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

鄭海濱

（福建省特種設(shè)備檢驗研究院泉州分院，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)大和管道檢測技術(shù)整體要求的不斷提高，施工人員需實時監(jiān)控和跟蹤石化園區(qū)的各種信息數(shù)據(jù)。通過檢測管道可有效滿足各種管道布設(shè)、基坑跟蹤監(jiān)測及重點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管內(nèi)作業(yè)場景中物聯(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)是計算機(jī)應(yīng)用中不可或缺的部分。由于計算機(jī)處理數(shù)據(jù)時使用數(shù)字信號，需利用傳感器技術(shù)把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以有效滿足不同人群對信息資源的需求。（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)，在自動識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民眾的日常生活。例如，市場上不同類型的MP3電子設(shè)備和航空航天衛(wèi)星系統(tǒng)，一定程度上推動了工業(yè)的快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是一個復(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)于柔性測試技術(shù)的分析

柔性測試技術(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。柔性測試技術(shù)是一種現(xiàn)代化綜合性技術(shù)，需以測試系統(tǒng)功能和性能為重要關(guān)注對象。柔性測試技術(shù)不是一種簡單化的系統(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，并推動了社會經(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復(fù)雜的工作。判斷故障時，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)合實際結(jié)果和運行指令。當(dāng)實際結(jié)果和運行指令對應(yīng)的理論結(jié)果存在差異時，斷定為自動化綜合裝置運行故障[3]。由于在設(shè)計上指令系統(tǒng)和結(jié)果反饋系統(tǒng)大多呈現(xiàn)獨立狀態(tài)，可知此自動故障判斷模式的錯誤率很小。管道巡檢機(jī)器人運行程序中，前進(jìn)與后退是兩種較常用的信息指令，且對應(yīng)的運行結(jié)果是管道內(nèi)位置改變。當(dāng)運行指令和實際結(jié)果對應(yīng)關(guān)系簡單時，可使用自動故障判斷模式。

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)是一種自動化過程。管內(nèi)巡回路徑設(shè)置可通過參數(shù)設(shè)置選項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)合運動計程和定位點定位，可使機(jī)器人在管道中正常、穩(wěn)定運轉(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)自動巡回需求。通過計量導(dǎo)向輪和管壁間的轉(zhuǎn)動圈數(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、種類多及實時性要求高的工控現(xiàn)場網(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)的各項功能。重要的硬件設(shè)備通常包括3個重要部分：機(jī)器人、地面基站、傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點。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)點一般采用工業(yè)無線通信的方式通信。

3.3 柔性檢測系統(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，同時在一定程度上推動了自動化生產(chǎn)發(fā)展，提高了對檢測技術(shù)的整體要求。各種檢測裝備的整體生產(chǎn)與設(shè)計周期長，并應(yīng)用了大量專用零件，導(dǎo)致無法批量化生產(chǎn)或者檢測裝備質(zhì)量不合格的現(xiàn)象多發(fā)。為保障裝備檢測行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，需重點分析兩個方面。第一，模塊化硬件分析。柔性管道巡檢機(jī)器人是一個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)計過程多采用人工智能系統(tǒng)理論。驅(qū)動輪模塊、動力輸出模塊與機(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，可提供的檢測功能主要包括傾角檢測、影像檢測及溫濕度檢測，其他不同類型檢測功能可根據(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)計是一項復(fù)雜的工作流程。通過柔性軟件架構(gòu)，可在短期內(nèi)組合整個硬件系統(tǒng)，且自動對接其他軟件系統(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)通信信號與其他控制信號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)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的柔性管道機(jī)器人，有效滿足了長期值守巡檢的要求，節(jié)省了大量人力。