5G+智能化安防巡检机器人解决方案

巡逻机器人产品介绍

一．行业现状描述

随着科技的不断发展，工业化与信息化的结合日益紧密。工业自动化技术作为现在很多企业生产的核心应用正在不断被广泛拓展到各个领域。其中，高危产业尤其是涉及到易燃易爆危险品生产、仓储环节的作业环境，对自动化与智能化的技术需求已经远远超过了其自身的发展速度。

在我国，应用先进的工业自动化技术优化调整传统工业结构和产业升级，对提高国民经济效益、增强综合国力有着重要的现实意义。具体到高危产业中，还有提高安全性，效率性，保障工作人员生命安全、减少相关损失等巨大作用。因此，以自动化、智能化为核心的巡检机器人作用在有些环境下替代人工则一定会成为未来部分领域的主流发展趋势。

二．行业痛点

1.人工巡检效率低下

目前危化企业大都由巡检人员通过目视或嗅觉等方式巡检，这种在危化企业现场不仅劳动强度大，工作条件艰苦，而且由于人员素质参差不齐，漏检误检事件时有发生，使得巡检效率及其低下。

2.设备故障异常情况难以查明

如精密仪表盘、管道泄露的有毒气体、设备细微处的跑冒滴漏异常情况，这些仅靠人的视觉嗅觉都难以查明，更何况受各方面条件制约，现场情况很难作出及时判断；

3.人身安全不能得到保障

在危化企业生产环境具有高温、高压、腐蚀性强、易燃、易爆和易中毒等特点，巡检人员进入这种环境进行巡检自身的安全不能得到很好的保障

4.受恶劣天气影响较大

人工巡检受天气影响较大，更不可能24小时全天监测，尤其遇到恶劣环境的时候，人工只能显得异常无力；

三．建设目标及建设原则

随着城市化的加速发展，安全部门对于安全要求也日益提高，对于设备管理、人员管理、巡检管理等要求实现实时化、规范化、可视化、科学化、自动化、智能化、数据化。项目的建设目标是使企业管理者能够清晰的通过使用机器人巡检管理系统实现对巡检人员巡检状态的监督，保证各项工作按要求落实到位，精准掌握人员巡查设备的运行情况，实现通过系统平台可查看巡检机器人的巡检情况，通过与业务系统融合，对回传的数据进行分析、处理、统计，为管理者提供一个科学，准确的考核依据。

建设原则如下：

■可靠性：系统可保证长期安全的运行；

■安全性：系统具有必要的安全保护和保密措施；

■可扩充性：系统的软硬件具有扩充升级的余地；

■实用性：采用成熟而实用的技术，使系统满足用户业务需求；

■易操作性：贯彻面向最终用户的原则，使用户操作简单直观。

四．巡逻机器人主要构成

（1）整体介绍

巡逻机器人是基于3D导航系统和视觉分析的机器人，提供巡逻，预警发送，预警处理，数据分析的整体解决方案。通过基于3D激光的导航系统，导航精度达到厘米级（±5cm），并具备优秀的地形适应能力和避障功能，以及无人值守和自主充电功能。通过各类传感器和基于视觉处理的检测算法，巡逻机器人可监测火灾，人脸识别，异常情况识别等多种业务场景。

（2）巡逻机器人系统框架

巡逻机器人系统框架

巡逻机器人系统分两层体系架构分别为车载子系统、本机监控后台。车载子系统通过局域网与本体监控后台进行数据、图像、视频等交互，车载子系统进行任务下发、状态监控、远程遥控及数据管理。

（3）巡逻机器人外形

智能安防巡逻机器人主体由3D激光传感器、水平360°旋转云台、星光级相机、红外热成像仪、360°无死角监控摄相机、超声传感器、光电传感器、安全触边、机器人核心控制机箱、底盘模块等核心设备和其它辅助设备组成，图中标记了主要设备所在位置。

巡逻机器人主体结构图

机器人底盘模块由驱动轮和万向轮两个模块组成，支持最高2.0m/s的直行速度,底盘驱动模块具有自身短路、断路、通讯实时监测功能，发生异常时自动停车并能上报错误状态。结合3D激光雷达导航全面覆盖的特点，真正的做到在特殊复杂环境中检测无死角。通过理论力矩计算、动力学仿真及电机、减速箱和定轴齿轮的传动设计，通过差速控制，可实现原地转向，模拟环境越障、越沟、爬坡试验同时通过高低温、振动等环境可靠性试验，用来验证底盘驱动单元的各性能指标，进而确保巡逻机器人在户外全天候的运行。

