鄭海濱

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

0 引 言

隨著石化園區(qū)行業(yè)發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大和管道檢測(cè)技術(shù)整體要求的不斷提高，施工人員需實(shí)時(shí)監(jiān)控和跟蹤石化園區(qū)的各種信息數(shù)據(jù)。通過檢測(cè)管道可有效滿足各種管道布設(shè)、基坑跟蹤監(jiān)測(cè)及重點(diǎn)管線綜合巡查等方面的需求。智能管道巡檢機(jī)器人主要是綜合檢測(cè)管內(nèi)作業(yè)場(chǎng)景中物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)的各種不同類型終端硬件。

1 關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概述分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，利用高性能射頻識(shí)別設(shè)備、多功能紅外感應(yīng)器設(shè)備、智能綜合定位跟蹤系統(tǒng)及高性能激光掃描器等重要信息數(shù)據(jù)傳感設(shè)備連接物品和互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)各種信息資源之間的有效交換和通信的綜合性網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心內(nèi)容是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)誕生于20世紀(jì)初，作為一種創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)已逐漸成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不可或缺的重要資源。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，其影響范圍越來越廣泛。物聯(lián)網(wǎng)可通俗地理解為事物與事物、事物與人之間的各種信息傳遞與管理。通常，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中較常見的技術(shù)有3種。（1）傳感器技術(shù)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中不可或缺的部分。由于計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)使用數(shù)字信號(hào)，需利用傳感器技術(shù)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以有效滿足不同人群對(duì)信息資源的需求。（2）RFID標(biāo)簽是一種融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)的創(chuàng)新型技術(shù)，在自動(dòng)識(shí)別與物品物流管理方面應(yīng)用廣泛[1]。（3）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是一種包括高性能傳感器、集成電路及計(jì)算機(jī)軟硬件的電子綜合應(yīng)用技術(shù)。近年來，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的創(chuàng)新型終端產(chǎn)品，極大地便利了廣大社會(huì)民眾的日常生活。例如，市場(chǎng)上不同類型的MP3電子設(shè)備和航空航天衛(wèi)星系統(tǒng)，一定程度上推動(dòng)了工業(yè)的快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性結(jié)構(gòu)，若把物聯(lián)網(wǎng)比作人，傳感器就如同人的鼻子、皮膚等重要感官，嵌入式系統(tǒng)就如同人的大腦。由此可見，嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中占據(jù)重要地位。

2 關(guān)于柔性測(cè)試技術(shù)的分析

柔性測(cè)試技術(shù)融合了各種不同類型的新型技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè)[2]。柔性測(cè)試技術(shù)可充分融合機(jī)電一體化技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)及軟件技術(shù)等，使其具備靈活性、適應(yīng)性及可擴(kuò)展性的特點(diǎn)。柔性測(cè)試技術(shù)是一種現(xiàn)代化綜合性技術(shù)，需以測(cè)試系統(tǒng)功能和性能為重要關(guān)注對(duì)象。柔性測(cè)試技術(shù)不是一種簡(jiǎn)單化的系統(tǒng)集成，而是一種綜合性的成熟專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。由于柔性測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，它已被廣泛應(yīng)用于柔性管道巡檢機(jī)器人的生產(chǎn)與制造，并推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的柔性管道巡檢機(jī)器人

3.1 智能控制系統(tǒng)應(yīng)用

3.1.1 智能故障判斷

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的柔性管道巡檢機(jī)器人的智能故障判斷是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。判斷故障時(shí)，工作人員應(yīng)綜合考慮和分析其他各方面因素，并充分結(jié)合實(shí)際結(jié)果和運(yùn)行指令。當(dāng)實(shí)際結(jié)果和運(yùn)行指令對(duì)應(yīng)的理論結(jié)果存在差異時(shí)，斷定為自動(dòng)化綜合裝置運(yùn)行故障[3]。由于在設(shè)計(jì)上指令系統(tǒng)和結(jié)果反饋系統(tǒng)大多呈現(xiàn)獨(dú)立狀態(tài)，可知此自動(dòng)故障判斷模式的錯(cuò)誤率很小。管道巡檢機(jī)器人運(yùn)行程序中，前進(jìn)與后退是兩種較常用的信息指令，且對(duì)應(yīng)的運(yùn)行結(jié)果是管道內(nèi)位置改變。當(dāng)運(yùn)行指令和實(shí)際結(jié)果對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單時(shí)，可使用自動(dòng)故障判斷模式。

