巡检机器人功能及其应用分析

序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了1篇的巡检机器人功能及其应用分析样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。

地铁列车在连续运行过程中，机械振动、磨损、加减速、制动等因素会导致车辆车底结构件螺栓松动、管线脱落、设备摩擦或变形。因车辆车底的部分检测点被遮挡、光线暗、空间狭窄、检测点多，且检修作业时间多在凌晨，导致检修人员长期处于高负荷工作状态，这对检修人员责任心、精神及身体状态造成的影响非常大，再加之人工巡检工作量大、效率低、质量差，在这些因素的综合影响下，存在漏检风险，这会严重威胁列车的安全运行和乘客的人身安全。因此提高作业效率、提高作业质量、改善检修工具、加快“人检”向“机检”转变迫在眉睫。车底巡检机器人融合了机器视觉技术、人工智能技术、图像识别分析技术、精准运动控制技术和工业机器人技术等多种最新尖端技术，可以模拟人工作业方式对车辆底部箱体、管路、转向架等可视零部件进行灵活多角度的自动检测，能够自动识别设备故障点，后台数据管理分析系统可为检修人员决策提供支持。采用车底巡检机器人能够高效解决人工检修作业存在的问题，是实现从“人检人修”迈向“机检人修”的重要一步。

1地铁车辆检修现状

目前，我国地铁车辆检修主要分为日检、双周检/月检、定修、架修、大架修等常用修程方式，以及A列检、B列检、架修(C列检)、半寿命翻新等港铁方式。无论采用哪种方式，其中的日常检查(日检、双周检/月检、A列检)最为频繁，任务最为繁重，基本是天窗点作业，作业时间短、工作量大。车底日检的主要检修项点为车钩、转向架、空气管路、车下电气柜、空气管路及制动系统等。若采用人工检修方式，即肉眼识别+便携式工具检测(手电筒)，实施快速例行检查和故障处理，存在检修范围广、作业难度大、作业过程繁琐、检修效率低下、遗留作业盲区、漏检漏修等问题。由于大部分检修项点依赖人工经验判断，人为因素影响较大，容易受检修地沟环境、人员工作状态、人员技术水平等多方面因素影响，在检修效率及安全性、可靠性等方面均存在明显不足。为提高车辆整备能力、提升检修效果，亟需配置车底巡检机器人。

2车底巡检机器人系统组成及工作原理

车底巡检机器人系统(如图1所示)主要包括机器人本体、通信系统和后台系统。机器人本体由轮式运动平台、机械臂运动控制系统、视觉识别系统等组成。车底巡检机器人系统采用先进的双臂机器人技术、机器视觉技术、图像识别技术、激光SLAM(即时定位与地图构建)技术、全自动化智能分析定位检测技术，以及物联网、大数据和云计算等技术，模拟人工作业方式对车辆底部、转向架等可视零部件进行灵活多角度的自动检测，实现车底设备故障的自动识别、准确定位及采集数据的实时传送;通过后台数据管理分析系统，自动分配巡检任务、主动告警缺陷;采用云计算方式对运维数据进行深度分析;利用一定的预测算法表征潜在故障，建立各个设备生命周期曲线;通过设备生命周期曲线实现设备状态监测和故障预测性判断，为各级人员决策提供数据支持。

3车底巡检机器人功能分析

杭州地铁5号线五常车辆段自2020年1月投入使用车底巡检机器人以来，通过前期一年多的数据积累及算法模型优化，该型机器人的各项检测功能都达到了预期效果，特别是在缺陷识别方面，准确度达到100%。主要应用功能如下:车辆编号识别。通过OCR(光学字符识别)、二维码等位于车底的标志物视觉识别方式，可自主识别待检车辆车号，并自动将巡检结果记录在该列车的检修档案中。如当列车随机停车，停车位置不确定时，可自动确定检测的起始位置。自主移动巡检。利用既有的车底坑道，无需铺设轨道即可实现自主导航、自主定位的移动检测，无需人工干预。通过自主导航定位系统及提升机装置，可实现一台车底检测机器人检测多条坑道的目的，从A道到路面再到B道的转换过程也无需人工干预，实现了高效流转使用。双机械臂协同作业。通过两套六轴机械臂完全模拟人手臂操作可将关键部件检测模块伸入到转向架内部，甚至可伸入到人工检测无法到达的位置。可对关键部位进行多角度抓拍扫描，生成完整的三维图像信息，并通过特定识别算法实现关键部位故障识别。双机械臂的效率是人工检查的两倍。车底缺陷识别。车底巡检机器人能够统计10大类缺陷的检测内容，覆盖单列列车超过5000个检测点位。①零件缺失识别:主要能识别螺栓、线夹、接地线、堵头等是否缺失;②位置状态检测:主要能对螺栓松动、车钩状态、阀门位置状态、柜门及锁止装置复位、油位等进行检测，如图2所示;③零件表面状态检测:主要包括橡胶件鼓包检测、锈迹检测、油脂渗漏检测、管路擦伤检测、油色检测、温度标签检测等，如图3所示;④异物检测:实现对各类异物的检测，如牵引电机格栅异物检测，如图4所示;⑤缝隙尺寸识别与有效测量:能有效进行闸瓦厚度与踏面间隙的测量及机械结构表面裂纹的测量，精度可达0．2mm，如图5所示。缺陷点智能定位。机器人在自主巡检过程中，识别到缺陷点后，能够准确定位并描述该缺陷点所在的车辆和设备位置，并标记缺陷部件名称，通过通知或列表的方式告知运维人员故障准确位置，并传回故障点图片。通过现场人工多次复测，其定位精度可达5cm。机器人本体在坑道内及坑道间的自然无轨移动和导航定位激光云点图如图6所示。后台数据管理。车底巡检机器人系统具有自动生成设备缺陷报表、巡检任务报表等功能，同时后台能够对实时采集数据与历史数据进行比对并自动生成分析报表［5］，具有分类统计、管理检测数据，以及查询、打印所有报表的功能。可根据检测数据分析结果定制检测任务，支持操作人员手动设置机器人检测、复检任务，可对重点区域及历史出现过缺陷或有缺陷趋势的检测点进行复检。自动充电。巡检任务完成后，车底巡检机器人可自行驶入指定充电区进行充电;或当电量低自身报警发出充电指令时，机器人充电连接器可与地面充电装置自动实现连接并开始充电。充电完成后，机器人自动与充电装置断开，进入待命状态。整套装置最大特点是，在整个充电过程中，能够实现智能化和自动化，无需人工看管。

