智能巡檢機(jī)器人的發(fā)展與設(shè)計(jì)趨勢(shì)探析

田蘊(yùn)　李帥　王真

摘要：隨著工業(yè)4.0智能化時(shí)代的推進(jìn)，人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、AI以及云計(jì)算等技術(shù)迅速發(fā)展，智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)更加注重用戶(hù)的體驗(yàn)性、環(huán)境的適應(yīng)性及功能的多樣性。本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)的智能巡檢機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析以及對(duì)未來(lái)智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)和預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：智能;巡檢機(jī)器人;發(fā)展趨勢(shì);設(shè)計(jì)趨勢(shì)

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）11-0143-02

當(dāng)今社會(huì)正逐步進(jìn)入智能化時(shí)代，人工智能技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以及機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展更加迅速，智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用被列為一項(xiàng)重要的發(fā)展計(jì)劃。人工巡檢、直升機(jī)巡檢和機(jī)器人巡檢已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)三種主要的巡檢作業(yè)方式。智能巡檢機(jī)器人既降低了人力消耗以及技術(shù)問(wèn)題，又能準(zhǔn)確地提供檢測(cè)精度，成為了當(dāng)今社會(huì)比較可靠的一種巡檢方式。通訊技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、混合云等高端技術(shù)正廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，為智能巡檢機(jī)器人的發(fā)展提供了技術(shù)保障。

1智能巡檢機(jī)器人的概念

智能巡檢機(jī)器人是一種自身攜帶紅外傳感器，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種巡檢模式，智能識(shí)別各類(lèi)儀表設(shè)備數(shù)值，準(zhǔn)確感知獲取外界環(huán)境信息（溫度、煙霧、可燃?xì)怏w等），火情預(yù)警，語(yǔ)音識(shí)別，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等多種功能的移動(dòng)設(shè)備，可用于多個(gè)領(lǐng)域，其主要作業(yè)內(nèi)容是代替用戶(hù)完成對(duì)各個(gè)環(huán)境下的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、數(shù)據(jù)收集以及缺陷管理等。目前，國(guó)內(nèi)智能巡檢機(jī)器人主要包括軌道懸掛式智能巡檢機(jī)器人、地面移動(dòng)式智能巡檢機(jī)器人以及管道滾動(dòng)式智能巡檢機(jī)器人。三種類(lèi)型的智能巡檢機(jī)器人分別在不同環(huán)境下完成對(duì)外界環(huán)境以及設(shè)備的巡檢及反饋。

2智能巡檢機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

2.1網(wǎng)聯(lián)化

21世紀(jì)是屬于互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，伴隨著5G時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)聯(lián)化被重新定義了一個(gè)新高度，在智能機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用有望帶動(dòng)工業(yè)和科技發(fā)展，成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。網(wǎng)聯(lián)化時(shí)代的到來(lái)，使智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中更可靠、更準(zhǔn)確、更高效。縱觀國(guó)內(nèi)智能巡檢機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，智能網(wǎng)聯(lián)是一個(gè)良好的載體。智能巡檢機(jī)器人通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及自身的計(jì)算達(dá)到智能，比如，智能巡檢機(jī)器人在作業(yè)前，要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲知附近設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)部分設(shè)備需要進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，在檢測(cè)到故障時(shí)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將信息整合處理，最終發(fā)送到具有其他功能機(jī)器人終端或人工終端處，然后完成下一步操作。智能巡檢機(jī)器人的網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)如同人體系統(tǒng)一樣，智能巡檢機(jī)器人在其中扮演著“神經(jīng)中樞”的角色，互聯(lián)網(wǎng)和其他移動(dòng)終端成為“神經(jīng)中樞”的“血管”，里面承載的“血液”為智能巡檢機(jī)器人能夠高效準(zhǔn)確地作業(yè)持續(xù)提供“營(yíng)養(yǎng)”。網(wǎng)聯(lián)化是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)物，是物聯(lián)網(wǎng)的具體體現(xiàn)。從更廣闊的視角來(lái)看，網(wǎng)聯(lián)化將驅(qū)動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)升級(jí)與轉(zhuǎn)化，成為當(dāng)今最具潛力的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2智能化

智能巡檢機(jī)器人的智能化是目前機(jī)器人行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。智能巡檢機(jī)器人的智能化是以智能巡檢機(jī)器人的網(wǎng)聯(lián)化為依托，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行感知與反饋以及智能檢測(cè)與協(xié)同操控等，以達(dá)到信息實(shí)時(shí)處理，信息精確反饋的目的。