巡逻机器人轮胎采用高耐磨、高弹性的车用轮胎，最大限度地保证了轮胎的耐磨性，增加巡逻机器人的使用率和工作效率，并通过合理的安装结构设计，保证轮胎具有较好的使用性能，从而适应草地、水泥路及碎石路等不同路况。

②3D激光传感器

3D激光传感器用于机器人扫描周围环境，激光安全等级为1级用眼安全，最大测程可达150m；垂直视场角30°（+15°~-15°），水平视场角250°；采用3D实时扫描的工作方式，扫描周围环境，生成3D版的电子地图。

③一体化云台

云台用于控制高清摄像头与红外热像仪在巡检过程中的拍摄角度，该云台设备为水平方向型云台，支持水平方向360°旋转，垂直方向±90°活动。

④可见光相机

云台自带的高分辨率可见光摄像机，分辨率1920*1080@30fps，支持红外夜视，32 倍光学变倍，16 倍数字变倍。支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿、宽动 态、3D 数字降噪、日夜转换支持透雾、强光抑制。

⑤红外热像仪

红外热像仪最大原始分辨率 640×512 ，测温范围为-10℃-180℃，支持实时单点测温、多点测温、温度报警、温度实时分析、历史温度查询等功能。

⑥全景相机

360°全景监控使用四个大广角相机，分辨率1920*1080@30fps，支持红外夜视。

⑦开关按钮

机器人体外硬件开关按钮有急停开关，

按下急停开关按钮可以强制停止机器人运动，拍下后会语音提示；

SOS开关可暂停机器人机器人运动，并在后台形成报警信息。

⑧声音类设备

机器人采用双工的语音对讲方式，内置高灵敏度麦克风；机器人对讲模块可以由机器人本体发起请求后，后台客户端可随时打开、关闭该功能，与机器人身边实现实时对讲。

⑨工作指示灯

■减速灯：机器人底盘外壳后部左右各安装一个减速灯，当机器人检测到障碍物或到达任务点减速时，后部减速灯会亮起。

■照明灯：机器人底盘外壳前部左右各安装一个照明灯，不仅可以起到照明的用，也可作为示廓，保护机器人本身的安全和他人的安全。

■红黄灯：在巡逻的过程中可以通过红黄灯作为警示作用，同时在报警、开关机时可以同时作为指示灯。

⑩自主充电装备

自主充电装置用于机器人进行自主充电，装置有正负极触头，当成功充电后，充电指示灯会变绿。

机器人有无线充电功能，可以更大范围保障人员安全。

还可以进行手动充电，使用手动充电器直接连接巡逻机器人的充电口进行充电。

⑾动力系统

巡逻机器人采用动力锂电池，电池容量为100Ah，标称电压24V。电池具备电量检测功能、过放保护功能。自主充电功能，基本需求：

续航时间：大于等于8h；

充电时间：小于等于4h；

使用寿命：0-100%充放电2000次；若一天运行16h，电池可持续使用1000天约2.5年。

⑿电池

巡逻机器人选用电池为磷酸铁锂电池，电池性能均衡，安全性、容量、功率输出以及使用寿命方面没有明显短板。巡逻机器人的电池包裹在金属制外壳中。发生碰撞或者巡检时偏轨跌落都不会使电池变形或者被异物刺入，普通的撞击和震动并不会引发安全性事故。而电池组保护板拥有短路保护功能，一旦外部线路发生短路保护板会立刻切断电池输出，即使保护板失效，保险丝也会熔断切断输出。因此在巡逻机器人的运行工况下，可以解决外、内部短路带来的安全性问题。

同时，巡逻机器人充电系统有充电器最高输出电压限制，电池保护板过压自保护以及下位机程序充电电压阈值设置三重保护，可以避免过充。

（3）机器人应用平台

巡逻机器人客户端平台的作用是方便地使用智能巡逻机器人。该平台需要人机界面友好、操作方便、信息显示清晰直观等一系列的功能，包括编辑实时或定时巡检计划、下发巡检任务、监控巡检过程、形成巡检报表、查看历史巡检数据、远程遥控巡检机器人等。

