防爆巡检机器人方案

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防爆巡检机器人方案

项目背景

解决思路

（一）系统架构搭建

构建五层体系的防爆轮式巡检机器人系统整体架构，从下至上分别为执行层、通讯层、管理层等。执行层整合机器人驱动模块、电源控制模块、数据感知模块及辅助设施，实现数据采集与自主充电；通讯层依托无线通讯设备，搭建现场自主局域网，保障巡检区域网络覆盖与数据实时传输；管理层涵盖本地监控后台、集控后台、监控中心，负责数据分析、任务编排下达及数据查询，实现多机器人综合调度与管理，通过无线网络统一管理、集中展示巡检数据。

（二）网络设计优化

针对焦炉地下室位于地下、地形起伏、距离跨度大、巡检覆盖面广的特点，摒弃常规密布无线网络节点的方式需大量部署光纤和电源线，施工量大、成本高、后期维护难，采用轻量化、便捷化的网络架构。通过大功率网桥实现远距离无线通讯宽带网络，该网桥传输距离可达 5 公里以上，能将机器人的视频、热成像等宽带数据稳定传回监控中心，满足巡检数据实时性要求。

（三）机器人结构设计

防爆挂轨巡检机器人：采用分体设计，由防爆动力总成、防爆电源装置等构成，维护维修便捷，功能拓展灵活。同时采用轻量一体化结构，集成防爆电器仓与电池仓，减小整机尺寸，可在外部挂载不同功能器件，且对挂载器件重量、体积、防爆认证、电压功率等有明确要求。

防爆轮式巡检机器人：由巡检机器人本体、驱动机构、RFID 定位系统、气体检测仪、避障传感器等组成。本体设有独立封闭仓体安装各类元件，驱动机构采用四组独立驱动并进行防爆处理，控制单元采用 STM32 单片机，实现与监控后台实时通讯及机器人运行控制。
（四）巡检路线规划

充分结合现场空间布局，规划合理巡检路线。在机、焦两侧走廊设计长约 260 米的环形巡检路线，配置 1 台巡检机器人与 1 套无线充电桩；在焦炉地下室设计单侧长约 100 米的 “一” 字型巡检路线，同样配置 1 台巡检机器人与 1 套无线充电桩。机器人以慢速完成巡检，单次巡检时长不超过 25 分钟，巡检结束后快速返回充电桩充电，形成循环作业模式。

防爆巡检机器人

功能内容

在工业 4.0 时代，智能化、自动化与信息化成为发展主流，但安全疏漏、恶劣作业环境以及人工巡检低效等问题，仍是众多行业，特别是煤矿、石油、石化等高危领域亟待突破的痛点。以京宝焦化的焦炉地下室为例，其与机焦侧烟道走廊、高炉煤气管道阀门周围等区域，均属于高危煤气危险区域。高炉煤气无色、无味、易爆炸且有剧毒，相较于焦炉煤气，爆炸和中毒风险更高。

传统人工巡检模式在此类区域存在诸多弊端。人工巡检需工作人员携带 CO 报警仪，两人以上保持 5 米间距同行，不仅劳动强度大、工作效率低，还面临极高的人身安全风险。一旦 CO 报警仪报警，工作人员需佩戴空气呼吸器查找泄漏点，处理不及时或操作不当，都可能引发严重安全事故。据国家安全生产监督局统计，每年因生产安全事故造成的损失极其巨大。同时，随着行业发展，作业量不断增加，传统人工巡检已难以保质保量完成任务。在此背景下，为保障人员安全、降低损失风险、提高企业生产作业效率，焦炉地下室防爆巡检机器人项目应运而生。

生产场景

（一）核心巡检功能

设备状态检测：替代人工检测焦炉拉杆、拉链、盖板、换气摆臂和阀杆等设备状态，如识别拉链断裂、翻板开合状态及尺寸、拉杆状态与长度、换气摆臂换向和阀杆位置、链条断开与裂隙等情况。

多参数环境监测：实时采集温湿度数据，监测区域表面温度；检测 CO、H₂、H₂S、O₂等气体浓度，通过气体成分综合分析预警烟雾，基于红外热成像区域范围测温监测火灾；监测隧道光照强度、风速、噪音分贝，运用深度学习算法识别设备机械故障音与告警音；基于红外热成像技术双重监测渗水情况。
（二）智能操作功能

自主巡检：支持按预先规划线路周期性自助巡检，也可前往指定地点随工监视，通过后台管理或上层应用下达指令执行指定任务，还能根据实际需求进行拍照巡检。

远程交互：配备广播喇叭，可循环播放预设音频或远程播放指定音频；支持远程喊话疏导现场，实现远程与机器人现场双向语音对讲；远程开启补光灯，任何时间地点可通过机器人远程查看现场。
（三）报警与管理功能

报警功能：当检测到设备异常，如气体浓度超标、温度异常、设备故障等，机器人和远程工作站均会产生声光报警，及时提示用户检修。

数据管理：形成实时报警记录与历史报警记录，存入远程工作站数据库，可按日期、设备查询设备信息和存档图片；通过本地监控后台和远程工作站实现巡检数据 Web 三维展示、视频浏览、参数设置等。

算法识别

（一）软件与算法支持

核心算法：拥有完善的算法系统，包括指示灯识别算法、人脸识别算法（用于工作人员身份识别与非授权人员入侵检测）、噪音检测与故障音识别算法、设备温度检测算法、拉链、翻板、拉杆、排气孔状态检测算法及智能预警算法，能精准分析设备与环境状态，实现自动判异。

软件接口：提供丰富的软件控制接口，如机器人命令控制接口（控制机器人执行任务）、工作状态接口（返回运行参数）、地图获取接口、摄像机与升降架状态获取接口（控制云台与摄像机）、巡检点设定接口（设定巡检路径）、流媒体转发接口（转发摄像机与热成像流媒体），保障各模块协同工作与远程控制。

（二）数据传输与处理

通过大功率网桥构建的无线通讯网络，将机器人采集的视频、图像、环境参数等数据实时传输至本地监控后台与远程工作站。本地监控后台采用 B/S 架构，支持浏览器浏览巡检数据、报警信息及三维展示；远程工作站对上传数据进行分析处理、异常报警与记录存档，实时刷新界面，调用云台预制点寻找目标位置，捕获清晰照片进行状态与数据识别。

实现方法

（一）成本控制合理

网络设计采用轻量化大功率网桥方案，无需大量部署光纤与电源线，降低施工成本与后期维护工作量及成本；机器人采用分体与模块化设计，维护维修快捷，功能组件升级便利，减少后期维护与升级成本。机器人使用寿命可达 5 年，且能连续稳定作业，相比人工巡检，长期来看可有效降低人力成本，同时减少因人工巡检疏漏导致的设备故障维修成本与安全事故损失。