蜜蜂IDC机房巡检机器人
蜜蜂智能巡检机器人结合多种先进传感器、智能识别算法，巡检机房动力环境、设备运行状态、线路等，进行全方位精细化感知；主要分为基础功能、拓展功能和管理平台三大模块：
机器人基础功能蜜蜂巡检机器人提供SLAM激光导航功能，机器人采用了融合视觉，激光、惯导和GNSS等多种传感器的SLAM技术，能有效的弥补各传感器的局限性，增强机器人在不同环境下的适应能力，提高了在综合场景下的稳定性。
1.智能巡检根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数，独立启动和完成巡检任务。特殊巡检时，操作人员可手动选择巡检内容、巡检路线，人工启动巡检。并支持实时远程视频巡检。
2.智能避障智能巡检机器人在正常巡检中，遇见障碍物或其他影响行驶的物体会自动避开，避开障碍物后恢复正常巡检路线。
3.自动返航充电智能巡检机器人在巡检过程中电量达到设定的最低电量时，可以自主停止正在进行的巡检计划，切换到充电模式并自动运行到充电桩位充电。当电量达到设定的最大值时机器人会自动退出充电模式，切换到巡检模式并自动回到巡检路线进行巡检。
机器人拓展功能蜜蜂巡检机器人的扩展功能可根据实际应用场景进行选配：
1.智能构建三维地图机器人可以对机房进行智能构建三维地图。
陌生环境下的高度智能快速建图能力，基于快速滤波、点云拼接和配准技术快速建立完整的三维激光点云地图。
2.智能视觉识别智能巡检机器人搭载的高清可见光摄像机，结合图像识别技术对巡检区域的数据自动识别、上传、报警。通过大数据分析以及机器学习等技术实现智能预警、快速故障定位、查找根因等功能。
3.智能仪表识别基于深度学习算法的视觉仪表识别技术，精确识别机房电厂各类设备仪表（常规表、异形表、数显表、刀闸等），实现对机房设备的运行健康状态的高效精准的识别和精度诊断。
4.视频采集存储智能巡检机器人搭载的高清摄像机，实时采集热图像及高清图像并存储到后台存储服务器。
5.远程指挥具有远程对讲和指挥功能。
当机房发生重大事故，人无法及时赶到现场或无法进入现场时，可以控制智能巡检机器人到达事故点附近，通过智能巡检机器人搭载的各种传感器全景展示事故现场，为启动应急预案提供决策依据。
6.智能告警智能巡检机器人具有设备状态异常告警、声音异常告警、温度异常告警、火灾告警等功能；
可实时查看管理系统告警数据，机器人管理平台可以对机器人在巡检过程中通过指示灯检测的告警信息以及声音、气体、火灾水灾等监控项达到阈值的告警进行统一管理。
7.精确状态灯识别机房设备在非正常工作状态时，指示灯会发生变化，或发出特别的报警声。机器人在巡检过程中，通过指示灯检测，结合指示灯图像识别技术判断设备是否在正常工作，能缩短机房设备故障发现的时间，提高故障处理的效率。
智能机器人的精准状态灯识别具有关键设备状态识别功能，检测设备状态灯，识别红黄绿蓝灯状态，并且可识别设备位置。摄像头云台可进行大范围自动升降，升降范围可达0.6～2.0米，可识别高度在0.4米-2米之间的设备状态灯。还考虑到当多孔机柜门处于关闭状态时，隔着机柜门时状态灯颜色的粗识别。
8.热敏检测热敏摄像头可以检测设备温度状态，巡检机器人利用搭载的热成像相机在各巡检点对监测的设备进行拍照，并利用热成像检测算法生成热力分布图，同时计算出热力分布图上的最高温度点、最低温度点、平均温度点。
利用热成像仪可以监测和识别出机柜内设备可能存在的散热不良的问题，同时进行发展趋势的跟踪监测，如果发现监测结果超出预设的报警值，则及时给出预警，提醒维护人员尽早进行检查或加强监控。
9.气体检测利用搭载的气体传感器检测机房内各巡检点的气体值以及每个点的气体含量，生成变化曲线动态展示变化趋势。
可以根据需要选配特定的气体探头，用来检测电缆老化、设备超温等释放出的异常气体含量和浓度，比如二氧化硫、TVOC、甲醛、硫化氢气体等，从而可以尽早的检测到异常的情况，做好预防工作。
支持的气体种类有：CO、CO2、TVOC、二氧化硫、SF6、甲醛、硫化氢等。
