动技术,张紧系统采用永磁变频张紧技术,整个系统通过综合控制装置执行驱动系统的智能感知控制策略.该系统具有智能全工况调速控制、智能多点多机动态负载调配与平衡控制、智能力矩调节和输送带打滑抑制、智能张力控制及张紧驱动预测前馈控制、智能化运行状态监控与驱动系统协调控制等功能.超长运距输送带运输系统的驱动及张紧运行无需人为干预,实现了无人化操作.该系统已在伊泰集团红庆河矿井的可伸缩带式输送机投入运行,运输距离为5060m,运量为3000t/h.永磁智能张紧与滚筒永磁直驱成套控制系统已在昊华精煤高家梁矿投入运行.
2.3.3机器人化刮板输送机
刮板输送机在采煤工作面起着举足轻重的作用,它既承担转运回采煤炭的运载任务,还具有采煤机行进导轨的作用,以及牵引液压支架移步的功能.因此,刮板输送机智能化水平不仅影响本机自主运行而且决定采煤机和液压支架的智能控制.
综采工作面“三机”协同控制是指工作面的采煤机、刮板输送机和液压支架相互交换信息,根据三者当前的状态相互配合并紧密协同工作,其原理如图10所示.
图10刮板输送机智能控制及“三机”协同控制原理图
“三机”协同控制器包括以下4个模块:
(1)“三机”传感信息集成模块,通过多传感信息的融合和集成,实现对“三机”工作状态的正确判断和故障诊断;
(2)“三机”工作参数匹配模块,基于对“三机”工作状态和环境参数的实时准确感知,实现采煤机、液压支架和刮板输送机的运行参数优化匹配设置;
(3)“三机”协调控制决策模块,实现“三机”协调作业的自适应调控;
(4)工作面环境参数集成模块,实现工作面环境和“三机”关键参数的实时显示、存储、设置故障状态预警参数以及实时报警等.
2.3.4无人驾驶矿用运输车
无人驾驶汽车是一种智能汽车,属于轮式移动机器人,主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶.井下无轨胶轮运输车的自动驾驶技术必须具有自主定位导航、自主测速、智能识别控制信号、智能避障控制以及自适应巡航控制等功能.井下胶轮车定位导航技术系统示意图如图11所示.
图11井下胶轮车定位导航技术系统示意图
目前,瑞典沃尔沃公司已研发出金属矿的井下FMX无人驾驶运输卡车,在瑞典Boliden矿井(深1.32km)测试行驶7km.我国北京矿冶研究院和中信重工也在从事相关技术研发,北京矿冶研究总院研发的地下无人驾驶铲运车能够实现对地下铲运车的实时定位,还可以确定铲运车的行驶姿态,以人工示教方式得到自主导航期望路径,同步记录下司机的加减油门、加减档、方向盘转向角度和转向速度等操作技巧,实现智能化导航控制.
相对于无人驾驶乘用车,无人驾驶矿车在露天矿的发展速度更快.目前,国外多家公司已初步实现L4级别的无人驾驶矿车,率先在露天矿投入运营.2008年日本小松公司将无人驾驶自卸车用于澳大利亚铁矿,可实现1.5km之外的远程监管无人驾驶运输,只需为每辆车设定运输目的地,车辆便以低于60km/h速度自动运输作业,至今已累计运输近20亿t矿石.
2019年1月,我国北方重工业集团研制出一台NTE120AT无人驾驶电动轮矿车,车长为10m、宽为5.5m、高为5.7m,载重为110t,可完成倒车入位、停靠、自动倾卸、轨迹运行、自主避障等自动驾驶任务.2019年4月,新一代无人驾驶框架运输车在梅山钢铁公司运行,这是全球第一台自然导航无人驾驶冶金框架运输车.该车最大载重量可达180t,定位精度可达1cm,车辆在道路上的横向/纵向位置精度可达20cm,空间坐标控制精度可达2cm,在无卫星导航信号环境下,车辆仍可实现自动驾驶导航定位.2019年5月,中国移动与包头钢铁集团在包钢白云鄂博铁矿建设全球首个基于5G网络支持的无人驾驶矿车工程应用项目,无人驾驶矿车高为6.8m,载重为170t,能够实现车辆远程操控、车路融合定位、精准停靠、自主避障等功能.
