傳統人工巡檢普遍存在工作效率低、勞動強度大、人員不足、環境惡劣等問題，在巡檢效率和企業效益提升方面存在諸多問題。
隨著人工智能技術、自動識別技術和機器人產業的快速發展，智能巡檢機器人不僅可以減少人力消耗和技術難題，還能準確提供檢測精度，逐漸發展成為“與人工巡檢并駕齊驅”的巡檢“ 新模型。
今天，就讓我們聚焦“巡邏機器人”這個細分領域，從架構的角度分析一下它的現狀和未來的發展方向。
巡檢機器人現狀
巡檢機器人屬于復合型機器人，即集移動機器人和通用工業機器人功能于一體的機器人。
上圖中的聯想晨星機器人X1就是一個例子。 它由一個輪式機器人串聯一個手臂機器人和一個感知系統組成。 聯想晨星機器人Q1由腿式機器人、串臂機器人和感知系統組成。 相對于AGV/AMR和機械臂的單一功能，結合了兩者的特點，更加靈活。
巡檢機器人市場前景廣闊，潛力巨大，尤其是在人工成本逐漸上升的情況下。 在危險、惡劣的作業環境下，許多企業迫切需要用機器人來代替人工巡檢作業。
雖然處于藍海階段，但不能否認巡邏機器人市場還不成熟，沒有形成市場規模，需求多樣，導致非標項目多，量產產品少。
那么問題是什么？
① 沒有統一的行業標準，巡檢機器人廠商做的五花八門，各家都在建立自己的生態鏈。 相互壁壘很深，導致機器人與調度系統、巡更管理系統深度綁定，難以相互交叉混用；
② 沒有真正抓住客戶的痛點，考察目前運營機器人的市場，部分廠家距離客戶較遠，無法真正觸及客戶的痛點，造成大量的人力物力，創造出來的產品不能真正解決用戶的問題；
③整合困難。 需求多種多樣，檢測應用也多種多樣。 這些需求很難用一個產品來覆蓋，導致很多非標準的需求，增加了集成的難度；
④缺乏標準化產品，由于前面原因的存在，巡檢機器人很難標準化成量產產品；
⑤技術有待提高，智能化不足。 巡檢機器人在巡檢監控、自主管理、調度管理等方面實現全智能化還有很長的路要走；
⑥通過性和穩定性有待提高。 目前腿式機器人和輪式機器人的通過能力都有限，很多場景無法正常工作； 并且因為大部分巡邏機器人都沒有，長期沒有經過系統的測試和優化，最終導致產品穩定性不夠；
⑦成本居高不下。 巡檢機器人包含多個控制器主機，資源浪費嚴重，材料成本高，研發成本高。
這些問題大多直接或間接地與軟件系統相互影響，因此軟件架構的優化將非常有利于解決上述一些長期存在的問題。
目前巡檢機器人的結構大致如下：
運動控制主機：腿式、輪式機器人或手臂機器人的運動控制系統；
智能識別系統：在巡檢作業中，負責監測被檢物體的狀態；
智能感知主機：巡檢機器人的中央邏輯處理模塊；
機器人調度系統：負責對所管轄的機器人組進行調度；
巡檢管理系統：負責定義巡檢規則和巡檢對象。
接下來我們對關鍵模塊一一進行分析。
1個
運動執行模塊
雖然實現方式完全不同，但無論是輪式機器人還是腿式機器人，都可以抽象為幾個部分：控制器系統+驅動+電機。 因此，無論是腿式機器人還是輪式機器人，都可以抽象出相同的接口供智能感知系統調用。 因此，運動控制模塊和智能感知系統可以相互獨立，不耦合，符合模塊化設計思想。
如下圖，足式機器人或輪式機器人的ROS Node向下調用SDK，向上暴露標準的geometry_msgs::msg::Twist消息供其他ROS程序調用。 由于該模塊目前的設計比較科學，以后還會繼續沿用，這里不再贅述。
2個
感知系統
感知系統是巡檢機器人的大腦，接收來自外部各種傳感器設備的輸入，然后進行各種邏輯和算法處理，輸出相應的決策給執行機構，這與我們大腦的工作方式非常相似。