10.声纹识别具有声纹识别和噪音识别两种功能，可以识别特定声音，也可识别噪声。巡检机器人利用搭载的声音传感器检测机房内各巡检点的环境噪声，利用声音检测算法计算出各巡检点的环境噪声值，并录制环境背景声音。对于超出预设的噪声阈值的检测值，及时给出预警信息。
11.灰尘检测机器人可以对机房灰尘进行检测包括：PM2.5、PM10。
与动环监测系统不同在于机器人可以像人一样运动地巡视机房，而动环监测系统只能在机房几个固定位置采集数据，机器人系统采集的数据更能真实的反映机房灰尘环境的动态变化。而且，机器人系统可以搭载更加高端的监测设备（如高分辨率的光学和红外摄像机）对PM2.5、PM10进行实时监测。
12.环境检测机器人可以对机房进行温度和湿度检测。
机房设备经过长时间高负载运行，温度、湿度超过设定的阈值很容易造成重大损失。机房巡检机器人搭载温湿度传感器，可以实时检测每个监测点的温、湿度数据，获取动环的变化数值，进行全面的温度和湿度指标的感知，精准决策，及时启动相应预案，减小事故影响。
13.渗水检测在机器人移动过程中，通过泄露探测器，对途经水源或其它有液体的地方进行告警。
14.火灾检测通过智能巡检机器人搭载的高清视频设备检测配电房、开关室内部异常光源、烟雾情况;红外设备识别火源，对配电房、开关室设备明火及设备内部异常温度进行检测，及时识别疑似火灾位置，由平台专家系统分析是否有着火点，是否需要联动消防系统；确认着火点后，发送火灾告警至本地监控平台，同时巡检机器人应驶离到安全距离(机器人能承受的最高温度)以外观察。
15.地质沉降检测智能巡检机器人采用预置点标定与视频识别相结合的方法，对机房、配电房、开关室的基建变形、地质变化、结构缝错位等进行检测，有效预警可能发生的严重地质危害。
16.设备锈蚀、变形检测机房、配电房、开关室设备生锈腐蚀、变形，久而久之会导致设备故障。智能巡检机器人系统通过图像识别及图像对比方法，对套管设备、紧固件进行精确定位、拍照，结合人工确认，实现锈蚀、变形分析，提前预警，一定程度上防止故障的发生。
17.人脸识别机器人具有人脸识别功能，当进入机房的人员不在注册中时提示进行注册。
机房不允许非正常物体（如非工作人员）入侵。机器人在待机或巡检过程中，通过搭载的高分辨率光学摄像机拍摄监测通道，再结合人脸识别技术侦测是否有关注的物体出现，并进行录像，为机房安全管理提供有效证据。在进行人脸识别技术操作的时候，主要流程是：图像采集、人脸检测、图像质量评估、特征提取以及特征比对。具体如下：1.图像采集:获取单帧或者多帧的图像数据供人脸识别系统使用，该操作由摄像头拍摄获取。2.人脸检测:从摄像头采集的图像数据中，检测人脸的位置如果有多个人脸，可以自由设置ROI范围。3.图像质量评估:对目标人脸进行分析得岀人脸倾斜、旋转角度、面部遮挡比例、模糊程度等参数，综合判定该张图片是否适合进行人脸特征提取；4.特征提取:从目标人脸图像中提取人脸特征以供身份比对使用。通常是将该图像通过一个神经网络从而提取出特征值。5.特征比对:一般分为1:1和1:N两种情况。1:1是判定目标人脸的特征与指定人脸的特征是否为同一人。1:N则是判定目标人脸特征是否是人脸数据库中N个不同人脸中的某一人。特征比对一般需要设置一个阈值，两个特征相似度超过该阈值则判断为同一人，低于则不是同一人。
18.随工录像机器人可以跟随维护人员并可对相关操作进行录像监控。
如有维护人员到机房进行现场维护工作，可以远程将巡检机器人设定为随工模式，机器人可以识别工作人员，并远程监控录制维护人员在现场的维护工作的工作视频，以便日后进行查看或追溯。
19.开机自检机器人在开机时可以自动自我检测。
检测关键组件、网络状态等是否正常，检测完成后语音播报。
机器人管理平台功能1.控制台机器人控制台，为管理人员快速管理提供工作平台。包括三个部分：
（1）实时状态
实时显示机器人的工作状态，可以显示机器人在机房的行动路线，跟踪机器人的实时位置。机器人两个云台摄像头的展示信息、人脸识别状态、指示灯检测、动环检测等告警信息。
（2）综合控制
实时展示机器人的控制信息，可以进行云台控制、机器人控制、摄像头控制并且展示机器人巡检的各种专业检测信息。
（3）报表管理
实时展示重要的报表信息。