此外,我国井下轨道电机车也实现了无人驾驶.据报道,湘电重型装备公司研发的65t无人驾驶电机车,在云南普朗铜矿运行,牵引重量超过600t,提高了4倍生产效率;2018年5月,无人驾驶电机车在金川集团龙首矿1703水平运行,运行效率提高35％,每班运量增加超过300t,电机车司机减少8人.
2.4安控类机器人
2.4.1工作面巡检机器人
在生产巡检方面,黄陵一号煤矿应用的综采工作面巡检机器人将高清摄像仪和高分辨率的红外热成像摄像仪合为一体,替代井下巡检人员;神南柠条塔矿业公司的带式输送机巡检机器人能够将现场声音、温度、图像等数据记录、分析并实时上传,这两项应用都达到了自动化减人和提高检测准确率的目的.
2.4.2井巷巡检机器人
井筒安全智能巡检机器人的基本要求为:研发井筒安全智能巡检机器人,具备自主井壁爬行、环境参数检测、支护缺陷与危险源识别、井壁裂纹等状态评估和预警,提升建设期及服役期井筒的安全保障能力.在巷道巡检方面,目前也有相应机器人的研发,同样也是将巷道现场图像、温度等数据记录、分析并实时上传.
2.5救援类机器人
2.5.1井下抢险作业机器人
井下抢险作业机器人在巷道塌方、堵塞等狭小空间进行快速抢险救援作业,应具备自主行走、精确定位、井下环境识别、挖掘、钻扩、运送、远程遥控等功能,实现抢险作业无人化.井下抢险作业机器人的主要作用就是代替人工去清堵、清淤、清道.瑞典Brokk公司制造出小尺寸破拆机器人,作业效率是手持风镐的8倍,可用于煤仓清堵作业.
2.5.2矿井救援机器人
矿井救援机器人主要用于煤矿井下发生水灾、火灾及瓦斯灾害之后的救援行动,应具备自主行走、导航定位、被困人员生命探测、音视频交互、紧急救护物资输送等功能,实现害后的恶劣环境被困人员自主搜寻.1998年美国研发出世界上第一台井下救援机器人,2006年中国矿业大学研制出中国第一台矿山救援机器人.目前,我国取得MA标志的井下探测机器人有唐山开诚集团研制的KQR48矿用侦测机器人(如图12所示)和中国矿业大学研制的ZR矿用探测机器人(如图13所示).
图12KQR48矿用侦测机器人
图13ZR矿用探测机器人
近年来,国内外对救援机器人研究十分活跃.根据事故类型的不同,救援机器人可以分为消防救援机器人、地震救援机器人、矿山救援机器人、核事故救援机器人和水下救援机器人.美国、德国等西方发达国家对于消防机器人的研究已经取得了一些成果,例如德国的LUF60消防机器人得到了实际应用.我国从1997年开始对消防机器人进行研发,2002年上海强师消防装备有限公司成功研制我国第一台消防灭火机器人.最近,中国中信重工开诚智能装备有限公司研制的消防机器人可拖动2条60m长充满水的80型水带行走,能够远程控制消防炮回转、俯仰,具有大流量、高射程、多种喷射方式,具有互联网功能、远程诊断功能、环境探测功能、热眼检测功能、声音采集功能、图像采集功能、自主避障功能等.
3、结语
机器人将开创煤矿智能发展的美好未来.我国制造业规模大、市场广、门类多、需求紧,在劳动力成本逐渐减弱的现实状况下,面对诸多环境恶劣、劳动强度大的工作环境,市场对工业机器人技术的需求将日渐变得紧迫.在庞大的市场需求的推动下,国产机器人水平正在迅速提升,在已有良好的基础上,我国机器人产业正面临一个快速发展和提升的关键期.