①实时监控界面

实时监控界面，主要功能是在机器人处于巡视状态时，查看机器人当前的位置、巡视的路线、巡视过程中实时的高清和红外视频、巡检过程中实时的巡检结果等信息。

②巡视计划界面

巡视计划界面，主要功能是编辑巡视任务、制定巡视计划、下发常规巡视任务和查看巡视任务，该界面主要包括了任务安排和任务编辑两大部分。

4.巡查线路、内容规划

根据现场巡检内容、需求对路径进行规划，实现整个总部区域区域的全覆盖。

（1）巡查线路

区域预设巡检线路图

（2）巡逻频次规划

巡逻路径全长约1.5--2km，机器人以平均1m/s的速度在园区运行（弯道自主减速），预设20个点位定点识别，全程巡逻时间30分钟左右，全天固定巡逻18次，巡检频次规划如下：

上午9:00--10:30，巡查3圈；

下午15:00--16:30，间隔巡逻3圈；

晚上18:00--20:00，巡查4圈；

晚上24:00--04:00，连续巡逻8圈。

（3）网络布置

机器人兼容多种网络传输方式，包括4G、5G、WLAN等多种方式实现，网络连接图如下：

机器人网络示意图

（4）安全防护功能

机器人安全防护模块共有远距离激光防护，短距离超声防护和零距离碰撞停障三级防护体系配置，用于确保机器人在巡逻过程中与周边环境保持相对安全的距离，以避免伤害与被伤害。

3D激光防护距离为150米，在150米范围内的物体均会被3D激光进行记录。

超声防护的警界范围为20cm～30cm，在该范围内出现障碍物时机器人开始减速，机器人底盘停止运动。当识别到在巡逻路线上存在障碍物且不能安全通过时，能自动停车并报警。

若机器人已经撞到障碍物，碰撞开关闭合，底盘立即停止运动。巡逻机器人在行走过程中遇到障碍物能及时停止，在全自主模式下障碍物移除后能恢复行走。

（5）自主/手动巡逻功能

巡逻机器人能够按照预先设定的路线和停靠位置进行自主行走和停靠，基于3D激光的自主定位导航算法结合高性能的全地形底盘，为定位导航精度提供保障，且定位误差≤±5cm。

巡逻机器人支持全自主巡逻和遥控巡逻两种模式。全自主巡逻模式包括例行和定点巡逻两种方式。管理人员可根据巡逻需求进行排班，例行巡逻方式下，系统根据预先设定的巡逻内容、时间、周期、路线等排班信息，自主启动并完成巡视任务；当遇到临时巡逻任务或需要加强某重点区域巡逻可进行定点巡逻操作，由操作人员选定巡视内容并手动启动巡视，巡逻机器人可自主完成巡逻任务。

手动巡逻由操作人员手动遥控巡逻机器人，完成巡视工作。

（6）自主充电功能

巡逻机器人具有自主充电功能，能自动开启、关闭充电功能，并与充电座配合完成自主充电。

（7）网络通讯功能

巡逻机器人能与本地监控后台进行双向信息交互，本地监控后台能与远程控制后台进行双向信息交互，信息交互内容包括检测数据：实时环境监测视频、巡逻事件、报警事件图片及视频信息等和机器人本体状态数据：轨迹、自身位置、运行状态、电池余量等。

系统具备通信告警功能，在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，上送告警信息。 巡逻机器人能正确接收远程控制后台的控制指令，实现云台转动、车体运动、自动充电和播放导览信息等功能，并正确反馈状态信息；正确检测巡逻机器人本体的各类预警和告警信息，并可靠上报。系统能提供信远程数据访问接口，支持远程浏览系统采集到的巡逻数据和信息。

（8）夜间巡视功能

为了提升夜间安全巡逻质量，机器人云台搭载星光级相机和红外热成像仪，确保夜间昏暗环境下的可视化效果，同时云台支持水平方向360°旋转，全方位保障夜间安全。

夜间巡视

（9）火灾监测功能

红外热像仪扫描过程中，发现不应当存在高温的环境中，检测到存在高温点的情况后即触发报警。可有效预防火灾，及时发现并制止园区吸烟行为，如图所示。

巡逻机器人在巡检任务中可配置火灾检测功能。当火灾检测功能开启，红外热成像检测设备实时监控视野内的温度，当检测到温度超过预设阀值时，触发火灾报警；巡逻机器人在巡检任务中可配置定点温度检测功能，如对园区垃圾桶温度检测、建筑物，空旷区域吸烟检测等。当机器人行驶至该点，云台转向固定预置位，检测视野内的温度，当检测到温度超过80℃（可配）时，触发危险报警并提示后台安保人员。

火灾检测

（10）全景监控功能

机器人可通过自身搭载的四路大广角相机实现360°全景视频监控，在网络通讯带宽允许的条件下实现实时视频回传，视频回传模式采用的是机器人定向实时向指定后台传送，而非后台主动双工形式访问机器人平台抓取，杜绝了由机器人系统网络平台带来安全隐患的可能性，同时又方便后台客户实时查看机器人摄像头中的实时视频信息.