2.机器人管理蜜蜂巡检机器人提供多级机器人管理功能，当机器人与管理系统连线中断时，机器人可自主运行，不影响功能。多级机器人管理可支持查看多机器人作业、多机器人工作状态。
（1）机房巡检管理
可定制机器人巡检作业规划和作业内容，提供多种功能选择。比如：状态灯检测、温度检测、人脸识别等自由组合算法。
（2）巡检信息
设备日常巡检是通过确保巡检工作的质量，以及提高巡检工作的效率来提高设备维护的水平，其目的是掌握设备运行状况及周围环境的变化，发现设施缺陷和危及安全的隐患，及时采取有效措施，保证设备的安全和系统稳定。
（3）曲线图统计
机器人每天会产生的大量原始数据及处理后的数据，可以实时上传至上一级的大数据平台，利用大数据技术，进行深入的数据挖掘、数据资产化管理及应用。
历史曲线展示了机器人历史检测到的数据，并以Echars图表形式展现出来，可选择日周月年进行数据展示。
3.实时监控系统可以远程查看机器人实时状态，进行控制，并定制机器巡检作业。
系统实时显示机器人的工作状态，可以显示机器人在机房的行动路线，跟踪机器人的实时位置。机器人两个云台摄像头的展示信息、人脸识别状态、指示灯检测、动环检测等告警信息。
实时展示机器人的控制信息，可以进行云台控制、机器人控制、摄像头控制并且展示机器人巡检的各种专业检测信息。并可定制机器人巡检作业规划和作业内容。
4.告警管理告警管理可显示设备告警内容，包含状态告警、温度告警及火灾告警等。
告警通知方式：提供声音、邮件、短信多种通知方式。
机器人具有指示灯、动环、人脸识别、仪表报警功能，如不间断电源、机房专用空调、服务器等，当这些设备在非正常工作状态时，指示灯会发生变化，或发出特别的报警声。
5.巡检任务设置机器人的巡检路线、巡检时间、巡检事项等信息，并可以选择定时任务、周期任务等模式；可以查看机器人所有的巡检记录。
6.语音播报可自由设定机器人语音播报内容，播报方式分为定点播报和手动播报。
定点播报：机器人运行到指定位置时开始播报语音，语音播报内容可自由配置。
手动播报：手动控制机器人语音的播放和暂停，语音播报内容可自由配置。
7.人员管理对公司人员的姓名、性别、身份证号码、联系电话、紧急联系人及电话、部门、岗位等基本信息进行统一管理。
8.资产录入对固定资产的买入时间、投入使用时间、价格等信息进行管理；可以通过excel批量导入。
室内轨道型智能巡检机器人系统设计方案
智能巡检监测机器人自身具有高清视频、红外热图像和声音采集等功能，工作人员通过对信息进行综合分析得出稳定可靠的巡视结论，判断出设备是否安全。当发现配电房、开关室内的设备有异常情况，工作人员可在第一时间查清问题原因，并采取相应措施。
2.1总体技术要求
室内轨道型智能巡检机器人监测系统主要由巡检机器人、运载轨道系统、通讯及电源系统、监控平台等组成。
序号功能简述1移动高清视频监控实现配电房、开关室内实时移动可见光/高清视频监控2表计识别，自动抄表实现电力表记的自动识别与数据统计；状态灯、开关柄位置、箱门开闭状态的识别。3设备锈蚀、变形检测系统通过图像识别及图像对比方法，可对室内设备、紧固件进行精确定位、拍照，结合人工确认，实现锈蚀、变形分析4室内照明等设备工作、土建环境状态识别室内渗水识别发现；室内照明设备工作状态识别；路面积水识别发现5设备工作温度状态监测采用红外热成像监测通过整个室内进行扫描式测温，全面掌握设备温度情况。6关键点精确测温实现对母线接头、穿墙套管等关键点定点测温7缺陷定点跟踪测温实现对点或对区域热缺陷进行定时定点巡检，采集数据8环境检测实现对室内中O3、CO、CO2、SF6、温度、湿度、烟雾、环境噪音、设备工作噪音等环境信息的监测9设备自动识别对与系统采集的热图（无论自动采集还是人工采集）进行自动识别，通过图像配准的方法识别出该热图能有效的设备目标，保证温度检测的有效性。10语音对讲及现场指挥功能定期检修或施工的伴护功能11火灾检测及应急处理实现火情异常发现及灭火应急处理功能12安防联动及应急联动处理在系统告警发生后快速对室内进行巡视、排查隐患的过程；和室内其他在线监测的系统联动，其他在线监测发现的异常联动现场确认处理。消防联动发现火情，后台视频确认，联动灭火机器人进行处置。
2.2系统的特点和优势
