序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的巡檢機(jī)器人功能及其應(yīng)用分析樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

地鐵列車在連續(xù)運(yùn)行過程中，機(jī)械振動(dòng)、磨損、加減速、制動(dòng)等因素會導(dǎo)致車輛車底結(jié)構(gòu)件螺栓松動(dòng)、管線脫落、設(shè)備摩擦或變形。因車輛車底的部分檢測點(diǎn)被遮擋、光線暗、空間狹窄、檢測點(diǎn)多，且檢修作業(yè)時(shí)間多在凌晨，導(dǎo)致檢修人員長期處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，這對檢修人員責(zé)任心、精神及身體狀態(tài)造成的影響非常大，再加之人工巡檢工作量大、效率低、質(zhì)量差，在這些因素的綜合影響下，存在漏檢風(fēng)險(xiǎn)，這會嚴(yán)重威脅列車的安全運(yùn)行和乘客的人身安全。因此提高作業(yè)效率、提高作業(yè)質(zhì)量、改善檢修工具、加快“人檢”向“機(jī)檢”轉(zhuǎn)變迫在眉睫。車底巡檢機(jī)器人融合了機(jī)器視覺技術(shù)、人工智能技術(shù)、圖像識別分析技術(shù)、精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等多種最新尖端技術(shù)，可以模擬人工作業(yè)方式對車輛底部箱體、管路、轉(zhuǎn)向架等可視零部件進(jìn)行靈活多角度的自動(dòng)檢測，能夠自動(dòng)識別設(shè)備故障點(diǎn)，后臺數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)可為檢修人員決策提供支持。采用車底巡檢機(jī)器人能夠高效解決人工檢修作業(yè)存在的問題，是實(shí)現(xiàn)從“人檢人修”邁向“機(jī)檢人修”的重要一步。

1地鐵車輛檢修現(xiàn)狀

目前，我國地鐵車輛檢修主要分為日檢、雙周檢/月檢、定修、架修、大架修等常用修程方式，以及A列檢、B列檢、架修(C列檢)、半壽命翻新等港鐵方式。無論采用哪種方式，其中的日常檢查(日檢、雙周檢/月檢、A列檢)最為頻繁，任務(wù)最為繁重，基本是天窗點(diǎn)作業(yè)，作業(yè)時(shí)間短、工作量大。車底日檢的主要檢修項(xiàng)點(diǎn)為車鉤、轉(zhuǎn)向架、空氣管路、車下電氣柜、空氣管路及制動(dòng)系統(tǒng)等。若采用人工檢修方式，即肉眼識別+便攜式工具檢測(手電筒)，實(shí)施快速例行檢查和故障處理，存在檢修范圍廣、作業(yè)難度大、作業(yè)過程繁瑣、檢修效率低下、遺留作業(yè)盲區(qū)、漏檢漏修等問題。由于大部分檢修項(xiàng)點(diǎn)依賴人工經(jīng)驗(yàn)判斷，人為因素影響較大，容易受檢修地溝環(huán)境、人員工作狀態(tài)、人員技術(shù)水平等多方面因素影響，在檢修效率及安全性、可靠性等方面均存在明顯不足。為提高車輛整備能力、提升檢修效果，亟需配置車底巡檢機(jī)器人。

2車底巡檢機(jī)器人系統(tǒng)組成及工作原理

車底巡檢機(jī)器人系統(tǒng)(如圖1所示)主要包括機(jī)器人本體、通信系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)。機(jī)器人本體由輪式運(yùn)動(dòng)平臺、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)等組成。車底巡檢機(jī)器人系統(tǒng)采用先進(jìn)的雙臂機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、圖像識別技術(shù)、激光SLAM(即時(shí)定位與地圖構(gòu)建)技術(shù)、全自動(dòng)化智能分析定位檢測技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)，模擬人工作業(yè)方式對車輛底部、轉(zhuǎn)向架等可視零部件進(jìn)行靈活多角度的自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)車底設(shè)備故障的自動(dòng)識別、準(zhǔn)確定位及采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送;通過后臺數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)，自動(dòng)分配巡檢任務(wù)、主動(dòng)告警缺陷;采用云計(jì)算方式對運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析;利用一定的預(yù)測算法表征潛在故障，建立各個(gè)設(shè)備生命周期曲線;通過設(shè)備生命周期曲線實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)測性判斷，為各級人員決策提供數(shù)據(jù)支持。