3.1.2 路徑設(shè)定與管內(nèi)定位方式

柔性管道巡檢機(jī)器人是一種現(xiàn)代化的高科技產(chǎn)物，其管內(nèi)循環(huán)是一種自動(dòng)化過程。管內(nèi)巡回路徑設(shè)置可通過參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)或者示教寫入的方式完成。充分結(jié)合兩種不同的設(shè)定方式，便于工作人員設(shè)置機(jī)器人路徑，減少不同類型障礙的發(fā)生。雖然機(jī)器人在管道系統(tǒng)中可精確判定自身位置，但是大量不同類型的管線系統(tǒng)一般設(shè)置在地下空間、墻體內(nèi)部或者其他一些隱蔽的區(qū)域中，不僅影響無線信號(hào)傳輸，而且無法使用單一無線定位方式完成管內(nèi)定位。充分結(jié)合運(yùn)動(dòng)計(jì)程和定位點(diǎn)定位，可使機(jī)器人在管道中正常、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；通過搭載高性能感受器，可使機(jī)器人在復(fù)雜管道系統(tǒng)中精確判定自身位置；通過安裝金屬傳感器，可使機(jī)器人深入探測(cè)金屬材料制成的定位環(huán)和不同類型永磁體產(chǎn)生的定位[4]。由于大部分管道系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易安裝一定數(shù)量的定位點(diǎn)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的定位分辨率將無法滿足機(jī)器人的管內(nèi)自動(dòng)巡回需求。通過計(jì)量導(dǎo)向輪和管壁間的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，換算后得到機(jī)器人在管道中的行進(jìn)路程，進(jìn)而精確反映機(jī)器人的實(shí)際位置。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)傳感是一種綜合性系統(tǒng)，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)量大、種類多及實(shí)時(shí)性要求高的工控現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)綜合體系一般包括傳感網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)三種結(jié)構(gòu)方式[5]。智能手機(jī)、高性能平板電腦等終端設(shè)備可在短時(shí)間內(nèi)接入到應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。柔性管道巡檢機(jī)器人自身具備傳感網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)功能。重要的硬件設(shè)備通常包括3個(gè)重要部分：機(jī)器人、地面基站、傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。由于機(jī)器人的安裝位置隨機(jī)性大且多數(shù)工程現(xiàn)場(chǎng)不適用于大規(guī)模布設(shè)，機(jī)器人與地面基站、傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用工業(yè)無線通信的方式通信。

3.3 柔性檢測(cè)系統(tǒng)

隨著科技的不斷進(jìn)步，智能制造理念逐漸成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)在一定程度上推動(dòng)了自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展，提高了對(duì)檢測(cè)技術(shù)的整體要求。各種檢測(cè)裝備的整體生產(chǎn)與設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，并應(yīng)用了大量專用零件，導(dǎo)致無法批量化生產(chǎn)或者檢測(cè)裝備質(zhì)量不合格的現(xiàn)象多發(fā)。為保障裝備檢測(cè)行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，需重點(diǎn)分析兩個(gè)方面。第一，模塊化硬件分析。柔性管道巡檢機(jī)器人是一個(gè)由各種不同類型尺寸和性能特征模塊共同組成的綜合性裝置，其設(shè)計(jì)過程多采用人工智能系統(tǒng)理論。驅(qū)動(dòng)輪模塊、動(dòng)力輸出模塊與機(jī)器人外圍是柔性系統(tǒng)中的重要部分。供電通信模塊為機(jī)器人提供通信方式和電力，傳感器模塊是依據(jù)特定要求創(chuàng)造的高性能傳感系統(tǒng)。目前，可提供的檢測(cè)功能主要包括傾角檢測(cè)、影像檢測(cè)及溫濕度檢測(cè)，其他不同類型檢測(cè)功能可根據(jù)不同需求深層次拓展[6]。第二，柔性軟件結(jié)構(gòu)。硬件系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作流程。通過柔性軟件架構(gòu)，可在短期內(nèi)組合整個(gè)硬件系統(tǒng)，且自動(dòng)對(duì)接其他軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信與控制通信。由于柔性管道巡檢機(jī)器人內(nèi)部是一套柔性軟件架構(gòu)，因此數(shù)據(jù)通信信號(hào)與其他控制信號(hào)均集中在同一條總線上。

4 結(jié) 論

隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的柔性管道機(jī)器人，有效滿足了長(zhǎng)期值守巡檢的要求，節(jié)省了大量人力。