视觉导航技术，自动识别所有表计
传统的机器人巡检是通过大量的预置位设置工作来定位所有的监测目标，需要大量的运维工作才能保证整个系统的有效运行。本系统采用的视觉导航技术，只要系统采用模糊识别算法对现场典型设备进行学习，在实施过程中内自动识别所有的设备，自动定位需要检测的目标，极大的提高系统运行效率。
滑触式供电化技术
巡检机器人重复定位精度±2mm，运行平顺无卡滞。
24小时连续不间断运行，无需充电等待。
有线通讯技术，符合电网信息安全要求
采用有线通讯方式，数据可直接接入电网公司运维管理系统，不存在因采用无线网络通讯导致的信息安全问题。
柜内局部放电监测技术
系统使用机械臂式局放检测仪检测所有开关柜、配电柜内部放电现象，结合机器人在垂直方向2米的行程以及局放机械臂在水平方向0.25米的行程，可实现开关柜、配电柜全方位的局部放电监测。
局放检测方式：TEV+超声组合。
3D扫描技术、室内设备全方位监测
系统采用三维扫描仪用来侦测并分析配电房、开关室中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。采用搜集到的数据进行三维重建计算，在智能巡检机器人系统中创建实际物体的数字模型。
系统采用这些模型数据进行导航、识别、设备定位。系统采用这些数据同时完成室内设备的设备锈蚀、形变检测、土建环境状态识别。
AR实景监测技术应用
运维人员模拟现场实际场景实时观测室内所有设备的运行状态。可随着运维人员的身体动作，查看分析任意设备的工作状态，表计读数。系统同时可在所有检测对象上进行注释及标记，辅助运维人员巡视。
系统同时完成柜内设备温度工作状实景实时监测。
智慧巡检技术
系统保证每天一次的全面巡检任务，同时会自动根据巡检结果调整其他巡检任务，自动调整设备的巡检频率。例如：某块表计读数数值变化较大，系统自动增加该表计的监测次数，而对于长期不变的表计自动减少监测次数。对于工作状态异常设备，系统自动增加巡检频率，有效的提高的系统的巡检效率。
室内工作环境自动监测
智能机器人自身携带的环境监测模块、高灵敏度拾音器，具备监测配电房、开关室中O3、CO、CO2、SF6、温度、湿度、烟雾、环境噪音、设备工作噪音等环境信息。
语音对讲现场指挥功能
智能巡检机器人系统搭载双向语音系统，安装有应急广播扬声器和监听麦克。用于监控中心和巡视人员进行双向对讲，实现对现场的远程监控指挥。
异常预警及联动告警处置
根据配电房、开关室的运行情况，按不同等级可发生报警：机器人本地声光预警、监控中心声光预警。
当出现环境气体达到报警参数、火情、积水异常，巡检点设备发生异常，地质变化、通讯系统故障、机器人掉线30分钟等异常情况时，系统都应进行报警。当工作人员确认报警信息后，系统可以解除相关报警。
火灾检测及应急处理
通过巡检机器人人体搭载的高清视频设备检测配电房、开关室内部异常光源、烟雾情况；红外设备识别火源，对配电房、开关室设备明火及设备内部异常温度进行检测，及时识别疑似火灾位置，由平台专家系统分析是否有着火点，是否需要联动消防系统；确认着火点后，发送火灾告警至本地监控平台，同时巡检机器人应驶离到安全距离（机器人承受最高温度）以外观察。
配合气体检测设备，对配电房、开关室内部有害气体进行检测，为人员进入管廊内部进行消防或其他作业提供参考。
360°高清视频巡检
巡检机器人安装的360°连续转动球型云台，实现全方位巡检监控。
（1）移动高清视频监控：1080P高清可见光相机，可实现配电房、开关室内实时移动视频监控。机器人同时搭载的高亮红外探照灯补光，以实现有效照明。
（2）系统完成如下表计的识别：
电压表、电流表等表计指示；
SF6气体压力等表计指示；
开关、接地刀闸、贮能状态等机械位置及电气指示检测；
状态指示灯自动识别；
空开状态识别；
旋钮开关位置识别；
保护压板位置判断；
运行人员远程操作机器人监督现场人员操作及施工
（3）地质沉降：巡检机器人采用预置点标定与视频识别相结合的方法，对配电房、开关室的基建变形、地质变化、结构缝错位等进行检测，有效预警可能发生的严重地质危害。