智能巡檢機(jī)器人趨于智能化主要包括以下幾個(gè)方面：視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別所有表針;3D掃描技術(shù)、室內(nèi)設(shè)備全方位檢測(cè);AR實(shí)景檢測(cè);工作環(huán)境自動(dòng)檢測(cè);異常預(yù)警聯(lián)動(dòng)告警處置;火災(zāi)檢測(cè)及應(yīng)急處理?，F(xiàn)在，多種命令的執(zhí)行是通過(guò)智能識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，智能識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)為每次的全面巡檢任務(wù)提供了技術(shù)保障，同時(shí)會(huì)自動(dòng)根據(jù)巡檢反饋的結(jié)果去規(guī)劃其他的巡檢任務(wù)，自動(dòng)規(guī)劃每次對(duì)設(shè)備的調(diào)整頻率。例如：設(shè)備數(shù)值顯示變化較大，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并增加對(duì)該設(shè)備的檢測(cè)次數(shù)，而對(duì)于長(zhǎng)期不變的設(shè)備自動(dòng)減少檢測(cè)次數(shù)。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，用戶(hù)不需要操控也可以定期得到信息反饋。以智能化為核心的機(jī)器人行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，使機(jī)器人的使用模式也將發(fā)生翻天覆地的變化。探索智能化自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，可以有效節(jié)省人力物力和財(cái)力的消耗。

2.3數(shù)據(jù)化

近年來(lái)，信息技術(shù)發(fā)展迅猛，信息的交流也在逐漸增加，在智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域，對(duì)機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，可以進(jìn)一步得到機(jī)器人巡檢過(guò)程中的操作及解決方案。智能巡檢機(jī)器人數(shù)據(jù)化系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、無(wú)線遙控等部分，三者之間相互協(xié)作，完成數(shù)據(jù)化的整體運(yùn)營(yíng)，為用戶(hù)提供強(qiáng)有力的保障。數(shù)據(jù)采集完成了機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境信息的采集，以數(shù)據(jù)的形式將信息傳輸?shù)揭苿?dòng)終端，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)與圖像信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換;無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人與移動(dòng)終端之間的信息傳遞;數(shù)據(jù)整理可以將采集到的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行模擬處理，選擇相似信息進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提高了下次巡檢的工作效率。數(shù)據(jù)化在智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用，成為智能巡檢機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)保障，也將成為未來(lái)智能巡檢機(jī)器人的一大發(fā)展趨勢(shì)。

3智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)趨勢(shì)

3.1自然交互成為人機(jī)交互的主要趨勢(shì)

智能巡檢機(jī)器人的智能化發(fā)展趨勢(shì)決定了人機(jī)交互形式更加多樣化。比爾蓋茨說(shuō)過(guò)“人類(lèi)自然形成的與自然界溝通的認(rèn)知習(xí)慣和形式必定是人——機(jī)——環(huán)境交互的發(fā)展方向”。在5G時(shí)代即將到來(lái)的社會(huì)，互聯(lián)網(wǎng)成為技術(shù)發(fā)展的一大引擎，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以數(shù)據(jù)化的形式消除了人所處的環(huán)境和智能巡檢機(jī)器人之間的界限，自然交互逐漸成為人機(jī)交互的主要設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

所謂自然交互，是一種在網(wǎng)聯(lián)化、智能化以及數(shù)據(jù)化的基礎(chǔ)上，擺脫人手操作、賦于機(jī)器以智能，利用人的肢體、手勢(shì)、語(yǔ)音等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)與智能巡檢機(jī)器人對(duì)話的一種交互方式，使人機(jī)操控方式變得更加自然。比如：通過(guò)智能巡檢機(jī)器人自身搭載的立體攝像機(jī)來(lái)查看用戶(hù)所做的手勢(shì)動(dòng)作，用戶(hù)給出的姿勢(shì)信息可能是從手指向的某一個(gè)位置移動(dòng)到一段距離之外的另一個(gè)位置，或者是將握緊的雙手打開(kāi)等，并判定這些動(dòng)作是否具有意義，機(jī)器人可以精確地做出判斷并決定移動(dòng)的距離。在發(fā)生以上行為的同時(shí)會(huì)伴隨一些語(yǔ)音指令，使用的語(yǔ)音指令包括“去那邊”“走快一點(diǎn)”等簡(jiǎn)單語(yǔ)句。用戶(hù)還可以在掌上電腦中結(jié)合使用語(yǔ)音和姿勢(shì)指令代替對(duì)機(jī)器人直接的語(yǔ)音和姿勢(shì)指令，比如：像非常流行的微軟（Microsoft）公司出品的Xbox ONE游戲機(jī)的一系列體感游戲，玩家需要調(diào)動(dòng)全身的動(dòng)作進(jìn)行游戲，使自己真正進(jìn)入游戲情景，不同的游戲需要不同的身體動(dòng)作進(jìn)行控制。用戶(hù)也可以在掌上電腦上通過(guò)自己的語(yǔ)言、動(dòng)作以及面部表情等自然方式對(duì)智能巡檢機(jī)器人的作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使用不同的動(dòng)作及其他方式去控制不同的巡檢任務(wù)。指派給智能巡檢機(jī)器人的任務(wù)可能會(huì)受到干擾而中斷，但是機(jī)器人最終可以還原其原始任務(wù)并完成。自然交互在智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，應(yīng)能達(dá)到人與人交互的水平，最終還是要依靠新技術(shù)的發(fā)展達(dá)到交互智能化，是未來(lái)智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域中的一大設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

