張?jiān)娺h(yuǎn)，蘭志明

（國(guó)能神福（石獅）有限公司，福建泉州 036700）

工業(yè)機(jī)器人、智能技術(shù)等的不斷發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。在火電廠當(dāng)中所應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人可以分為智能巡檢機(jī)器人、除銹噴漆機(jī)器人以及多功能機(jī)器人等。它們可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)化的工作，因此本文針對(duì)火電廠，從智能機(jī)器人技術(shù)的功能需求和原理方面，對(duì)工業(yè)機(jī)器人在火電廠復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用前景展開(kāi)了相應(yīng)的探討，旨在能夠促進(jìn)火電廠向智慧電廠的方向逐步發(fā)展[1]。

1 現(xiàn)階段火電廠概括分析

1.1 目標(biāo)

但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)火電廠針對(duì)智慧電廠和工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用還處于初期階段。因此，為了使得工業(yè)機(jī)器人在火電廠復(fù)雜工況環(huán)境中得到充分應(yīng)用，本文以工業(yè)機(jī)器人為主，對(duì)其展開(kāi)了相應(yīng)的研究。

1.2 智能巡檢機(jī)器人

智能巡檢機(jī)器人一般情況分為自主控制和遙控控制等兩種方式。在應(yīng)用過(guò)程中，由計(jì)算機(jī)端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的巡檢計(jì)劃進(jìn)行配置，并生成定期的巡檢任務(wù)。不過(guò)處于自主控制或者遙控的方式下，智能巡檢機(jī)器人的巡檢任務(wù)對(duì)時(shí)間和路線設(shè)備等多個(gè)方面具有嚴(yán)格的要求。而處于無(wú)人監(jiān)管的情況下，該機(jī)器人通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)搭載紅外溫度檢測(cè)、儀表讀數(shù)、人工智能算法以及圖像識(shí)別等功能，可以實(shí)現(xiàn)替代巡檢工作人員，完成可能存在相對(duì)危險(xiǎn)、困難且復(fù)雜的工作，以此保證了巡檢人員的安全，還進(jìn)一步促進(jìn)其工作效率得到提升[2]。

2 工業(yè)機(jī)器人的軟硬件與工作原理

工業(yè)機(jī)器人具有多種不同類(lèi)型，如智能巡檢機(jī)器人、特種機(jī)器人以及鍋爐模塊化多功能機(jī)器人和爬壁機(jī)器人等。鍋爐模塊化多功能機(jī)器人主要是面向鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的自動(dòng)攀爬載體，具備搭載各種功能模塊能力，以拓展鍋爐模塊化多功能機(jī)器人在除銹、噴涂、檢測(cè)、巡視等方面的應(yīng)用，在提高安全管理水平、提升工作效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度方面具有顯著意義。而智能巡檢機(jī)器人作為以智能硬件為載體的機(jī)器人，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中融合了多種檢測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及定位和識(shí)別技術(shù)等，從而賦予該工業(yè)機(jī)器人能夠應(yīng)對(duì)火電廠不同作業(yè)場(chǎng)景方面的功能需求。如智能巡檢機(jī)器人的工作原理及算法。

2.1 導(dǎo)航定位技術(shù)

該技術(shù)的設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)利用三維激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了對(duì)火電廠鍋爐廠房中設(shè)備的間距小等問(wèn)題，通過(guò)配備掃描激光雷達(dá)技術(shù)，在三維建模下利用實(shí)物的邊界輪廓線和棱線以及位置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其位置的明確。同時(shí)，結(jié)合相應(yīng)的算法完成了點(diǎn)云匹配，從而確保該機(jī)器人定位的準(zhǔn)確性[3]。

2.2 模擬識(shí)別算法

該算法技術(shù)一般是基于視頻圖像數(shù)據(jù)和識(shí)別算法、儀表盤(pán)讀數(shù)等方式。在識(shí)別檢測(cè)算法的作用下，對(duì)局部利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)的方式，使得智能巡檢機(jī)器人能夠從讀數(shù)的表盤(pán)或者液位標(biāo)記等方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并結(jié)合實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄和判斷，提出報(bào)警，但需要注意讀數(shù)的誤差相對(duì)要低于5%。

