基于物联网技术的柔性管道巡检机器人

郑海滨

（福建省特种设备检验研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

0 引 言

随着石化园区行业发展规模的不断扩大和管道检测技术整体要求的不断提高，施工人员需实时监控和跟踪石化园区的各种信息数据。通过检测管道可有效满足各种管道布设、基坑跟踪监测及重点管线综合巡查等方面的需求。智能管道巡检机器人主要是综合检测管内作业场景中物联网传感系统的各种不同类型终端硬件。

1 关于物联网技术的概述分析

物联网技术是一种根据互联网各种规范、标准，利用高性能射频识别设备、多功能红外感应器设备、智能综合定位跟踪系统及高性能激光扫描器等重要信息数据传感设备连接物品和互联网，以实现各种信息资源之间的有效交换和通信的综合性网络信息技术。物联网技术的核心内容是互联网技术。物联网诞生于20世纪初，作为一种创新型产业已逐渐成为社会经济发展过程中不可或缺的重要资源。物联网技术不断发展，其影响范围越来越广泛。物联网可通俗地理解为事物与事物、事物与人之间的各种信息传递与管理。通常，物联网应用中较常见的技术有3种。（1）传感器技术是计算机应用中不可或缺的部分。由于计算机处理数据时使用数字信号，需利用传感器技术把模拟信号转换成数字信号，以有效满足不同人群对信息资源的需求。（2）RFID标签是一种融合了无线射频技术和嵌入式技术的创新型技术，在自动识别与物品物流管理方面应用广泛[1]。（3）嵌入式系统技术是一种包括高性能传感器、集成电路及计算机软硬件的电子综合应用技术。近年来，嵌入式系统技术快速发展，出现了越来越多的创新型终端产品，极大地便利了广大社会民众的日常生活。例如，市场上不同类型的MP3电子设备和航空航天卫星系统，一定程度上推动了工业的快速发展。物联网是一个复杂的综合性结构，若把物联网比作人，传感器就如同人的鼻子、皮肤等重要感官，嵌入式系统就如同人的大脑。由此可见，嵌入式系统在物联网技术中占据重要地位。

2 关于柔性测试技术的分析

柔性测试技术融合了各种不同类型的新型技术，广泛应用于汽车制造行业[2]。柔性测试技术可充分融合机电一体化技术、虚拟仪器技术及软件技术等，使其具备灵活性、适应性及可扩展性的特点。柔性测试技术是一种现代化综合性技术，需以测试系统功能和性能为重要关注对象。柔性测试技术不是一种简单化的系统集成，而是一种综合性的成熟专业应用系统。由于柔性测试技术的不断发展，它已被广泛应用于柔性管道巡检机器人的生产与制造，并推动了社会经济的稳定发展。

3 基于物联网技术的柔性管道巡检机器人

3.1 智能控制系统应用

3.1.1 智能故障判断

基于物联网技术的柔性管道巡检机器人的智能故障判断是一项复杂的工作。判断故障时，工作人员应综合考虑和分析其他各方面因素，并充分结合实际结果和运行指令。当实际结果和运行指令对应的理论结果存在差异时，断定为自动化综合装置运行故障[3]。由于在设计上指令系统和结果反馈系统大多呈现独立状态，可知此自动故障判断模式的错误率很小。管道巡检机器人运行程序中，前进与后退是两种较常用的信息指令，且对应的运行结果是管道内位置改变。当运行指令和实际结果对应关系简单时，可使用自动故障判断模式。

3.1.2 路径设定与管内定位方式

柔性管道巡检机器人是一种现代化的高科技产物，其管内循环是一种自动化过程。管内巡回路径设置可通过参数设置选项或者示教写入的方式完成。充分结合两种不同的设定方式，便于工作人员设置机器人路径，减少不同类型障碍的发生。虽然机器人在管道系统中可精确判定自身位置，但是大量不同类型的管线系统一般设置在地下空间、墙体内部或者其他一些隐蔽的区域中，不仅影响无线信号传输，而且无法使用单一无线定位方式完成管内定位。充分结合运动计程和定位点定位，可使机器人在管道中正常、稳定运转；通过搭载高性能感受器，可使机器人在复杂管道系统中精确判定自身位置；通过安装金属传感器，可使机器人深入探测金属材料制成的定位环和不同类型永磁体产生的定位[4]。由于大部分管道系统内部结构复杂，不易安装一定数量的定位点结构，产生的定位分辨率将无法满足机器人的管内自动巡回需求。通过计量导向轮和管壁间的转动圈数，换算后得到机器人在管道中的行进路程，进而精确反映机器人的实际位置。

3.2 物联网传感系统

物联网传感是一种综合性系统，可应用于数据量大、种类多及实时性要求高的工控现场网络。物联网综合体系一般包括传感网络、传输网络及应用网络三种结构方式[5]。智能手机、高性能平板电脑等终端设备可在短时间内接入到应用网络。柔性管道巡检机器人自身具备传感网络的各项功能。重要的硬件设备通常包括3个重要部分：机器人、地面基站、传输网络节点与网关节点。由于机器人的安装位置随机性大且多数工程现场不适用于大规模布设，机器人与地面基站、传输网络节点一般采用工业无线通信的方式通信。

3.3 柔性检测系统

随着科技的不断进步，智能制造理念逐渐成为行业发展的趋势，同时在一定程度上推动了自动化生产发展，提高了对检测技术的整体要求。各种检测装备的整体生产与设计周期长，并应用了大量专用零件，导致无法批量化生产或者检测装备质量不合格的现象多发。为保障装备检测行业稳定发展，需重点分析两个方面。第一，模块化硬件分析。柔性管道巡检机器人是一个由各种不同类型尺寸和性能特征模块共同组成的综合性装置，其设计过程多采用人工智能系统理论。驱动轮模块、动力输出模块与机器人外围是柔性系统中的重要部分。供电通信模块为机器人提供通信方式和电力，传感器模块是依据特定要求创造的高性能传感系统。目前，可提供的检测功能主要包括倾角检测、影像检测及温湿度检测，其他不同类型检测功能可根据不同需求深层次拓展[6]。第二，柔性软件结构。硬件系统模块化设计是一项复杂的工作流程。通过柔性软件架构，可在短期内组合整个硬件系统，且自动对接其他软件系统的数据通信与控制通信。由于柔性管道巡检机器人内部是一套柔性软件架构，因此数据通信信号与其他控制信号均集中在同一条总线上。

4 结 论

随着科技的不断发展，物联网信息技术已广泛应用于多种行业。基于物联网技术的柔性管道机器人，有效满足了长期值守巡检的要求，节省了大量人力。