（4）设备锈蚀、变形检测：配电房、开关室设备生锈腐蚀、变形，久而久之会导致设备故障。巡检机器人系统通过图像识别及图像对比方法，可对套管设备、紧固件进行精确定位、拍照，结合人工确认，实现锈蚀、变形分析，提前预警，一定程度上防止故障的发生。
（5）漏水与积水识别：机器人系统可针对配电房、开关室中的土建渗水、地面积水情况进行识别。在正常巡检情况下，机器人对特定的渗水泄漏点进行检测；常规行进过程中，可采用扫描的方式进行渗水漏水检测。
设备自动识别管理功能
对于系统采集的热图进行自动识别，通过图像配准的方法识别出该热图包含的有效设备目标，保证温度监测的有效性。
设备自动识别管理功能
对于系统采集的热图进行自动识别，通过图像配准的方法识别出该热图包含的有效设备目标，保证温度监测的有效性。
详细设备工作状态管理功能
建立所有设备以及设备部件的管理体系，在自动巡检的同时对本红外热像仪巡视范围内的所有设备部件进行温度分析记录。在报警的时候可以详细到具体设备故障部位。
防误报识别功能
所有的温度测量都基于有效的设备识别，根据巡查策略可以只测量标记过的设备，对于外界的干扰热源自动剔除，有效的防止了误报警的产生。
自动生成报表功能
系统软件可自动生成单幅红外图像的设备工作温度分析报表或综合报表，系统可自动记录每次测温时的温度值，并生成温度报表，以反应该设备在某一时间段内的温度变化情况。
自动巡航功能
系统提供多种方式的自动巡检计划和方案，实现完全自动化运行，实现每天多次的对设备工作状态的巡检、自动预警、自动输出报表等功能。减少了人员到现场巡视次数，提高运行人员工作效率，有效降低了运行人员的工作强度。
自动预警功能、短信报警
在系统巡航过程中，如发现目标设备温度异常自动报警，报警信息有文字信息和声音信息，提示运行人员具体的报警位置状况信息，以便跟踪故障点，确认告警情况并排除故障。
系统可设置将配电室、开关室内设备工作状态以短信方式发送到运维人员手机中，提高系统报警的有效性和实时性。返回搜狐，查看更多
城市综合管廊自动巡检机器人
1. 主要内容
近年来，在国家政策的支持和推动下，我国城市综合管廊建设高速发展。2013年以来，国务院先后印发了《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发〔2013〕36号）、《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号）、《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》（国办发〔2015〕61号，以下简称《指导意见》）等一系列重要文件。目前全国69个城市在建的地下综合管廊约1000公里，总投资约880亿元，其中已建成的管廊801.021公里，完成投资573.165亿元。芜湖市兴建的长江路地下综合管廊工程沿长江路东侧布置，北起天门山路北侧，南至中山北路北侧，全长3.1公里，标准段为管宽3.3米，高4.7米的矩型结构。
综合管廊内的潜在危险源主要是电力电缆因电火花、静电、短路、电热效应等引起火灾以及可燃气体如泄漏的燃气、污水管外溢的沼气等，因在封闭狭小的综合管廊内聚集,形成火灾隐患。此外由于综合管廊一般位于地下,火灾发生隐蔽,不易察觉，且空间封闭、出入口少而狭小,起火时烟雾不易散出,火灾扑救极度难。各类管线入廊后安全不容忽视。城市综合管廊建设在地下，设施繁杂、距离长、消防安全隐患成因复杂、隐蔽性较高，同时城市综合管廊配套建设的固定式火灾探测系统也存在盲区，不能全覆盖的对综合管廊进行保护，如何确保城市综合管廊消防安全运营成为一大难题。
目前已建成的城市地下综合管廊日常消防安全巡检采取安装固定火灾探测设备与人工巡检两者相结合的方式。在综合管廊内安装的固定检测设备受管廊空间布局、设施设备等因素的影响，存在检测盲区难以消除，误报、漏报现象过多等问题；人工巡检受巡检人员的生理、心理素质、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，同样存在漏巡和漏报的问题。随着管廊里程的增加，人工完成20公里以上，甚至更长地下管廊的巡检成为管廊运营维护中难以克服的问题。
