自主移動(dòng)檢查機器人進(jìn)行氣體泄漏遠程探測與定位
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一個(gè)由9家公司和研究所組成的聯(lián)盟開(kāi)發(fā)出了一款用于大型技術(shù)設施氣體泄漏探測和定位的自主移動(dòng)機器人原型。該聯(lián)盟提出了一套無(wú)需直接進(jìn)入危險區域，也無(wú)需人類(lèi)參與，就能執行工業(yè)設施檢查任務(wù)的系統。這款機器人可用于設施的例行檢查或特定系統部件的針對性檢查。系統的獨立機動(dòng)性通過(guò)應用各種導航傳感器和借助遠程控制隨時(shí)進(jìn)行的人工干預來(lái)實(shí)現。系統還配備視頻與光學(xué)氣體遙測裝置，使其能夠檢查此前由于受進(jìn)入限制而難以檢查的系統部件。
創(chuàng )新性監視進(jìn)程的發(fā)展充分利用最先進(jìn)的測量與自動(dòng)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(shí)，對于單調又耗時(shí)的勞動(dòng)密集型任務(wù)，它還可減輕技術(shù)人員的工作量。
RoboGasInspector由三個(gè)模塊構成：鏈傳動(dòng)移動(dòng)平臺、導航模塊和檢查模塊。注意該裝置頂部的FLIR GF320紅外熱像儀。
這是一項合作性研究計劃的起點(diǎn)。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(wàn)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(gè)計劃的目的是開(kāi)發(fā)和測試一種創(chuàng )新的帶有檢查機器人的人機系統。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該由移動(dòng)機器人獨立完成。在這個(gè)過(guò)程中，移動(dòng)機器人還應該分析測得的數據，記錄檢查結果。”
在有毒或爆炸性氣體使用之處應格外小心謹慎。這正是化工行業(yè)、生物氣體工廠(chǎng)和天然氣供應商需采用嚴格檢查規范的原因。預防性檢查方案通常需要人員每天執行耗時(shí)的例行檢查程序。執行這些定期檢查時(shí)，員工要檢查系統是否正常運轉，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(lái)說(shuō)，對這套新系統的首先需滿(mǎn)足的要求是：它應該能夠執行自動(dòng)化、無(wú)危險的檢查和監控，并且應能夠獨立應對問(wèn)題。
安全和效率
工業(yè)廠(chǎng)房（如化工廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、氣體壓縮站）的操作員將其員工和生產(chǎn)設施的安全放在首位。
多傳感器檢查模塊：方位/俯仰云臺（1）裝有一臺熱像儀（2）、一臺活動(dòng)的TDLAS測量?jì)x器（3）、一個(gè)激光測距儀（4）、一部攝像機（5）和用于氣體可視化的FLIR GF320紅外熱像儀（6）。計算機和其他電氣/電子模塊安裝在配電箱（7）內。
FLIR GF320在泄漏現場(chǎng)將不可見(jiàn)氣體可視化，泄漏氣體顯示為黑色煙霧。
執行諸如反復檢查等例行程序時(shí)，總會(huì )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)系統管理方面的靈活性和表現的重視，不僅具有經(jīng)濟意義，還可減輕人力執行重復性例行任務(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(guò)了各種障礙和一個(gè)斜坡。 在指定的檢查現場(chǎng)，這款機器人檢查了各種管道，發(fā)現了一處甲烷泄漏。在接下來(lái)的數月間，在實(shí)驗室環(huán)境中，這一成果被擴展應用于數平方公里的大型工業(yè)設施，其中包含了風(fēng)和陽(yáng)光以及系統運行產(chǎn)生的混合因素等環(huán)境因素。
傳感器系統水平搖攝角度（俯視）和俯仰角度（下方側視）
RoboGasInspector的驅動(dòng)系統和導航
RoboGasInspector由三個(gè)模塊構成：鏈傳動(dòng)移動(dòng)平臺、導航模塊和檢查模塊，后者集成了FLIR GF320光學(xué)氣體紅外熱像儀。鏈傳動(dòng)平臺裝有電力驅動(dòng)裝置和常規電池。導航模塊由2D激光掃描儀（正面和背面，對于在建筑物內部導航尤為重要）和一個(gè)用于戶(hù)外導航的GPS。RoboGasInspector不斷將待檢查的現場(chǎng)與數字地圖進(jìn)行對比，使這臺鏈條驅動(dòng)。
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?jì)x器，包括一個(gè)遠程甲烷泄漏探測器(RMLD)，該探測器是基于一臺活動(dòng)的可調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)儀。它是通過(guò)一個(gè)紅外線(xiàn)激光器起作用：激光束投射到某個(gè)表面，被反射回來(lái)，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(huì )產(chǎn)生危險，其還裝配有內置氣體傳感器，該傳感器在爆炸下限(LEL)超過(guò)10%時(shí)關(guān)閉整個(gè)系統，從而防止可能引燃周?chē)h(huán)境的潛在危險。
獨立測量
機器人可獨立完成測量數據的處理和模式識別。RoboGasInspector還會(huì )自動(dòng)執行指定路線(xiàn)檢查，并實(shí)施測量。盡管如此，機器人依然持續不斷地與控制室保持聯(lián)系，如有必要，可從控制室進(jìn)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，只將所有測量數據通過(guò)WLAN傳送至控制室。
RoboGasInspector的現狀與未來(lái)
在此期間，系統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，驅動(dòng)裝置、導航系統和補充傳感器系統表現出色。
在原本難以進(jìn)入的場(chǎng)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(jìn)行檢查。但在部署于工業(yè)環(huán)境之前，還需要進(jìn)一步的研發(fā)（例如在爆炸保護、軟件開(kāi)發(fā)等方面），并且在部署于商業(yè)環(huán)境之前，無(wú)疑還必須澄清法律問(wèn)題。盡管如此，自主移動(dòng)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(zhù)提高安全性。
FLIR Systems GF320紅外熱像儀是RoboGasInspector的關(guān)鍵組件。它幫助系統從安全距離探測有時(shí)候具有危害性的氣體泄漏。
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