2.3 深度學(xué)習(xí)算法

該部分主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)火電廠發(fā)生的漏水、煤粉以及煙氣等常見(jiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行快速精準(zhǔn)的識(shí)別。同時(shí)，通過(guò)在工業(yè)機(jī)器人上配備視頻使用AI 識(shí)別預(yù)警系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人工作和火電廠運(yùn)行的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

2.4 無(wú)人盤(pán)煤技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用主要是在火電廠的煤場(chǎng)上安置相應(yīng)的軌道和纜繩，從而將三維動(dòng)態(tài)激光掃描機(jī)器人掛載到相應(yīng)的纜繩上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)料對(duì)的實(shí)時(shí)掃描測(cè)量作業(yè)。接著利用三角部分算法等建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)所掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維圖像建模，從而計(jì)算出該煤堆的三維立體圖形和存煤量。因此，無(wú)人機(jī)盤(pán)煤技術(shù)在煤場(chǎng)中的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)其工作效率的提高。

3 工業(yè)機(jī)器人的性能及功能設(shè)計(jì)

智能巡檢機(jī)器人在火電廠的復(fù)雜工程環(huán)境當(dāng)中，該工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要包括含了多個(gè)功能模塊，如防護(hù)模塊、通信模塊、續(xù)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、校準(zhǔn)模塊、交互模塊和巡檢模塊等。這些不同的功能模塊之間需要相互協(xié)調(diào)配合運(yùn)行，可以有效地保證巡檢機(jī)器人，完成相應(yīng)的巡檢作業(yè)任務(wù)。通過(guò)，從其基本結(jié)構(gòu)方面來(lái)分析，該機(jī)器人還具備導(dǎo)航系統(tǒng)和信息處理模塊，具體功能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。該機(jī)器人的設(shè)計(jì)，不僅可以有效保障巡檢工作人員的人身安全，還能夠促進(jìn)火電廠向智慧電廠的方向發(fā)展。

圖1 機(jī)器人的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 防護(hù)模塊設(shè)計(jì)

該模塊的設(shè)計(jì)可以劃分為報(bào)警、綜合管理以及防跌落等。其中報(bào)警設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)火電廠設(shè)備檢測(cè)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)傳工作、分析和報(bào)警等功能。如果火電廠發(fā)生問(wèn)題，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并利用聲光向工作人員進(jìn)行提醒。而該過(guò)程當(dāng)中只有工作人員利用手動(dòng)恢復(fù)的方式才能夠解除報(bào)警以及利用手動(dòng)的方式將報(bào)警信號(hào)實(shí)時(shí)上傳到工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)當(dāng)中。而防跌落設(shè)計(jì)，主要為機(jī)器人在作業(yè)時(shí)的安全提供了保障，以此避免了機(jī)器人發(fā)生跌落的問(wèn)題。此外，綜合管理功能的設(shè)計(jì)，能夠使得機(jī)器人在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中將火電廠檢測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理并生成相應(yīng)的巡檢報(bào)告和巡檢數(shù)據(jù)。

3.2 校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)

該模塊的設(shè)計(jì)主要分為自檢、對(duì)時(shí)以及備份等方面。①自檢功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的檢測(cè)、通信以及驅(qū)動(dòng)和電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。如果機(jī)器人在作業(yè)時(shí)存在異常，就會(huì)給出相應(yīng)的提示，并及時(shí)地將故障信息上傳并處理。②對(duì)時(shí)功能是通過(guò)借助北斗和GPS 等技術(shù)精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)，從而使得工業(yè)機(jī)器人的對(duì)時(shí)精度能夠有效滿(mǎn)足火電廠的需求。在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人可以結(jié)合關(guān)鍵的參數(shù)報(bào)警時(shí)，提供更為精準(zhǔn)的定位，使得工作人員可以及時(shí)、準(zhǔn)確有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)故障位置的判斷，并對(duì)所發(fā)的情況進(jìn)行最優(yōu)的處理。

3.3 交互模塊設(shè)計(jì)