随着机器人应用技术的发展，开发一种适宜于地下管廊的火灾防治的机器人，可为长江路地下综合管廊提供一种新的安全防范手段。
通过对城市地下综合管廊建筑结构特征及典型火灾危险源特征进行调研分析，我们认为采用机器人实现管廊等复杂环境下的自动避障与全天候的自动巡检是一种比较好的消防安全解决方案。在狭长的地下管廊内，机器人全天候进行长距离巡检，可以有效解决长距离地下空间人工巡检所带来的问题。此外机器人可以在行驶过程中对管廊的电缆探测，解决固定安装火灾探测器的探测盲区的问题。此外机器人配接的可见光与红外成像设备将对采集的图像进行预处理，识别出被监测的管廊内设备，通过将该图像与历史图像进行差值分析、区域标识、纹理描述和评判等处理，结合对应设备的参数库确定其工作状态。如有管廊设备异常则存储结果，向上一级传输及发出告警信号。该机器人系统还可根据预先设定的设备温度阈值，自动进行判断，对超出报警值的设备在基站主控计算机上给出声音和图形报警;借助可见光和红外光图像识别等多参量火灾判定方法，能判断关键设备的内部温度梯度，不但可以形成某一时刻地下综合管廊的一些关键设备的设备温度曲线，也可以生成某一设备在一定历史时间内的时间—温度曲线，以建立不同的探测判断类型，对电缆接头处异常温升、可燃气体聚集等多类危险源进行检测、对固定式安装的火灾探测器探测区间段的检测盲区进行弥补。
2.预期成果：
城市地下综合管廊巡检机器人样机一台
关键技术参数如下：
1）低照度选件：在浓烟及低照度环境下（0.01lux）低照度环境下可正常工作，且具备自动补光能力；
2）可实现50%遮光率下有效火场监测；
3）机器人定位精度：不大于10cm;
4）行走速度1.3m/s；
5）越障高度100mm；
6）爬坡能力30度斜坡或楼梯；
7）控制方式全天候自动巡检及监控室远程遥控；
8）工作时间大于2h；
申请或授权发明专利或软件著作权1－2项。
城市综合管廊自动巡检机器人中期工作进度报告1份
城市综合管廊自动巡检机器人研究报告全本：纸质15份，电子版1份
城市综合管廊自动巡检机器人研究报告简写本：纸质15份，电子版1份
3. 研究团队：
项目负责人：纪杰 中国科学技术大学
序号
姓名
性别
出生年月
学历
专业
技术职称
所在单位
项目分工
1
丁龙
男
1988年4月
博士
安全工程
副研究员
中国科学技术大学
主研人员
2
王浩波
男
1977年1月
博士
安全工程
高级工程师
中国科学技术大学
主研人员
3
周德闯
男
1980年10月
博士
安全工程
工程师
中国科学技术大学
主研人员
4
王文伟
男
1984年1月
博士
安全工程
高级工程师
中国科学技术大学
主研人员
5
胡鹄
男
1985年8月
硕士
机械设计
高级工程师
安徽对称轴智能安全科技有限公司
主研人员
6
孙军军
男
1995年3月
硕士
软件工程
工程师
安徽对称轴智能安全科技有限公司
主研人员
7
甘安政
男
1968年12月
学士
计算机
工程师
安徽对称轴智能安全科技有限公司
主研人员
巡检机器人
模拟人类巡检行为：巡检安防机器人不仅可以模拟人的视觉、嗅觉、听觉，可以做到巡检人员无法完成的精确感知温度，统计数据和分析信息来源，并能够掌握区域环境状态。
智能巡检安防机器人可以通过自身携带的通信模块，识别模块，及其他传感器，完成对区域其他物体的数据采集，智能救援，智能灭火，非工作人员识别，动物驱赶等工作。
智能巡检安防机器人可以全体24小时工作，对于大型园区内人员巡检相比，可以更加高效，解决人员巡检情绪化下巡检的不可靠性。
智能巡检安防机器人可以通过自身携带的红外摄像头，能够准确的在夜间进行园区边缘的安防监控，对于植物内的，智能巡检安防机器人也可以通过红外热感应来判断园区边缘植物内是否有人。
智能巡检机器人可完全满足于电力巡检、管道巡检、机房巡检、园区巡检、化工巡检、安保巡检、消防巡检诸多领域。
带式输送机故障巡检机器人系统设计
