使用自主移動檢查機器人對技術(shù)設(shè)施進行氣體泄漏遠程探測與定位
發(fā)布日期：2016年5月16日 瀏覽次數(shù)：
工業(yè)設(shè)施的氣體檢漏不但危險耗時，而且容易出現(xiàn)人為錯誤，并可能出現(xiàn)多種解讀。為了提供一種更安全、更高效和更可靠的解決方案，RoboGasInspector借此應(yīng)運而生。這一創(chuàng)新的氣體泄漏遠程探測與定位機器人系統(tǒng)是由多家德國公司和研究所聯(lián)合研發(fā)而成，并采用了FLIR GF320光學(xué)氣體紅外熱像儀。
一個由9家公司和研究所組成的聯(lián)盟開發(fā)出了一款用于大型技術(shù)設(shè)施氣體泄漏探測和定位的自主移動機器人原型。該聯(lián)盟提出了一套無需直接進入危險區(qū)域，也無需人類參與，就能執(zhí)行工業(yè)設(shè)施檢查任務(wù)的系統(tǒng)。這款機器人可用于設(shè)施的例行檢查或特定系統(tǒng)部件的針對性檢查。系統(tǒng)的獨立機動性通過應(yīng)用各種導(dǎo)航傳感器和借助遠程控制隨時進行的人工干預(yù)來實現(xiàn)。系統(tǒng)還配備視頻與光學(xué)氣體遙測裝置，使其能夠檢查此前由于受進入限制而難以檢查的系統(tǒng)部件。
創(chuàng)新性監(jiān)視進程的發(fā)展充分利用最先進的測量與自動化技術(shù)和遙控技術(shù)，此外，機器人學(xué)技術(shù)也提高了各種檢查的可靠性、效率和成本效益。與此同時，對于單調(diào)又耗時的勞動密集型任務(wù)，它還可減輕技術(shù)人員的工作量。
這是一項合作性研究計劃的起點。該計劃由卡塞爾大學(xué)機械工程系的AndreasKroll博士和Ludger Schmidt博士主持，并獲得了德國聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部240萬歐元的補貼。 卡塞爾大學(xué)測量與控制技術(shù)系博士Andreas Kroll解釋道：“這個計劃的目的是開發(fā)和測試一種創(chuàng)新的帶有檢查機器人的人機系統(tǒng)。這些機器人具有遠程氣體測量和本地智能功能。氣體泄漏的探測和定位在很大程度上應(yīng)該由移動機器人獨立完成。在這個過程中，移動機器人還應(yīng)該分析測得的數(shù)據(jù)，記錄檢查結(jié)果�！�
在有毒或爆炸性氣體使用之處應(yīng)格外小心謹慎。這正是化工行業(yè)、生物氣體工廠和天然氣供應(yīng)商需采用嚴格檢查規(guī)范的原因。預(yù)防性檢查方案通常需要人員每天執(zhí)行耗時的例行檢查程序。執(zhí)行這些定期檢查時，員工要檢查系統(tǒng)是否正常運轉(zhuǎn)，因此員工通常依靠自己的理解和經(jīng)驗，而不使用測量技術(shù)。對Andreas Kroll和LudgerSchmitt教授來說，對這套新系統(tǒng)的首先需滿足的要求是：它應(yīng)該能夠執(zhí)行自動化、無危險的檢查和監(jiān)控，并且應(yīng)能夠獨立應(yīng)對問題。
安全和效率
工業(yè)廠房（如化工廠、煉油廠、氣體壓縮站）的操作員將其員工和生產(chǎn)設(shè)施的安全放在首位。
執(zhí)行諸如反復(fù)檢查等例行程序時，總會存在由于注意力不集中，不慎忽略潛在危險源的可能性。因此，創(chuàng)新性檢查技術(shù)的發(fā)展，以及對操作員在技術(shù)系統(tǒng)管理方面的靈活性和表現(xiàn)的重視，不僅具有經(jīng)濟意義，還可減輕人力執(zhí)行重復(fù)性例行任務(wù)的工作量，提高各種檢查任務(wù)的覆蓋范圍。
初試身手
RoboGasInspector首次在卡塞爾大學(xué)的一間禮堂里展示。這款機器人獨自走完了一段檢查路徑，成功越過了各種障礙和一個斜坡。 在指定的檢查現(xiàn)場，這款機器人檢查了各種管道，發(fā)現(xiàn)了一處甲烷泄漏。在接下來的數(shù)月間，在實驗室環(huán)境中，這一成果被擴展應(yīng)用于數(shù)平方公里的大型工業(yè)設(shè)施，其中包含了風(fēng)和陽光以及系統(tǒng)運行產(chǎn)生的混合因素等環(huán)境因素。