4车底巡检机器人的应用情况分析

杭州地铁5号线五常车辆段车底巡检机器人2年多的应用表明:系统稳定可靠，能对列车底部、转向架等可视零部件进行灵活多角度的自动检测，能够实现车底设备的准确定位和故障的自动识别，可将采集到的数据实时传送到后台系统进行分析处理。其应用效果主要体现在以下几方面:简化检修流程。原人工检修的流程为:调度派单，检修人员携带劳动防护用品及工器具做准备，前往DCC(车辆段控制中心)请点，肉眼观察方式现场检查，发现问题手动拍照及手写台账记录故障，巡检完毕后在电脑录入故障工单，再前往故障点进行修复，回工班关闭工单后再前往DCC销点等。使用车底巡检机器人将复杂流程转换为自动生成巡检任务、自动巡检、自动复检、自动录入故障并上传、自动生成巡检报告等全自动方式，简化了巡检流程，解放了人员生产力，降低了检修人员的劳动强度。提升检修效率。完全由车底巡检机器人代替检修人员进行车底检查，实现了“人检”方式向“机检”方式的转变。原人工巡检1列6辆编组列车车底的标准时间为40min，人工巡检客室需要20min，而机器人巡检车底加巡检客室只需25min，工作效率提高58．3%。车底人工普查费时费力，现可通过机器人查询前一天车底部件的历史状态，普查效率提升90%以上。提高检修质量。人工巡检采用人员手持手电筒照射+肉眼观察方式，机器人巡检方式为双机械臂携带激光摄像灵活转动近距离自动拍摄识别检查，可对关键部位进行多角度检测。机器人通过系统自动报警、高清图像自动对比精准分析确认故障点，目前已发现肉眼无法识别的隐性故障几十起，占总故障数的30%，经人工复核发现其准确率达到99%以上。车底巡检机器人可有效提高巡检质量、消除列车安全隐患。增强作业和人员安全。①降低了漏检漏修风险:转向架上部侧面、部分关键部位的隐形故障人眼无法发现，再加之夜间作业、工作量大、极易疲劳，漏检情况时有发生。使用车底巡检机器人后，车底巡检目标物覆盖率达100%，全覆盖、无死角、不受环境因素影响，漏检率为0，且能对关键重点部位进行多角度抓拍，有效降低了漏检漏修的风险，避免列车“带病”上线运营。②降低了人员安全风险:采用人工检修，夜间在地沟巡检极易发生碰撞、摔倒、触电等安全事故。机器人巡检期间，未发生一起安全事故，大大降低了巡检安全风险。降低成本。①降低检修人力成本:日检30列列车，采用人工巡检时，1个班组需配备10～12人;现采用机器人巡检，1个班组只需配备5～6人，人力成本降低50%。除此之外还可减少数据录入、统计、分析及纸质台账检查的人员。②降低了管理成本:由于可自动生成设备缺陷报表、巡检任务，可对故障数据进行自动分类统计并生成分析报表，因此，可通过规范的数据管理方式开展有效的工作责任追溯，使工作人员责任心更强，从而降低了管理成本。实现智能运维。采用“机检”方式，能对检测数据进行自动收集和分析处理，并通过共性问题提炼、典型故障总结，提出预防措施，进而提升作业小组的技能水平，为列车安全运营提供科学依据。原人工统计数据分析故障方式转换为后台系统实时采集数据与历史数据进行分类统计对比自动生成分析报表方式，实现了列车智能运维。

5结语

采用地铁车辆车底巡检机器人顺应地铁智能运维发展的要求，是实现从“人检人修”迈向“机检人修”的重要一步，可有效解决传统车辆检修作业中作业质量难以把控、作业效率较难提升等问题。用“机检人修”逐步取代传统的“人检人修”，既解决了检修过程中人员状态不佳和经验不足的问题，又解放了生产力，降低了劳动强度和成本，提高了安全性和检修效率。车底巡检机器人可在列车通电状态下工作，可实现全时段不间断检测，而且机器人人机界面亲和、易操作，检测数据更全面、更精准。随着智能运维的不断发展，机器人的检测手段会不断创新和改进，检测方式将更加可靠，在城市轨道交通领域有广泛应用前景。

作者:李林锋 单位:上海申凯公共交通运营管理有限公司