3車底巡檢機(jī)器人功能分析

杭州地鐵5號線五常車輛段自2020年1月投入使用車底巡檢機(jī)器人以來，通過前期一年多的數(shù)據(jù)積累及算法模型優(yōu)化，該型機(jī)器人的各項(xiàng)檢測功能都達(dá)到了預(yù)期效果，特別是在缺陷識別方面，準(zhǔn)確度達(dá)到100%。主要應(yīng)用功能如下:車輛編號識別。通過OCR(光學(xué)字符識別)、二維碼等位于車底的標(biāo)志物視覺識別方式，可自主識別待檢車輛車號，并自動(dòng)將巡檢結(jié)果記錄在該列車的檢修檔案中。如當(dāng)列車隨機(jī)停車，停車位置不確定時(shí)，可自動(dòng)確定檢測的起始位置。自主移動(dòng)巡檢。利用既有的車底坑道，無需鋪設(shè)軌道即可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、自主定位的移動(dòng)檢測，無需人工干預(yù)。通過自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)及提升機(jī)裝置，可實(shí)現(xiàn)一臺車底檢測機(jī)器人檢測多條坑道的目的，從A道到路面再到B道的轉(zhuǎn)換過程也無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了高效流轉(zhuǎn)使用。雙機(jī)械臂協(xié)同作業(yè)。通過兩套六軸機(jī)械臂完全模擬人手臂操作可將關(guān)鍵部件檢測模塊伸入到轉(zhuǎn)向架內(nèi)部，甚至可伸入到人工檢測無法到達(dá)的位置?？蓪﹃P(guān)鍵部位進(jìn)行多角度抓拍掃描，生成完整的三維圖像信息，并通過特定識別算法實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部位故障識別。雙機(jī)械臂的效率是人工檢查的兩倍。車底缺陷識別。車底巡檢機(jī)器人能夠統(tǒng)計(jì)10大類缺陷的檢測內(nèi)容，覆蓋單列列車超過5000個(gè)檢測點(diǎn)位。①零件缺失識別:主要能識別螺栓、線夾、接地線、堵頭等是否缺失;②位置狀態(tài)檢測:主要能對螺栓松動(dòng)、車鉤狀態(tài)、閥門位置狀態(tài)、柜門及鎖止裝置復(fù)位、油位等進(jìn)行檢測，如圖2所示;③零件表面狀態(tài)檢測:主要包括橡膠件鼓包檢測、銹跡檢測、油脂滲漏檢測、管路擦傷檢測、油色檢測、溫度標(biāo)簽檢測等，如圖3所示;④異物檢測:實(shí)現(xiàn)對各類異物的檢測，如牽引電機(jī)格柵異物檢測，如圖4所示;⑤縫隙尺寸識別與有效測量:能有效進(jìn)行閘瓦厚度與踏面間隙的測量及機(jī)械結(jié)構(gòu)表面裂紋的測量，精度可達(dá)0．2mm，如圖5所示。缺陷點(diǎn)智能定位。機(jī)器人在自主巡檢過程中，識別到缺陷點(diǎn)后，能夠準(zhǔn)確定位并描述該缺陷點(diǎn)所在的車輛和設(shè)備位置，并標(biāo)記缺陷部件名稱，通過通知或列表的方式告知運(yùn)維人員故障準(zhǔn)確位置，并傳回故障點(diǎn)圖片。通過現(xiàn)場人工多次復(fù)測，其定位精度可達(dá)5cm。機(jī)器人本體在坑道內(nèi)及坑道間的自然無軌移動(dòng)和導(dǎo)航定位激光云點(diǎn)圖如圖6所示。后臺數(shù)據(jù)管理。車底巡檢機(jī)器人系統(tǒng)具有自動(dòng)生成設(shè)備缺陷報(bào)表、巡檢任務(wù)報(bào)表等功能，同時(shí)后臺能夠?qū)?shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對并自動(dòng)生成分析報(bào)表［5］，具有分類統(tǒng)計(jì)、管理檢測數(shù)據(jù)，以及查詢、打印所有報(bào)表的功能?？筛鶕?jù)檢測數(shù)據(jù)分析結(jié)果定制檢測任務(wù)，支持操作人員手動(dòng)設(shè)置機(jī)器人檢測、復(fù)檢任務(wù)，可對重點(diǎn)區(qū)域及歷史出現(xiàn)過缺陷或有缺陷趨勢的檢測點(diǎn)進(jìn)行復(fù)檢。自動(dòng)充電。巡檢任務(wù)完成后，車底巡檢機(jī)器人可自行駛?cè)胫付ǔ潆妳^(qū)進(jìn)行充電;或當(dāng)電量低自身報(bào)警發(fā)出充電指令時(shí)，機(jī)器人充電連接器可與地面充電裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)連接并開始充電。充電完成后，機(jī)器人自動(dòng)與充電裝置斷開，進(jìn)入待命狀態(tài)。整套裝置最大特點(diǎn)是，在整個(gè)充電過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化和自動(dòng)化，無需人工看管。