（11）定时开关机功能/开关录像功能

机器人在进入充电房并关上充电房门后，可以自主关闭录像，待充电完成后自主关机。

机器人需要工作时自主开机，打开充电房门后自主打开录像功能

五、产品性能

通过开展巡逻机器人技术应用研究，实现视频、图像、红外传感器等自动识别和异常自动报警，生成智能分析综合后的巡查结果，提高现场管控质量和运维效率。

（1）其主要性能参数见下表。

产品性能参数

（3）.充电桩

♦充电桩尺寸

充电桩自主充电占地面积至少为3m*3m。

充电桩配电要求（220V，AC220V 推荐使用2.5平方毫米以上线缆）

♦充电桩安装固定方式

使用地脚螺栓进行固定。

♦机器人自身充电触头与充电桩接触，充电桩朝向需要有明显的特征点（侧面有一堵墙或者类似物体为最佳情况），提高机器人自主充电的准确性。

（1)机器人自主充电桩

五．机器人平台功能

巡逻机器人是融合服务机器人和天巡号现有成熟技术，安保巡逻功能来自于天巡号，交互功能来自于服务机器人。应用于机场、车站、博物馆、会场、社区的巡逻机器人，兼顾室内和室外使用，具有一定人机交互能力，主要负责安保巡逻任务。操作使用方便，部署系统要灵活，占用空间小，配置丰富，提供多种选配方案，亲民的外观，并且可以连续7*24小时工作的能力，具有高性能的运动平台。并且具有基于激光雷达、深度视觉、超声波传感器和红外传感器的自主导航系统，可以选配差分GPS模块，可以实现对工作环境进行地图构建、实时定位、自主巡逻、安全避障和自动充电等功能；具备高清云台变焦摄像头、全景摄像头和各种传感器（如：温度，湿度，烟雾、气体等），可以对环境、关键监控点及人群进行实时和有效的监控，监控数据存储本地和实时上传；具备人脸识别系统，可以抓拍人脸进行比对或者上传至控制中心；具备远程无线通信功能，可以实现后台人员在远程对机器人进行远程监测，视频储存，手动操作，远程视频对讲和路径规划等功能。

巡逻机器人解决方案凭借领先的机器人技术、人工智能技术、物联网等种技术实现了以下功能：

（1)自主巡逻、治安侦查：360°全方位无死角监控，采集多维信息、适应复杂环境、全天无休。甄别排查，自主判断异常情况，记录并向后台报警；也可根据街区其它监控系统的报警信息，远程操作机器人前往目标位置查看异常情况；

（2)视频识别、智能感知：街区巡逻，发现周边高温点、烟雾异常等现象，启动报警系统，通知后台前往处理，夜晚部署特定区域，发现异常及时报警；

（3)环境监测、排查隐患：巡逻机器人可进一步开发，通过视频解析，对周边环境进行判断，如地面垃圾、水管破裂、路面积水等实时反馈至管理后台，还可增加有害气体探测、空气质量探测等；

（4)提高威慑、减少犯罪：机器人可7*24小时自主巡逻，增加了巡逻密度，提高了威慑作用，有利于减少违法犯罪活动，提高群众自身安全意识；

（5)智能调度、应急指挥：特殊、紧急、突发事件预防预警、引导疏散、远程调度，应急处置，紧急救援，现场位置信息采集、现场音频视频采集，远程喊话，指挥调度。只需将机器人的巡逻路线设置好后，机器人将定时定点进行自动巡逻，巡逻中发现的问题自动记录实时上传。

（6)异常人员、警告驱离：可接入人脸识别功能，在巡逻过程中，可实时获取人脸信息与人脸数据库比对，获取人员相关信息，当发现可疑人员或可疑行为时，可即刻向后台报警，同时通过远程喊话，提醒周边人员提高警惕，对可疑份子进行驱离驱散； 

（7)智能交互、一键报警：当民众遭遇威胁或意外情况，需紧急报警或求助时，可立即按下紧急呼叫按钮，与后台系统直接连通； 

（8)多媒体播放、全方位宣传：巡逻期间可依时依位依需播放多媒体信息，法律法规，安全信息共享，提升街区安全感，构建和谐平安城市； 

（9)智慧系统、多维联动：机器人可将各种数据分发到相应的系统，跟其他系统进行联动控制等动作，如：人脸识别数据传至公安系统、火情火警及时联动火警、交通状况及时回传预报等联动动作。