該模塊的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)的就地交互?？梢岳脵C(jī)器人的界面顯示和語(yǔ)音交互實(shí)現(xiàn)信息的交互。并且，機(jī)器人中內(nèi)嵌的屏幕可以直觀地將智能巡檢機(jī)器人的巡檢任務(wù)進(jìn)度、報(bào)警信息以及測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)信息等方面的內(nèi)容進(jìn)行顯示。

3.4 巡檢功能設(shè)計(jì)

該模塊主要有巡檢場(chǎng)景和巡檢模式兩個(gè)方面。在巡檢場(chǎng)景設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，可以使得智能機(jī)器人具備多場(chǎng)景的巡檢功能。當(dāng)工作人員結(jié)合火電廠的生產(chǎn)情況對(duì)智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，能夠通過(guò)將其系統(tǒng)設(shè)置為后臺(tái)操作模式或者臨時(shí)巡檢、特別巡檢以及定時(shí)巡檢等多種模式，也是讓工作人員結(jié)合實(shí)際工作情況和需求，進(jìn)行不同的操作場(chǎng)景切換。具體巡檢數(shù)據(jù)采集見(jiàn)圖2。

圖2 智能巡檢數(shù)據(jù)采集流程

3.5 續(xù)航模塊設(shè)計(jì)

該模塊的設(shè)計(jì)主要?jiǎng)澐譃橹噶罱邮?、自主充電以及特殊?chǎng)景設(shè)計(jì)等部分。①?gòu)闹噶罱邮赵O(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，在火電廠應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中通過(guò)監(jiān)控后臺(tái)所發(fā)出的指令信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)和云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)及車(chē)體運(yùn)動(dòng)，并將所對(duì)應(yīng)的信息及時(shí)反饋給系統(tǒng)。同時(shí)，巡檢機(jī)器人還可以將自身具備的警告信息和預(yù)警信息做出正確的檢測(cè)和上報(bào)。②從自主充電設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，該功能設(shè)計(jì)讓機(jī)器人擁有了自動(dòng)充電的功能，使得機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，完成自動(dòng)充電操作。從其特殊場(chǎng)景設(shè)計(jì)方面來(lái)，又可以將其分為防雨設(shè)計(jì)和夜間設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在智能巡檢機(jī)器人上裝備雨刷器以及夜間照明設(shè)備，使得其能夠在夜間或雨季實(shí)現(xiàn)火電廠的巡檢工作。

3.6 測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)，作為智能巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中最重要的功能之一。它可以使得機(jī)器人通過(guò)測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)替代人工的方式，完成對(duì)火電廠的測(cè)量和巡檢作業(yè)。并且，通過(guò)利用診斷分析系統(tǒng)和智能算法與傳感器，在火電廠中應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其系統(tǒng)展開(kāi)全面的邏輯判斷和數(shù)據(jù)分析，從而提高了工作的效率，并減少了作業(yè)人員接觸高危作業(yè)環(huán)境的情況。

4 工業(yè)機(jī)器人在火電廠復(fù)雜工況環(huán)境下的應(yīng)用

4.1 實(shí)現(xiàn)原理

智能巡檢機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)在火電廠運(yùn)行中應(yīng)用的體現(xiàn)，代表了電廠運(yùn)行具備了一定的智能化水平。智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)原理的不同，對(duì)電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的采集方式也有所不同。故在對(duì)智能巡檢機(jī)器人的運(yùn)維和管理中，應(yīng)掌握智能巡檢機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)原理，從而更好地維護(hù)巡檢機(jī)器人。在巡檢機(jī)器人中，可以采用可見(jiàn)光的巡檢原理，對(duì)電廠中的各類(lèi)一次設(shè)備的外觀和運(yùn)行溫度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備存在異常的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息時(shí)，機(jī)器人應(yīng)能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，供運(yùn)維人員參考。可以在電廠智能巡檢機(jī)器人中采用熱成像技術(shù)，熱成像裝置在布置時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)紅外傳感器所感應(yīng)的區(qū)域，智能控制模塊則對(duì)紅外傳感器和熱成像裝置所采集到的信息進(jìn)行綜合分析。通過(guò)在智慧電廠中采用智能巡檢機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)多種智能化功能，其中運(yùn)行參數(shù)智能報(bào)警系統(tǒng)采用人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)，建立工藝子系統(tǒng)穩(wěn)定工況模型，監(jiān)測(cè)智慧電廠相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取出相關(guān)的特征數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速率、偏差、劣化、關(guān)聯(lián)等計(jì)算，獲取早期故障征兆。此外巡檢機(jī)器人應(yīng)具備自主導(dǎo)航的功能，這樣當(dāng)巡檢機(jī)器人在對(duì)電廠進(jìn)行巡檢的過(guò)程中，碰到障礙物時(shí)也可以繼續(xù)巡檢，保證巡檢的持續(xù)性。