0引言作为煤矿生产系统的关键运输设备，带式输送机广泛应用于煤炭采掘、生产、转运和加工过程[1-2]。与其他运输设备及输送形式相比，带式输送机具有连续运输量大、运载能力强、可实现较长或超长距离连续运输、运行效率高、工作环境适应性好、易于实现自动控制等优点[3-5]。确保带式输送机连续不间断、安全、正常工作，是煤炭开采、加工等工作的重要保障。然而，由于煤炭开采及运输环境的恶劣程度和复杂性，以及带式输送机工作的不间断性等条件因素，在实际生产过程中，带式输送机经常发生故障，轻则影响煤炭开采运输的正常运行，重则伤及煤矿工人的生命安全[6-8]。对带式输送机工作状态进行实时监控和保护变得尤为重要。
曹剑等[9]根据《煤矿安全规程》第373条规定，结合多年煤矿大型带式输送机现场维护经验,简单分析了矿用带式输送机“六大保护”的作用、安装及重要性。杨清翔等[10]针对煤矿带式输送机故障种类繁多且各征兆存在交叉的问题，提出了一种煤矿带式输送机故障诊断方法，采用粗糙集与神经网络相结合的故障诊断技术，将约简的相应测试征兆属性样本输入训练好的网络进行故障诊断，从而判别出相应故障。王建勋[11]分析了常见的煤矿输送带传输故障及其原因，总结了目前针对煤矿输送带常见传输故障的监测技术及其存在的主要问题，提出了一种基于机器视觉技术的煤矿输送带传输智能监测及预警系统。
基于带式输送机存在诸多故障的可能，若只依靠人工巡视和监测，劳动强度大，且可靠性和发现问题的及时性差，因此设计一种可以自动监测带式输送机运行状况的巡检机器人具有重要的现实意义[12]。陆文涛等[13]针对煤矿井下带式输送机出现事故时无法及时发现的问题，设计并研制了一种矿用带式输送机巡检机器人系统，为带式输送机安全生产提供了保障。但该系统采用相机监测带式输送机故障，监测结果受光照及天气影响较大，可靠性较低。
本文针对带式输送机常见的输送带和托辊故障，设计了一种集成传感、控制及通信功能的带式输送机故障巡检机器人系统，可实现对带式输送机多种常见故障的检测。
1带式输送机常见故障类型及原因通过大量数据分析和经验总结可知，带式输送机常见故障多发生在输送带和托辊上。
1.1输送带故障经煤矿实地调查得知，带式输送机输送带故障中超过95%为横向断裂、纵向撕裂、跑偏、打滑和堆煤。
(1)输送带横向断裂。煤矿带式输送机运输距离较长，所有的输送带必须连接成环形，输送带接头常采用机械卡口固定接头法或热硫化接头法。由于输送带接头强度较低，且易损坏，所以接头通常是整条输送带最薄弱的部分。输送带横向断裂大多发生在接头处。输送带机械卡口变形或硫化接头强度太低、工艺不合格、质量不过关或磨损过于严重，都可导致输送带横向断裂事故的发生，主要原因是输送带横截面受到不均匀外力作用，同时张力超过极限范围，使输送带瞬时张力为零。
(2)输送带纵向撕裂。纵向撕裂是指输送带局部受力不均导致输送带在纵向出现破损的情况。由于输送带运送的原煤中会夹杂带有尖锐棱角的大块异物，非常容易划伤进而刺穿输送带。特别是在落料口和转运直角附近，来煤中的异物在下落过程中容易被卡阻在导煤槽挡板、托辊架等位置，同时受到正在运动中的输送带带动的力量，异物将愈卡愈紧，最终穿透和撕裂输送带，甚至引发断带事故。约80%的输送带纵向撕裂事故发生于落料口，应重点对机尾落料口进行监测。
(3)输送带跑偏。跑偏是指输送带运行方向中心线偏离带式输送机固有中心线的现象，极易引起运输的物料沿跑偏反方向洒落和输送带局部边缘磨损，还可能引发输送带打滑、撕裂等故障。作用于输送带的合力方向偏离标定输送带中心线方向是导致输送带跑偏的本质原因。
(4)输送带打滑。打滑是指驱动滚筒与输送带运转速度不匹配而出现的异常相对运动。输送带一旦打滑，不仅会使带式输送机因传动力不足而失效，还可能造成输送带因长时间摩擦而使温度升高并超过极限，从而引发火灾。另外，打滑还会导致输送带严重磨损、受到较强冲击后疲劳断裂、下坡段“飞车”等事故。引起输送带打滑的主要原因是输送带与滚筒作用点的张力过小，无法提供足够的动力。
(5)堆煤。当毛煤含水量大于20%时，煤水混合物呈现为黏稠状态的两相流体，俗称水煤。输送带运输过程中，由于水煤与输送带之间摩擦力比较小，同时其受自身重力影响，容易堆积到带式输送机机尾。另外，粒度为0～5mm的碎煤因流动性较强，在自身重力作用下容易堆积在带式输送机机尾，导致碎煤堆积事故。
