智能巡检机器人的发展与设计趋势探析

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　　摘要：随着工业4.0智能化时代的推进，人工智能、虚拟现实、AI以及云计算等技术迅速发展，智能巡检机器人的设计更加注重用户的体验性、环境的适应性及功能的多样性。本文主要对国内的智能巡检机器人的发展趋势进行了分析以及对未来智能巡检机器人的设计趋势进行了总结和预测。
　　关键词：智能;巡检机器人;发展趋势;设计趋势
　　中国分类号：TB472 文献标识码：A
　　文章编码：1672-7053（2019）11-0143-02
　　当今社会正逐步进入智能化时代，人工智能技术、自动识别技术以及机器人行业的发展更加迅速，智能巡检机器人的应用被列为一项重要的发展计划。人工巡检、直升机巡检和机器人巡检已经成为当今社会三种主要的巡检作业方式。智能巡检机器人既降低了人力消耗以及技术问题，又能准确地提供检测精度，成为了当今社会比较可靠的一种巡检方式。通讯技术、人工智能、物联网、混合云等高端技术正广泛应用于各种领域，为智能巡检机器人的发展提供了技术保障。
　　1智能巡检机器人的概念
　　智能巡检机器人是一种自身携带红外传感器，具有手动和自动两种巡检模式，智能识别各类仪表设备数值，准确感知获取外界环境信息（温度、烟雾、可燃气体等），火情预警，语音识别，数据存储等多种功能的移动设备，可用于多个领域，其主要作业内容是代替用户完成对各个环境下的设备进行检测、数据收集以及缺陷管理等。目前，国内智能巡检机器人主要包括轨道悬挂式智能巡检机器人、地面移动式智能巡检机器人以及管道滚动式智能巡检机器人。三种类型的智能巡检机器人分别在不同环境下完成对外界环境以及设备的巡检及反馈。
　　2智能巡检机器人的发展趋势
　　2.1网联化
　　21世纪是属于互联网的时代，伴随着5G时代的到来，网联化被重新定义了一个新高度，在智能机器人领域中的应用有望带动工业和科技发展，成为新的经济增长点。网联化时代的到来，使智能巡检机器人在实际作业过程中更可靠、更准确、更高效。纵观国内智能巡检机器人的发展状况，智能网联是一个良好的载体。智能巡检机器人通过互联网及自身的计算达到智能，比如，智能巡检机器人在作业前，要通过互联网获知附近设备的状态，对部分设备需要进行重点检测，在检测到故障时，通过互联网将信息整合处理，最终发送到具有其他功能机器人终端或人工终端处，然后完成下一步操作。智能巡检机器人的网联系统如同人体系统一样，智能巡检机器人在其中扮演着“神经中枢”的角色，互联网和其他移动终端成为“神经中枢”的“血管”，里面承载的“血液”为智能巡检机器人能够高效准确地作业持续提供“营养”。网联化是物联网发展的产物，是物联网的具体体现。从更广阔的视角来看，网联化将驱动机器人产业升级与转化，成为当今最具潜力的发展趋势。
　　2.2智能化
　　智能巡检机器人的智能化是目前机器人行业关注的热点之一。智能巡检机器人的智能化是以智能巡检机器人的网联化为依托，使机器人能够在复杂环境下进行感知与反馈以及智能检测与协同操控等，以达到信息实时处理，信息精确反馈的目的。
　　智能巡检机器人趋于智能化主要包括以下几个方面：视觉导航技术、自动识别所有表针;3D扫描技术、室内设备全方位检测;AR实景检测;工作环境自动检测;异常预警联动告警处置;火灾检测及应急处理。现在，多种命令的执行是通过智能识别技术的实现，智能识别技术系统为每次的全面巡检任务提供了技术保障，同时会自动根据巡检反馈的结果去规划其他的巡检任务，自动规划每次对设备的调整频率。例如：设备数值显示变化较大，系统自动识别并增加对该设备的检测次数，而对于长期不变的设备自动减少检测次数。自动识别技术在智能巡检机器人领域的应用，用户不需要操控也可以定期得到信息反馈。以智能化为核心的机器人行业发展趋势，使机器人的使用模式也将发生翻天覆地的变化。探索智能化自动识别技术在智能巡检机器人领域的应用，可以有效节省人力物力和财力的消耗。
　　2.3数据化
　　近年来，信息技术发展迅猛，信息的交流也在逐渐增加，在智能巡检机器人领域，对机器人设备进行数据整理与分析，可以进一步得到机器人巡检过程中的操作及解决方案。智能巡检机器人数据化系统包括数据采集、传输、无线遥控等部分，三者之间相互协作，完成数据化的整体运营，为用户提供强有力的保障。数据采集完成了机器人对外部环境信息的采集，以数据的形式将信息传输到移动终端，实现了数字信号与图像信号之间的转换;无线遥控实现了机器人与移动终端之间的信息传递;数据整理可以将采集到的信息与数据库中的信息进行模拟处理，选择相似信息进行数据存储，提高了下次巡检的工作效率。数据化在智能巡检机器人领域中的应用，成为智能巡检机器人发展的技术保障，也将成为未来智能巡检机器人的一大发展趋势。
　　3智能巡检机器人的设计趋势
　　3.1自然交互成为人机交互的主要趋势
