安防行业的新动能—创泽智能安防巡检机器人

李翔

使用安防巡检机器人是安防行业发展的一种必然趋势。相比于人工进行安防巡检，机器人在成本、执行效率和可发展性上都具有一定的优势。目前，智能安防巡检机器人主要能够在厂区、高档小区和公共场所应用。随着技术的逐步成熟，安防巡检机器人将会更好地落地。

在2018年世界机器人大会上，除了参展商展出的各类服务机器人、教育机器人以外，还有一类机器人吸引了大家的眼球—这就是安防巡检机器人。从整个行业来看，布局安防巡检机器人的厂家已有十余家，其中包括优必选、安泽、创泽等机器人行业的领军者。

安防巡检机器人的优势

使用安防巡检机器人是安防行业发展的一种必然趋势。整个安防行业的发展历程如下：从最早期的纯人工时代，到“人工+摄像头”时代，再到现在的“人工+摄像头+机器人”时代。在这个过程中，一方面，科技的发展促进了安保行业的整体发展。另一方面，人口老龄化的加重也驱动着“机器人替人”进程的加快。也许，到21世纪中期，不再依赖人工而是依靠“機器人+摄像头”的时代就会到来。

与人工相比，采用机器人执行安防巡检任务的优势包括以下几个方面：

第一是成本。尽管实施机器人的投入较大，对于人工而言，除了支付员工固定工资以外还需要有社保、福利费等，并且对于机器人来说节假日无需放假。细细算下来，5年期的机器人平均成本甚至略低于人工的成本，而且还无需考虑离职、招聘、培训、考核等问题。并且随着机器人应用的普及，机器人的产量增加之后，机器人的成本会更低。

第二是执行效率。人工巡逻会存在很多客观限制，尤其是在夜间，巡逻人员的效率会大大降低。此外，让人工365天都保持有效的工作状态几乎是不现实的。而这些对于机器人都不是问题。

第三是可发展性。当一些新型的安防技术或者设备出现的时候，人工要掌握它需要一个学习成本，而对于机器人来说则会容易得多。并且机器人相比人工来说可以搭载更多的设备，并且随着AI技术的发展，机器人的功能将变多，能做的事情会更多，超过人工只是一个时间的问题。

安防巡检机器人的应用场景和特色功能

厂区

安防巡检机器人在厂区的应用主要有三种类型。第一种应用场景是大型粮仓。除了基本的监控巡检以外，机器人通过热成像检测粮仓各个设施的温度是否正常，并且通过无线技术与各仓的智能设备交互，以判断其是否工作正常。另外，机器人还能够通过摄像头的图像识别获取仪器仪表的信息。第二种应用场景是化工厂区。这种场景要求机器人搭载VOC检测设备，在化工厂区巡逻时，定点检测该位置是否存在危险气体超标的问题。第三种应用场景是物流园。机器人不仅可以在园区进行巡检，还可以在仓库内进行巡检。机器人通过图像识别检测货架上的货物摆放、空满状态等信息。

高档小区

对于小区而言，安防巡检机器人的应用对其环境有一定要求。一般建议将其应用在有地下车库，并且路面相对平整的小区。其工作重点主要是在夜间代替人工进行巡逻。此外，安防巡检机器人具有一键报警功能，如果遇到突发的危险状况，可以通过机器人呼叫后台，后台可以远程控制机器人来应对一些简单的突发状况。

公共场所

公共场所一般指广场或者景区等人员密集的场所。安防巡检机器人在这些场所应用时，可以监测是否有异常的人员聚集或者打架闹事件等突发状况。利用机器人搭载的一些设备可以进行简单的驱散或者喊话。某些场景要求机器人内部携带一些应急物品，如药物、消防用具等，一旦出现突发事件，工作人员可以快速地从机器人上获取到一些装备。