4車底巡檢機(jī)器人的應(yīng)用情況分析

杭州地鐵5號線五常車輛段車底巡檢機(jī)器人2年多的應(yīng)用表明:系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能對列車底部、轉(zhuǎn)向架等可視零部件進(jìn)行靈活多角度的自動(dòng)檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)車底設(shè)備的準(zhǔn)確定位和故障的自動(dòng)識別，可將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到后臺系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。其應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾方面:簡化檢修流程。原人工檢修的流程為:調(diào)度派單，檢修人員攜帶勞動(dòng)防護(hù)用品及工器具做準(zhǔn)備，前往DCC(車輛段控制中心)請點(diǎn)，肉眼觀察方式現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)問題手動(dòng)拍照及手寫臺賬記錄故障，巡檢完畢后在電腦錄入故障工單，再前往故障點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，回工班關(guān)閉工單后再前往DCC銷點(diǎn)等。使用車底巡檢機(jī)器人將復(fù)雜流程轉(zhuǎn)換為自動(dòng)生成巡檢任務(wù)、自動(dòng)巡檢、自動(dòng)復(fù)檢、自動(dòng)錄入故障并上傳、自動(dòng)生成巡檢報(bào)告等全自動(dòng)方式，簡化了巡檢流程，解放了人員生產(chǎn)力，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。提升檢修效率。完全由車底巡檢機(jī)器人代替檢修人員進(jìn)行車底檢查，實(shí)現(xiàn)了“人檢”方式向“機(jī)檢”方式的轉(zhuǎn)變。原人工巡檢1列6輛編組列車車底的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為40min，人工巡檢客室需要20min，而機(jī)器人巡檢車底加巡檢客室只需25min，工作效率提高58．3%。車底人工普查費(fèi)時(shí)費(fèi)力，現(xiàn)可通過機(jī)器人查詢前一天車底部件的歷史狀態(tài)，普查效率提升90%以上。提高檢修質(zhì)量。人工巡檢采用人員手持手電筒照射+肉眼觀察方式，機(jī)器人巡檢方式為雙機(jī)械臂攜帶激光攝像靈活轉(zhuǎn)動(dòng)近距離自動(dòng)拍攝識別檢查，可對關(guān)鍵部位進(jìn)行多角度檢測。機(jī)器人通過系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、高清圖像自動(dòng)對比精準(zhǔn)分析確認(rèn)故障點(diǎn)，目前已發(fā)現(xiàn)肉眼無法識別的隱性故障幾十起，占總故障數(shù)的30%，經(jīng)人工復(fù)核發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確率達(dá)到99%以上。車底巡檢機(jī)器人可有效提高巡檢質(zhì)量、消除列車安全隱患。增強(qiáng)作業(yè)和人員安全。①降低了漏檢漏修風(fēng)險(xiǎn):轉(zhuǎn)向架上部側(cè)面、部分關(guān)鍵部位的隱形故障人眼無法發(fā)現(xiàn)，再加之夜間作業(yè)、工作量大、極易疲勞，漏檢情況時(shí)有發(fā)生。