煤炭在我国经济发展中占有举足轻重的地位,一切事物都始于采矿,煤炭开采在机器人应用方面也同样拥有较大的需求和市场,未来的煤矿生产将逐步趋于机器人化,成为一个人工智能非常强大的工业领域.在未来的煤矿,我们将不再看到满面煤灰的煤矿工人们,替代他们的将是一批智能化的机器人矿工.到那时,我国煤矿生产将最大限度地解除各类安全隐患,节省成本,提高效率.返回搜狐，查看更多
「技术应用」智能巡检机器人应用现状及问题分析
进入新世纪后，我国各项技术获得广泛的发展。如何在新形势下更好地开展巡检运维工作，在新技术的帮助下进行更好的巡检，不断降低运维人员的工作强度和压力，保障设备始终处于有效的工作状态下，这些问题都值得我们深思。不管是何种变电站，智能巡检机器人的作用都非常大，其在红外成像技术等相关技术的作用下，对巡检人员的工作给予相应的帮助，如果有必要，其自身还能独立完成相应的任务。本文首先介绍了智能巡检机器人，然后探讨了变电站应用智能巡检机器人的实际情况，最后就智能巡检机器人在使用过程中存在的不足进行研究和探索。
1.智能巡检机器人
智能巡检机器人是指一个具有一定移动感知能力的执行平台，在多种传感器的帮助下，检测特定状态，开展定制服务，能够实现更多的编程操作。事实上智能巡检机器人的类型有很多种，如变电站巡检机器人、开关室巡检机器人等，使用的范围也非常广泛，在电力的相应环节都有应用。应用的领域更为广泛，包括电场、输电、变电所、变电站等。智能巡检机器人可以代替人工完成难以完成的巡检工作。智能巡检机器人主要以智能化移动四驱底盘为基础，在导航技术的帮助下，集成了驱动、供电、通信、主控等多个单元和模块。智能巡检机器人具有多种优点，如智能化、集群化、能够调配等，且不管是高温还是严寒其工作状态几乎不受到影响，还能够长时间保持工作状态。我们可以通过遥控等方式，使智能巡检机器人代替人工开展巡检工作。其巡检的场景也较多，比如定点、遥控、高清、例行等，能够实现更多的功能场景。
智能巡检机器人的组成方式有很多，一般情况下主要由各种传感器、探测器、摄像头和一定的辅助设备组成。目前应用的智能巡检机器人底盘一般都是四轮驱动，这对其转弯或者直行有很大的帮助，能够适应各种路况，即使在复杂的环境下也可以实现无死角的探测。智能巡检机器人借助激光传感器能够对周围的环境进行扫描，实现定位功能。云台主要是对高清摄像头、红外成像仪等进行控制，确保工作时的拍摄角度。在可见光摄像仪的帮助下能够对被巡检的物体快速准确地拍摄，形成视频或者图片。在红外热像仪的帮助下，可以获得精确的热成像，对异常情况可以提前发现，以免出现故障。
在超声传感器的帮助下，能够及时地进行定位并识别各种障碍物，在远距离超声的帮助下，能够确保智能巡检机器人在巡检时避开障碍物，以免自身被损坏。在智能巡检机器人之中应用自动充电技术，使其在巡检之前能够自动充电，不需要人为过多的干预。以互联网技术为依托的数据交换模块，可以获取变电站周围的相关信息，比如温度、湿度、风速等。通过设置不同应用场景下的功能，可以实现复杂地形、天气、气候下的巡检工作，确保智能巡检机器人能够适应相应的巡检任务，获得更好的工作状态。
2.变电站巡检机器人应用现状
山东省电力电力公司等最早对变电站智能巡检机器人开展研究，早在20世纪末期，国内就已经开始对智能巡检机器人开展综合性的探讨，2004年国内出现第一台智能巡检机器人，从此巡检机器人进入蓬勃发展阶段。随后我国技术不断提升，智能巡检机器人的发展速度不断加快，不管是研究和应用都有很大的改善。当前，在变电站中使用的智能巡检机器人主要有两种类型，一种是无轨机器人，另一种是有轨机器人。相比有轨机器人，无轨机器人在应用范围上，具有更强的优越性。