4.2 優(yōu)勢(shì)分析

智能巡檢機(jī)器人目前在多個(gè)不同的行業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用，如可以將智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用在智慧電廠的巡檢中。隨著智慧電廠中電氣設(shè)備和智能化設(shè)備的增多，采用智能巡檢機(jī)器人越來(lái)越有必要。通過(guò)智能化巡檢技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的查詢(xún)、上傳等功能。巡檢機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的振動(dòng)和溫度測(cè)點(diǎn)，結(jié)合點(diǎn)檢人員現(xiàn)場(chǎng)觀察數(shù)據(jù)信息，形成完整點(diǎn)檢報(bào)告。通過(guò)在電廠中采用機(jī)器人進(jìn)行巡檢，可以明顯降低電廠運(yùn)行的人工成本，并提高電廠中各類(lèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性。當(dāng)機(jī)器人在巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某些設(shè)備存在運(yùn)行異?；蜻\(yùn)行告警信息時(shí)，可以提醒電廠運(yùn)維人員及時(shí)采取相應(yīng)的措施，從而提高了電廠的智能化運(yùn)行水平，更好地保障電廠的安全可靠運(yùn)行，助力智慧電廠的建設(shè)。

4.3 多功能模塊機(jī)器人在火電廠的應(yīng)用前景及優(yōu)勢(shì)

在火電廠應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，鍋爐模塊化多功能機(jī)器人作為傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)與現(xiàn)代智能控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，作為典型的特種作業(yè)機(jī)器人，通過(guò)移動(dòng)機(jī)構(gòu)和吸附結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，將地面移動(dòng)技術(shù)拓展到垂直空間。隨著機(jī)器人技術(shù)和人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，用機(jī)器代替人工作已經(jīng)成為一種社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)和必然。較之傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，采用鍋爐模塊化多功能機(jī)器人搭載多種設(shè)備進(jìn)行高危作業(yè)，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜工況，操作簡(jiǎn)單，作業(yè)效率高，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和安全隱患。

本項(xiàng)目研究鍋爐模塊化多功能機(jī)器人主要是面向鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的自動(dòng)攀爬載體，具備搭載各種功能模塊能力，以拓展鍋爐模塊化多功能機(jī)器人在除銹、噴涂、檢測(cè)、巡視等方面的應(yīng)用，在提高安全管理水平、提升工作效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度方面具有顯著意義。

（1）提高工作效率。通過(guò)智能化、可視化、信息化管理的方式取代人工作業(yè)模式，執(zhí)行高強(qiáng)度自動(dòng)作業(yè)，提高工作效率。

（2）提升公司職業(yè)安全健康管理水平，由設(shè)備代替人工作業(yè)，減少作業(yè)人員接觸高危作業(yè)環(huán)境。

5 結(jié)書(shū)語(yǔ)

對(duì)工業(yè)機(jī)器人的功能設(shè)計(jì)研究，對(duì)其在火電廠復(fù)雜工況環(huán)境下的應(yīng)用具有重要的意義。因此，需要相關(guān)人員在對(duì)工業(yè)機(jī)器人研究過(guò)程當(dāng)中，充分地了解火電廠的工業(yè)機(jī)器人的功能設(shè)計(jì)，使得該類(lèi)型機(jī)器人技術(shù)得到充分地應(yīng)用，從而促進(jìn)火電廠的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提高。