使用車底巡檢機(jī)器人后，車底巡檢目標(biāo)物覆蓋率達(dá)100%，全覆蓋、無死角、不受環(huán)境因素影響，漏檢率為0，且能對關(guān)鍵重點(diǎn)部位進(jìn)行多角度抓拍，有效降低了漏檢漏修的風(fēng)險(xiǎn)，避免列車“帶病”上線運(yùn)營。②降低了人員安全風(fēng)險(xiǎn):采用人工檢修，夜間在地溝巡檢極易發(fā)生碰撞、摔倒、觸電等安全事故。機(jī)器人巡檢期間，未發(fā)生一起安全事故，大大降低了巡檢安全風(fēng)險(xiǎn)。降低成本。①降低檢修人力成本:日檢30列列車，采用人工巡檢時(shí)，1個(gè)班組需配備10～12人;現(xiàn)采用機(jī)器人巡檢，1個(gè)班組只需配備5～6人，人力成本降低50%。除此之外還可減少數(shù)據(jù)錄入、統(tǒng)計(jì)、分析及紙質(zhì)臺賬檢查的人員。②降低了管理成本:由于可自動(dòng)生成設(shè)備缺陷報(bào)表、巡檢任務(wù)，可對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)并生成分析報(bào)表，因此，可通過規(guī)范的數(shù)據(jù)管理方式開展有效的工作責(zé)任追溯，使工作人員責(zé)任心更強(qiáng)，從而降低了管理成本。實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維。采用“機(jī)檢”方式，能對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)收集和分析處理，并通過共性問題提煉、典型故障總結(jié)，提出預(yù)防措施，進(jìn)而提升作業(yè)小組的技能水平，為列車安全運(yùn)營提供科學(xué)依據(jù)。原人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析故障方式轉(zhuǎn)換為后臺系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)對比自動(dòng)生成分析報(bào)表方式，實(shí)現(xiàn)了列車智能運(yùn)維。

5結(jié)語

采用地鐵車輛車底巡檢機(jī)器人順應(yīng)地鐵智能運(yùn)維發(fā)展的要求，是實(shí)現(xiàn)從“人檢人修”邁向“機(jī)檢人修”的重要一步，可有效解決傳統(tǒng)車輛檢修作業(yè)中作業(yè)質(zhì)量難以把控、作業(yè)效率較難提升等問題。用“機(jī)檢人修”逐步取代傳統(tǒng)的“人檢人修”，既解決了檢修過程中人員狀態(tài)不佳和經(jīng)驗(yàn)不足的問題，又解放了生產(chǎn)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，提高了安全性和檢修效率。車底巡檢機(jī)器人可在列車通電狀態(tài)下工作，可實(shí)現(xiàn)全時(shí)段不間斷檢測，而且機(jī)器人人機(jī)界面親和、易操作，檢測數(shù)據(jù)更全面、更精準(zhǔn)。隨著智能運(yùn)維的不斷發(fā)展，機(jī)器人的檢測手段會不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，檢測方式將更加可靠，在城市軌道交通領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。

作者:李林鋒 單位:上海申凱公共交通運(yùn)營管理有限公司