　　智能巡检机器人的智能化发展趋势决定了人机交互形式更加多样化。比尔盖茨说过“人类自然形成的与自然界沟通的认知习惯和形式必定是人——机——环境交互的发展方向”。在5G时代即将到来的社会，互联网成为技术发展的一大引擎，虚拟现实技术以数据化的形式消除了人所处的环境和智能巡检机器人之间的界限，自然交互逐渐成为人机交互的主要设计趋势。
　　所谓自然交互，是一种在网联化、智能化以及数据化的基础上，摆脱人手操作、赋于机器以智能，利用人的肢体、手势、语音等方式来实现与智能巡检机器人对话的一种交互方式，使人机操控方式变得更加自然。比如：通过智能巡检机器人自身搭载的立体摄像机来查看用户所做的手势动作，用户给出的姿势信息可能是从手指向的某一个位置移动到一段距离之外的另一个位置，或者是将握紧的双手打开等，并判定这些动作是否具有意义，机器人可以精确地做出判断并决定移动的距离。在发生以上行为的同时会伴隨一些语音指令，使用的语音指令包括“去那边”“走快一点”等简单语句。用户还可以在掌上电脑中结合使用语音和姿势指令代替对机器人直接的语音和姿势指令，比如：像非常流行的微软（Microsoft）公司出品的Xbox ONE游戏机的一系列体感游戏，玩家需要调动全身的动作进行游戏，使自己真正进入游戏情景，不同的游戏需要不同的身体动作进行控制。用户也可以在掌上电脑上通过自己的语言、动作以及面部表情等自然方式对智能巡检机器人的作业进行远程控制，使用不同的动作及其他方式去控制不同的巡检任务。指派给智能巡检机器人的任务可能会受到干扰而中断，但是机器人最终可以还原其原始任务并完成。自然交互在智能巡检机器人领域的应用，应能达到人与人交互的水平，最终还是要依靠新技术的发展达到交互智能化，是未来智能巡检机器人领域中的一大设计趋势。 　　3.2轻量化设计成为设计重要的关注点
　　网联化的发展要求智能巡检机器人在作业过程中能够运行自如，高效反馈，轻量化设计使机器人方便组网，使数据传输更快更准确。轻量化即是在满足机器人巡检要求且保证智能巡检机器人的整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量，达到质量——性能——成本三者的最优结合。轻量化设计使得机器人在作业时能够自由操控，更高效地进行数据整理、分析与反馈。
　　在实际的智能巡检机器人设计中，实现轻量化设计可以通过结构轻量化和材料轻量化来实现，而材料轻量化更为高效便捷。在工业化生产中，能够使智能巡检机器人趋于轻量化的材料有许多，比如新型材料GFRP（玻璃纤维增强塑料）和CFRP（碳纤维）等密度更小的新材料，相比于铝合金以及不锈钢等金属材料质量轻、便于加工、相对强度较小，可应用于智能巡检机器人的非受力部件。轻量化设计，在机器人减轻自重、平稳移动、提高动作准确性以及实现机网互联等方面都具有重要意义。另外，3D打印技术减少了机器人在开模上的费用消耗，同时为机器人在材料选择以及造型外观方面提供了诸多的可能性。在众多因素的影响下，机器人的轻量化设计也将成为趋势。
　　3.3定制化设计逐步成为新的设计模式
　　传统的智能巡检机器人受到技术及设计方法等方面的制约，大多数情况下只是一个巡检工具。而未来的智能巡检机器人的设计随着机器人智能化、数据化以及网联化的发展要求适应多样化的工作环境，实现多种功能。因而定制化的设计及制造也将成为新的主要设计模式。
　　定制化的设计模式可以满足不同环境下对巡检机器人的功能、外观、情感等个性化的需求。未来智能巡检机器人的定制化设计不仅仅是像以往一样更改配色，而更注重与环境之间的适应关系。比如：对于夜间工作的巡检机器人，采用仿生设计方法提取一些具有巡视习惯生物（鼠、猫头鹰等）的形态和语义，对智能巡检机器人的外观进行塑造，丰富了巡检机器人与周围环境之间的适应性，使用户看到就会获知是一种夜间进行巡检工作的机器人，提高了用户对智能巡检机器人的认知力和感知度，由此就将人的情感注入到了巡检机器人当中，达到了一种情感化设计的效果。再比如：为了减少对周围环境的破坏与污染，采用绿色设计，利用新出现的新技术和新工艺，采用新的动力元件以及材料，达到延长巡检机器人寿命以及减少物资能源消耗的目的，新的定制化绿色设计理念，为巡检机器人的设计注入了科技化要素，也正好契合了我国机器人领域产业转型升级的方向。多种设计方式的结合，为用户的定制化设计提供了有效的方法渠道。在这个追求个性的时代，定制化设计必将成为今后设计的新的设计模式，为智能巡检机器人的设计注入新的设计元素。
　　4结语
　　智能巡检机器人是未来智能机器人领域的一个分支，在人工智能以及互联网不断发展，设计理论不断更新的今天，智能巡检机器人的设计更加注重用户的体验性、环境的适应性及功能的多样性。而自然交互的方式、轻量化设计及定制化设计也将成为智能巡检机器人设计的新趋势。
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　　作者简介
　　田蕴/1970年生/女/山东肥城人/硕士/副教授/研究方向为产品设计、产品交互设计（山东济南2501 01）
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