1.2托辊故障带式输送机托辊故障类型主要为严重磨损和转动卡死。严重磨损会导致局部发热和摩擦噪音；当托辊出现转动卡死时，托辊与输送带之间会发生相对滑动，同样会产生局部发热现象。
2带式输送机故障巡检机器人系统设计带式输送机故障巡检机器人系统由驱动系统、传动系统、配重系统、巡检机器人本体等组成，如图1所示。
图1带式输送机故障巡检机器人系统组成Fig.1Compositionoffaultinspectionrobotsystemforbeltconveyor
驱动系统采用防爆电动机，驱动巡检机器人在带式输送机正上方布置的钢丝绳上往复运动，监测带式输送机的工作状态。传动传统采用二级锥齿轮传动，将防爆电动机的动力传递到驱动绳轮上。配重系统对驱动系统和传动系统的偏重进行平衡，以使巡检机器人在钢丝绳上平衡稳定地往复巡检。巡检机器人本体是实现巡检工作的主体装置，其内置传感、控制和通信系统。传感系统用于检测带式输送机各种故障；控制系统包括上位机和下位机，其主要对带式输送机的工作状态、传感器检测数据等信息进行处理，然后控制驱动系统启停；通信系统采用无线通信方案，将巡检机器人与带式输送机主控制室的信息进行互联，实现实时信息传输。
3系统传感器选定巡检机器人的核心元器件为传感器。基于对带式输送机故障的分析和总结，系统选定如下传感器。
(1)激光雷达。激光雷达具有较高的分辨率，抗干扰能力强，获取的信息量丰富，且可全天时工作，工作不受外界环境的光照、天气状况等影响，对检测输送带跑偏、打滑、堆煤故障有良好的效果，同时对横向断裂、纵向撕裂故障有一定的识别作用。
(2)单目相机。当输送带发生轻微横向断裂或纵向撕裂且可以正常工作时，很难通过激光雷达检测处于运煤状态的带式输送机潜在故障，因此在带式输送机机尾落料口处配备单目相机进行带面检测，以及时发现输送带潜在的横向断裂或纵向撕裂故障。
(3)烟雾传感器。因输送带打滑时易引起温升过高而产生燃煤事故，必须配备烟雾传感器，提前检测并防范燃煤事故。
(4)声音传感器。当托辊故障摩擦严重时，带式输送机的工作噪音比正常状态大很多，采用声音传感器能够较便捷地检测出该故障。
(5)温度传感器。托辊磨损与输送带打滑都会导致带式输送机零部件工作温度超过正常范围，需配备温度传感器进行检测。
4故障检测算法设计4.1输送带横向断裂及纵向撕裂故障检测输送带横向断裂及纵向撕裂故障检测算法流程如图2所示。首先采集和分析激光雷达扫描的带面激光点云数据和布置在带式输送机机尾处的单目相机拍摄的带面图像数据，然后进行数据融合，当融合结果满足输送带横向断裂或纵向撕裂阈值条件时，系统发出报警信号，提醒检修人员进行维修或更换，同时带式输送机停止运行。
图2输送带横向断裂、纵向撕裂故障检测算法流程Fig.2Faultdetectionalgorithmflowoftransversefracture,longitudinaltearingofconveyingbelt
4.2输送带打滑、跑偏故障检测输送带打滑、跑偏故障检测算法流程如图3所示。其中打滑故障有3种检测方式：①烟雾传感器检测带式输送机的工作烟雾信息，当检测数据达到设定的报警阈值时，判断输送带发生打滑。②输送带发生打滑时，会导致输送带与托辊之间的接触部分温度上升，当温度传感器检测值达到上界温度阈值时，发出报警信号。③根据激光雷达点云数据，结合巡检机器人运行速度与带式输送机驱动电动机转速，检测输送带打滑故障。
图3输送带打滑、跑偏故障检测算法流程Fig.3Faultdetectionalgorithmflowofslippingandrunningdeviationofconveyingbelt
采用激光雷达检测输送带打滑故障的原理如图4所示。设t1-t2时刻激光雷达检测到的指定煤堆的移动距离为l，则输送带平均运行速度为
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图4激光雷达检测输送带打滑故障原理Fig.4Faultdetectionprincipleofconveyingbeltslippingbylaserradar
设v0为带式输送机电动机驱动输送带的平均运行速度，则当v6°(设输送带左偏的夹角为正)时报警显示输送带左偏，当α