目前实现安防巡检机器人的主要技术

基于激光雷达的自主导航系统

目前主流的导航技术仍是基于单线激光雷达进行SLAM建图，在建立地图之后，可以按照设定路线或者学习路线的方式进行自主导航。然而，因为单线激光雷达扫描的是一个平面，平面以下或以上的物体是探测不到的，只依靠激光雷达无法达到非常完备的导航。因此，还需要配合视觉摄像头和超声波雷达以增加避障的可靠性。此外，如果是在室外较颠簸的路面，或者在环境不太适合激光导航（十分空旷或者环境类似）的情况下，还需要利用差分GPS的数据进行定位导航。

底盘运动系统

安防巡检机器人的底盘可以分为履带式或者轮式。履带式的底盘通过性更好，适合野外区域的巡检。但是目前大部分的应用场景都是铺装路面，所以市面上大部分的巡检机器人都采用轮式底盘。轮式底盘可再细分为有转向的结构和无转向的结构。无转向的底盘在转向时利用的是两边轮子的速度差，也就是差速转向。这种轮式底盘存在两个缺点：一是对路面和轮胎的磨损较大，容易留下转向痕迹;二是如果减震设计不合理，转向时容易出现跳动。前转后驱的底盘结构相对来说效果更好，前桥可以采用阿克曼转向结构，后轮采用机械差速或电差速。

防撞保护

关于巡检机器人在运行中的防撞保护，除了利用激光雷达检测障碍物以外，还需要依靠视觉系统、超声波雷达系统和防撞杆。视觉系统是依靠摄像头（布置在车前或者四周）对图像进行识别。如果障碍物处于激光雷达的检测范围之外（例如路沿石等低矮物体），则可以通过视觉系统进行判断。此外，一般的巡检机器人都会标配超声波雷达以检测是否有物体靠近。这是一种低成本的解决方案，并且可以弥补视觉系统在较差天气下效果下降的问题。部分巡检机器人上没有设置防撞杆，但是不能否认这是一种十分简单且有效的防撞手段。

后台通讯技术分析

后台通讯技术相对而言不是非常复杂，但是其对巡检机器人使用效果的影响非常大。巡检机器人需要与后台进行大量的数据传递。除了基本的控制指令外，还有大约1-5路的图像回传，因此需要非常大的带宽。目前常用的解决方案包括两种：一是采用4G路由器，使用4G信号通讯;二是对应用场地进行WiFi覆盖，采用WiFi进行通讯。通常情况下，会采用两者结合的方案，以4G作为一种备用手段，当WiFi热点信号弱的时候，可以通过4G来传输数据。目前从效果上看，当摄像头数量达到5个左右，回传高清视频时仍存在一定的问题。这主要是巡检机器人从一个热点运动切换到另外一个热点时，数据链路会存在短时的衔接问题。随着通讯技术的发展，相信该问题很快会得到解决。

机器人平台

巡检机器人平台的功能也是一个重点。除去基本的运动控制、任务控制等功能，如果只是采集图像而不进行处理，是无法完全依靠机器人进行巡逻的。这一方面还需要科技的不断进步才能达到更好的效果。从目前来看，相对成熟的两个平台应用是人脸识别和车牌识别。这两种应用都有比较成熟的第三方解决方案。此外，即便是自行开发，其训练模型也相对成熟。基于这两种技术可以去进行一些智能化的应用，例如陌生人检测、违章停车等。依靠一些搭载的传感器还可以实现更多的应用，例如热成像系统可以对物体温度或者火灾进行检测，气体传感器可以检测有毒有害气体浓度。针对不同的应用场景可以制定出不同的应用策略。

消防与紧急事件处置

作为安防巡检机器人来说，如果只能执行巡逻任务的话，其性价比较低。于是现在部分厂商在机器人上搭载了各种设备，可以执行紧急事件处理等任务。此类设备有高分贝喇叭、高亮度射灯和消防水炮等。通过这些设备可以在紧急情况下起到一定的安防功能，如驱散人群等功能。当然除了安防功能以外，还有很多应用可以进行开发。例如，现在小区虽然不提倡大型宠物的饲养，但是屡禁不止。如果宠物出现异常，在巡检中的机器人可以通过声光对宠物进行驱散。还有在部分场合下，利用消防水炮进行园林养护和外墙体清洁。此类的应用可以丰富机器人的功能，让机器人可以在不同的应用场景有更好的落地应用。