目前国内研究的智能巡检机器人在变电站之中使用的非常多，在全国29省市的500多个变电站之中都有使用，覆盖的电压等级也较广，从110~1000kV不等，把续航问题对巡检工作的影响降到了最低，很好地克服了特高压对智能巡检机器人的通信影响。宁夏电力公司自主研发的户内多维智能巡检机器人，即使在强电磁干扰的情况下，也可以更好地巡检变电站。同时目前还有应用的轨道式巡检机器人，很好地弥补了无轨机器人不能在冰雪天气下开展巡检工作的不足，满足全天候巡检的需求。
3.智能巡检机器人在实际应用中的不足
3.1无法自主充电、偏离巡检路径
智能巡检机器人在开展工作的时候，主要借助相应的传感器对各种距离的障碍物进行感应，智能避开相应的障碍物质，以免损坏自身。这项技术在使用过程中还存在一定的不足。比如有的场景下地面存在草坪等，智能巡检机器人巡检草坪的时候，周围可能出现很小的杂草，智能巡检机器人可能会把这些杂草识别为障碍物，然后对巡检工作造成影响。如果操作人员不能及时发现这一情况，那么就会导致智能巡检机器人一直停留，直到电量耗尽。当电量耗尽，为了继续工作就需要带回去充电，不仅浪费精力，还浪费了时间，操作人员的工作量大幅上升。
不仅如此，如果智能巡检机器人在工作的时候，没有准确地定位设备，就会导致智能巡检机器人撞到相应的设备，正常的巡检轨道被影响。一旦智能巡检机器人的轨道偏离，仅仅依靠机器人难以整修和计算运行路线，这样也会导致智能巡检机器人耗尽电量。如果我们在智能巡检机器人中运用智能充电装置，机器人不仅可以自己出去巡检，更不需要人为的干预。但是智能巡检机器人曾经出现过不能准确定位充电桩的情况，因此导致无法自行充电。根据这种情况，相关研究单位应该致力于相关场景的应用研究，加入相应的感应装置，开展无线电通信，实现更好的识别能力，还可以通过设置智能巡检机器人的识别范围，以便于对周围的环境更好地识别。
3.2红外测温不够准确
在进行红外测温的时候，由于变电站内设备布置复杂交错，智能巡检机器人的巡检路径都是固定好的，受到各种限制，因此无法灵活地规避各个方向的障碍物，有的时候还会存在定位不准确的现象。所以获取的温度信息和实际相比存在一定偏差，甚至出现错误的温度。就无法精准定位来讲，我们可以在其中加入距离检测单元模块把问题很好地解决。这种单元模块的加入，可以把智能巡检机器人与被测设备之间的距离很好的设定，完成合理距离设备的测定之后，红外摄像头才能选择，从而避免出现选定太阳这种非正常探测物体的错误情况。要想实现同人工巡检一样全角度的温度测量，因为变电站内广泛分布着道路，受限于时间因素、智能巡检机器人的实际高度等，在技术层面这一问题暂时无法解决。也就意味着，在现有技术阶段红外测温功能无法代替人工测温，只能作为一种辅助性的手段。
3.3表计数据读取不准确
一般情况下智能巡检机器人之中安装的摄像头都是可变焦的，按照相应的设计，其读取表计数据的时候对比人工巡检巡检人员的目测要有很大的优势。智能巡检机器人的可变焦镜头不仅可以把较长距离的表计界面很好地拉近，节省人力和物力，还能将表计界面进行保存为图片的格式，为今后的分析奠定基础。但是在实际使用的时候发现这种作用并不能很好地完全发挥，主要是智能巡检机器人在进行巡检的时候，摄像头由于各种因素变脏，因此就无法对表计图像清楚地检测和读取数据。
不仅如此，还存在摄像头对角不准确的现象。对智能巡检机器人摄像头表面肮脏的情况，可以通过加装类似雨刷器的自动清洁装置加以解决。对于表计污秽的情况，因为并不是智能巡检机器人自身的因素，目前只能通过人工巡检的时候发现污秽的情况，进行清扫才能解决，这样智能巡检机器人才能正确地读取数据。这就要求在开发的时候还应该在多方面进行探索和研究，把更为先进的前沿技术应用于硬件之中，这样才能保障智能巡检机器人的作用全面地发挥，提升巡检工作的质量和效果。
4.结语
随着科学技术的发展，智能巡检机器人的功能已经比较全面，但是在实际应用的时候还会存在一定的不足。因此，作为研发人员，应该根据实际情况，对当前智能巡检机器人中存在的不足进行深入的研究和探索，全面优化其应有功能和应用场景，实现更好的应用。