RoboGasInspector由三個模塊構(gòu)成：鏈傳動移動平臺、導(dǎo)航模塊和檢查模塊，后者集成了FLIR GF320光學(xué)氣體紅外熱像儀。鏈傳動平臺裝有電力驅(qū)動裝置和常規(guī)電池。導(dǎo)航模塊由2D激光掃描儀（正面和背面，對于在建筑物內(nèi)部導(dǎo)航尤為重要）和一個用于戶外導(dǎo)航的GPS。RoboGasInspector不斷將待檢查的現(xiàn)場與數(shù)字地圖進行對比，使這臺鏈條驅(qū)動。
檢查模塊
檢查模塊在方位/俯仰云臺裝置上集成了各種計量儀器，包括一個遠程甲烷泄漏探測器(RMLD)，該探測器是基于一臺活動的可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)儀。它是通過一個紅外線激光器起作用：激光束投射到某個表面，被反射回來，然后測量其剩余強度。此外，檢查模塊上還安裝有FLIR GF320紅外熱像儀，以此將氣體可視化。
為了確保RoboGasInspector自身不會產(chǎn)生危險，其還裝配有內(nèi)置氣體傳感器，該傳感器在爆炸下限(LEL)超過10%時關(guān)閉整個系統(tǒng)，從而防止可能引燃周圍環(huán)境的潛在危險。
獨立測量
機器人可獨立完成測量數(shù)據(jù)的處理和模式識別。RoboGasInspector還會自動執(zhí)行指定路線檢查，并實施測量。盡管如此，機器人依然持續(xù)不斷地與控制室保持聯(lián)系，如有必要，可從控制室進行遠程控制。為此，方位/俯仰云臺測量模塊上還集成了一臺攝像機。但在正常運行模式下，RoboGasInspector獨立工作，只將所有測量數(shù)據(jù)通過WLAN傳送至控制室。
RoboGasInspector的現(xiàn)狀與未來
在此期間，系統(tǒng)原型在大量測試中所展示的用途和功能已給人們留下了深刻的印象。在測試中，驅(qū)動裝置、導(dǎo)航系統(tǒng)和補充傳感器系統(tǒng)表現(xiàn)出色。
在原本難以進入的場地，RoboGasInspector有助于獨立氣體檢漏和泄漏定位。此外，它還有助于避免在具有潛在危險的環(huán)境中投入人力進行檢查。但在部署于工業(yè)環(huán)境之前，還需要進一步的研發(fā)（例如在爆炸保護、軟件開發(fā)等方面），并且在部署于商業(yè)環(huán)境之前，無疑還必須澄清法律問題。盡管如此，自主移動氣體探測和泄漏定位機器人在今天已經(jīng)成為可能，并可顯著提高安全性。
FLIR Systems GF320紅外熱像儀是RoboGasInspector的關(guān)鍵組件。它幫助系統(tǒng)從安全距離探測有時候具有危害性的氣體泄漏。
一個由9家公司和研究所組成的聯(lián)盟開發(fā)出了一款用于大型技術(shù)設(shè)施氣體泄漏探測和定位的自主移動機器人原型。該聯(lián)盟提出了一套無需直接進入危險區(qū)域，也無需人類參與，就能執(zhí)行工業(yè)設(shè)施檢查任務(wù)的系統(tǒng)。這款機器人可用于設(shè)施的例行檢查或特定系統(tǒng)部件的針對性檢查。系統(tǒng)的獨立機動性通過應(yīng)用各種導(dǎo)航傳感器和借助遠程控制隨時進行的人工干預(yù)來實現(xiàn)。系統(tǒng)還配備視頻與光學(xué)氣體遙測裝置，使其能夠檢查此前由于受進入限制而難以檢查的系統(tǒng)部件。
創(chuàng)新性監(jiān)視進程的發(fā)展充分利用最先進的測量與自動化技術(shù)和遙控技術(shù)，此外，機器人學(xué)技術(shù)也提高了各種檢查的可靠性、效率和成本效益。與此同時，對于單調(diào)又耗時的勞動密集型任務(wù)，它還可減輕技術(shù)人員的工作量。
這是一項合作性研究計劃的起點。該計劃由卡塞爾大學(xué)機械工程系的AndreasKroll博士和Ludger Schmidt博士主持，并獲得了德國聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部240萬歐元的補貼。 卡塞爾大學(xué)測量與控制技術(shù)系博士Andreas Kroll解釋道：“這個計劃的目的是開發(fā)和測試一種創(chuàng)新的帶有檢查機器人的人機系統(tǒng)。這些機器人具有遠程氣體測量和本地智能功能。氣體泄漏的探測和定位在很大程度上應(yīng)該由移動機器人獨立完成。在這個過程中，移動機器人還應(yīng)該分析測得的數(shù)據(jù)，記錄檢查結(jié)果�！�
在有毒或爆炸性氣體使用之處應(yīng)格外小心謹慎。這正是化工行業(yè)、生物氣體工廠和天然氣供應(yīng)商需采用嚴格檢查規(guī)范的原因。預(yù)防性檢查方案通常需要人員每天執(zhí)行耗時的例行檢查程序。執(zhí)行這些定期檢查時，員工要檢查系統(tǒng)是否正常運轉(zhuǎn)，因此員工通常依靠自己的理解和經(jīng)驗，而不使用測量技術(shù)。對Andreas Kroll和LudgerSchmitt教授來說，對這套新系統(tǒng)的首先需滿足的要求是：它應(yīng)該能夠執(zhí)行自動化、無危險的檢查和監(jiān)控，并且應(yīng)能夠獨立應(yīng)對問題。
安全和效率
工業(yè)廠房（如化工廠、煉油廠、氣體壓縮站）的操作員將其員工和生產(chǎn)設(shè)施的安全放在首位。
執(zhí)行諸如反復(fù)檢查等例行程序時，總會存在由于注意力不集中，不慎忽略潛在危險源的可能性。因此，創(chuàng)新性檢查技術(shù)的發(fā)展，以及對操作員在技術(shù)系統(tǒng)管理方面的靈活性和表現(xiàn)的重視，不僅具有經(jīng)濟意義，還可減輕人力執(zhí)行重復(fù)性例行任務(wù)的工作量，提高各種檢查任務(wù)的覆蓋范圍。
初試身手
RoboGasInspector首次在卡塞爾大學(xué)的一間禮堂里展示。這款機器人獨自走完了一段檢查路徑，成功越過了各種障礙和一個斜坡。 在指定的檢查現(xiàn)場，這款機器人檢查了各種管道，發(fā)現(xiàn)了一處甲烷泄漏。在接下來的數(shù)月間，在實驗室環(huán)境中，這一成果被擴展應(yīng)用于數(shù)平方公里的大型工業(yè)設(shè)施，其中包含了風(fēng)和陽光以及系統(tǒng)運行產(chǎn)生的混合因素等環(huán)境因素。
傳感器系統(tǒng)水平搖攝角度（俯視）和俯仰角度（下方側(cè)視）
RoboGasInspector由三個模塊構(gòu)成：鏈傳動移動平臺、導(dǎo)航模塊和檢查模塊，后者集成了FLIR GF320光學(xué)氣體紅外熱像儀。鏈傳動平臺裝有電力驅(qū)動裝置和常規(guī)電池。導(dǎo)航模塊由2D激光掃描儀（正面和背面，對于在建筑物內(nèi)部導(dǎo)航尤為重要）和一個用于戶外導(dǎo)航的GPS。RoboGasInspector不斷將待檢查的現(xiàn)場與數(shù)字地圖進行對比，使這臺鏈條驅(qū)動。
檢查模塊
檢查模塊在方位/俯仰云臺裝置上集成了各種計量儀器，包括一個遠程甲烷泄漏探測器(RMLD)，該探測器是基于一臺活動的可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)儀。它是通過一個紅外線激光器起作用：激光束投射到某個表面，被反射回來，然后測量其剩余強度。此外，檢查模塊上還安裝有FLIR GF320紅外熱像儀，以此將氣體可視化。
為了確保RoboGasInspector自身不會產(chǎn)生危險，其還裝配有內(nèi)置氣體傳感器，該傳感器在爆炸下限(LEL)超過10%時關(guān)閉整個系統(tǒng)，從而防止可能引燃周圍環(huán)境的潛在危險。
獨立測量
機器人可獨立完成測量數(shù)據(jù)的處理和模式識別。RoboGasInspector還會自動執(zhí)行指定路線檢查，并實施測量。盡管如此，機器人依然持續(xù)不斷地與控制室保持聯(lián)系，如有必要，可從控制室進行遠程控制。為此，方位/俯仰云臺測量模塊上還集成了一臺攝像機。但在正常運行模式下，RoboGasInspector獨立工作，只將所有測量數(shù)據(jù)通過WLAN傳送至控制室。
RoboGasInspector的現(xiàn)狀與未來
在此期間，系統(tǒng)原型在大量測試中所展示的用途和功能已給人們留下了深刻的印象。在測試中，驅(qū)動裝置、導(dǎo)航系統(tǒng)和補充傳感器系統(tǒng)表現(xiàn)出色。
在原本難以進入的場地，RoboGasInspector有助于獨立氣體檢漏和泄漏定位。此外，它還有助于避免在具有潛在危險的環(huán)境中投入人力進行檢查。但在部署于工業(yè)環(huán)境之前，還需要進一步的研發(fā)（例如在爆炸保護、軟件開發(fā)等方面），并且在部署于商業(yè)環(huán)境之前，無疑還必須澄清法律問題。盡管如此，自主移動氣體探測和泄漏定位機器人在今天已經(jīng)成為可能，并可顯著提高安全性。
FLIR Systems GF320紅外熱像儀是RoboGasInspector的關(guān)鍵組件。它幫助系統(tǒng)從安全距離探測有時候具有危害性的氣體泄漏。