能够使巡检机器人更好地落地的新技术

基于多线激光雷达的导航方案

多线激光雷达近两年发展比较迅猛，国内也有几家在这方面比较成熟的公司，例如速腾聚创和镭神智能。由于国内公司的参与，多线激光雷达的单体成本已经降低了很多。可预见的是，多线激光雷达的方案很快会成为安防巡检机器人的主流导航方案。多线激光雷达与单线激光雷达的区别在于，多线激光雷达扫描建图形成的是一个3D地图，而单线激光雷达扫描建图完形成的是一个2D地图。因此，使用多线激光雷达将在很大程度上提升机器人在避障方面和导航方面的性能，即便遇到坑洼或斜坡路面也会有更好的适用性。

然而，使用多线激光雷达以后，其计算量是单线雷达的几何倍数。因此，计算平台较原来要提高不少，这就带来了计算平台成本的上升和功耗的增加。此外，多线激光雷达对于安装位置也有较高的要求，这对机器人的结构设计是一个不小的挑战。

视觉导航方案

基于纯视觉的导航方案还处在发展阶段，目前主要是辅助激光导航实现对物体的识别。但当AI技术发展到一定程度时，基于视觉导航的方案将是成本最低的一种解决方案。视觉导航方案已经在扫地机器人上开始应用，这是一个很好的开端。

双转双驱的底盘系统

目前巡检机器人采用的主流底盘系统是前转后驱的轮式底盘。虽然这种方案的实际效果还不错，但是仍存在一点问题——转弯半径较大。尤其是一些体积较大的巡检机器人，其转弯半径可能会达到2.5-3米。如果采用双转的结构，则可以大大减少机器人的转弯半径，并且可以以斜角进行运动，大大增加灵活性。实现双转的方案可以在设计时让前后桥都采用阿克曼的结构;也可以采用AGV的方案，使用4个独立的舵轮。舵轮在结构上会稍微复杂一点，且成本较高。因此，可以预见，双阿克曼的转向系统会被使用得更多。双驱的意思是指前后轮都可以驱动，这样设计的目的是让底盘有更好的通过性。尤其是对于采用机械差速的底盘来说，如果一个轮子悬空，则另外一个轮子可能就失去了动力。

多种传感器融合

如果想要未来的巡检机器人能够代替人工胜任更复杂的任务，各种类型的传感器是必不可少的。传感器也正在朝着智能化、集成化、小型化和多样化的方向发展。相信未来在巡检机器人上会搭载更多的传感器，其能够感知的内容也将是多层次多维度的。

边缘计算及AI技术

虽然目前的巡检机器人还达不到电影里的那種智能水平，但是AI技术是一个发展的方向。除了AI算法和运算能力的提升以外，更关键的是机器人能否具有自主判断的能力。其实这个方向可以从当前实施的安防策略来汲取经验，针对出现的不同情况来制定相应的应对策略。同时，随着AI芯片技术的发展，很多应用可以在设备端完成，也就是说，边缘计算也许会成为主流。这样一来，机器人单体的智能水平又会有飞跃式的提升。

英国科幻作家道格拉斯·亚当斯的“科技三定律”这样说：“1）任何在我出生时已经有的科技都是稀松平常的世界本来秩序的一部分;2）任何在我15-35岁之间诞生的科技都是将改变世界的革命性产物;3）任何在我35岁之后诞生的科技都是违反自然规律要遭天谴的”。由此可见，到我们的下一代的时候，我们现在觉得很神奇的技术都会变得稀松平常。虽然现在安防巡检机器人还没有大量的落地应用，但是有理由相信，未来安防巡检机器人会有非常好的发展。