3.2輕量化設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)重要的關(guān)注點(diǎn)

網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展要求智能巡檢機(jī)器人在作業(yè)過(guò)程中能夠運(yùn)行自如，高效反饋，輕量化設(shè)計(jì)使機(jī)器人方便組網(wǎng)，使數(shù)據(jù)傳輸更快更準(zhǔn)確。輕量化即是在滿(mǎn)足機(jī)器人巡檢要求且保證智能巡檢機(jī)器人的整體性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量，達(dá)到質(zhì)量——性能——成本三者的最優(yōu)結(jié)合。輕量化設(shè)計(jì)使得機(jī)器人在作業(yè)時(shí)能夠自由操控，更高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析與反饋。

在實(shí)際的智能巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)可以通過(guò)結(jié)構(gòu)輕量化和材料輕量化來(lái)實(shí)現(xiàn)，而材料輕量化更為高效便捷。在工業(yè)化生產(chǎn)中，能夠使智能巡檢機(jī)器人趨于輕量化的材料有許多，比如新型材料GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）和CFRP（碳纖維）等密度更小的新材料，相比于鋁合金以及不銹鋼等金屬材料質(zhì)量輕、便于加工、相對(duì)強(qiáng)度較小，可應(yīng)用于智能巡檢機(jī)器人的非受力部件。輕量化設(shè)計(jì)，在機(jī)器人減輕自重、平穩(wěn)移動(dòng)、提高動(dòng)作準(zhǔn)確性以及實(shí)現(xiàn)機(jī)網(wǎng)互聯(lián)等方面都具有重要意義。另外，3D打印技術(shù)減少了機(jī)器人在開(kāi)模上的費(fèi)用消耗，同時(shí)為機(jī)器人在材料選擇以及造型外觀方面提供了諸多的可能性。在眾多因素的影響下，機(jī)器人的輕量化設(shè)計(jì)也將成為趨勢(shì)。

3.3定制化設(shè)計(jì)逐步成為新的設(shè)計(jì)模式

傳統(tǒng)的智能巡檢機(jī)器人受到技術(shù)及設(shè)計(jì)方法等方面的制約，大多數(shù)情況下只是一個(gè)巡檢工具。而未來(lái)的智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)隨著機(jī)器人智能化、數(shù)據(jù)化以及網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展要求適應(yīng)多樣化的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多種功能。因而定制化的設(shè)計(jì)及制造也將成為新的主要設(shè)計(jì)模式。

定制化的設(shè)計(jì)模式可以滿(mǎn)足不同環(huán)境下對(duì)巡檢機(jī)器人的功能、外觀、情感等個(gè)性化的需求。未來(lái)智能巡檢機(jī)器人的定制化設(shè)計(jì)不僅僅是像以往一樣更改配色，而更注重與環(huán)境之間的適應(yīng)關(guān)系。比如：對(duì)于夜間工作的巡檢機(jī)器人，采用仿生設(shè)計(jì)方法提取一些具有巡視習(xí)慣生物（鼠、貓頭鷹等）的形態(tài)和語(yǔ)義，對(duì)智能巡檢機(jī)器人的外觀進(jìn)行塑造，豐富了巡檢機(jī)器人與周?chē)h(huán)境之間的適應(yīng)性，使用戶(hù)看到就會(huì)獲知是一種夜間進(jìn)行巡檢工作的機(jī)器人，提高了用戶(hù)對(duì)智能巡檢機(jī)器人的認(rèn)知力和感知度，由此就將人的情感注入到了巡檢機(jī)器人當(dāng)中，達(dá)到了一種情感化設(shè)計(jì)的效果。再比如：為了減少對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞與污染，采用綠色設(shè)計(jì)，利用新出現(xiàn)的新技術(shù)和新工藝，采用新的動(dòng)力元件以及材料，達(dá)到延長(zhǎng)巡檢機(jī)器人壽命以及減少物資能源消耗的目的，新的定制化綠色設(shè)計(jì)理念，為巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)注入了科技化要素，也正好契合了我國(guó)機(jī)器人領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向。多種設(shè)計(jì)方式的結(jié)合，為用戶(hù)的定制化設(shè)計(jì)提供了有效的方法渠道。在這個(gè)追求個(gè)性的時(shí)代，定制化設(shè)計(jì)必將成為今后設(shè)計(jì)的新的設(shè)計(jì)模式，為智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)注入新的設(shè)計(jì)元素。

4結(jié)語(yǔ)

智能巡檢機(jī)器人是未來(lái)智能機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)分支，在人工智能以及互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)理論不斷更新的今天，智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)更加注重用戶(hù)的體驗(yàn)性、環(huán)境的適應(yīng)性及功能的多樣性。而自然交互的方式、輕量化設(shè)計(jì)及定制化設(shè)計(jì)也將成為智能巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介

田蘊(yùn)/1970年生/女/山東肥城人/碩士/副教授/研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)（山東濟(jì)南2501 01）