感知系統的設計，現在主流是使用ROS系統。 ROS系統本身就是一個非常優秀的機器人操作系統，其自身的模塊化和擴展性，以及外圍接口的抽象性都非常好。 因此，借助ROS系統的優勢，我們可以專注于感知系統的內部邏輯和算法設計，而不必投入過多的精力去應對設備間數據交互的外設或通信協議的變化。 從而大大提高了開發效率和功能模塊的復用性。
感知系統的架構如下圖所示：
盡管 ROS 是完美的，但它也有一些缺點。 比如從ROS1過渡到ROS2后，原來ROS1開發的代碼不能繼續使用，存在兼容性問題。
在以后的架構設計中，需要考慮到以后ROS版本變化時，盡量避免因為兼容性問題需要重寫核心軟件模塊的問題。 因此，我們在設計ROS代碼時，可以將核心功能封裝到非ROS Library的庫文件中。 因此，當ROS版本變化較大時，只需要修改ROS模塊，而這些Library庫文件都不需要修改，提高了代碼的復用性和穩定性。 其結構如下圖所示：
3個
上層標準通訊協議
目前巡檢機器人廠家很多，但都沒有標準的通信協議。 因此，每臺機器人的對外通信接口都是專有協議，這將導致不同廠商的機器人無法互換。 對于客戶來說，這意味著如果購買A品牌的巡更機器人，需要整體購買該品牌的調度系統A和巡更管理系統A。
另一方面，對于巡檢機器人廠商B來說，如果要銷售自己生產的機器人B，就必須提供調度系統B和巡檢管理系統B。由于A和B之間的產品不能混用，所以每個廠商都需要重新發明輪，這無疑增加了各品牌之間的壁壘，也阻礙了巡檢機器人的量產化和標準化。
未來，如果能夠制定統一的巡檢機器人標準協議，吸引各類巡檢機器人加入并遵守協議，那么這個問題將從根本上得到解決。
但是，在不確定未來機器人將采用什么協議作為標準的情況下，在設計巡檢機器人的未來架構時，需要在外部通信接口和感知上的邏輯算法模塊之間增加一層協議抽象系統，以便未來快速適配不同的協議。
4個
視覺智能檢測模塊
在巡檢機器人架構中，視覺智能檢測也是一個非常重要的模塊，負責對檢測到的物體進行分析判斷，并將分析結果反饋給巡檢機器人的主控制器。 由于視覺智能檢測系統是一個相對獨立的模塊，通過網絡與巡檢機器人主控進行通信，在架構上相對獨立。
未來主要從兩方面優化架構。
- 視覺智能檢測模塊與機器人主控之間沒有標準協議，因此在未來的軟件架構中可以對視覺智能檢測的對外接口進行抽象和隔離，不影響機器人主控系統的功能巡檢機器人；
- 從成本角度考慮，未來可將視覺智能檢測系統部署在機器人主控器上運行，節省工控機成本。 因此，在軟件架構設計中應考慮兩個系統運行環境的兼容性和CPU資源的分配。
5個
調度系統
通常在一個應用場景中，會有多個巡檢機器人同時工作，所以調度系統就像軍隊的指揮官，充當軍隊的指揮官，協調各個機器人的調度指揮，完成各種任務。任務。
在整體結構中，調度系統位于巡更系統和機器人之間。 向上與巡更管理系統數據交互，向下與巡更機器人交互。 因此，調度系統的對外接口也需要有一個標準的協議。 問題。 否則，如果底層巡檢機器人更換為其他品牌，或者巡檢管理系統變更時，會導致無法與調??度系統正常通信。
因此，在設計調度系統未來的架構時，需要對其向上和向下的接口進行抽象，有兩個目標
- 調度系統支持無縫接入其他品牌機器人，即只要符合標準行業協議的機器人，都可以通過調度系統進行調度；
- 由于未來調度系統和巡更管理系統之間有一個標準的接口，未來調度系統可以無縫連接到其他品牌的巡更管理系統。
這樣巡檢管理系統、調度系統、機器人不再綁定，而是相互隔離，支持任意品牌產品的混裝。
6個
巡更管理系統
巡檢系統的主要職責是創建巡檢任務、設置巡檢規則、記錄查看、對巡檢結果進行總體處理，同時也具有巡檢機器人狀態顯示的功能。
未來的巡檢系統應該是一個集成了各種操作角色的完整系統，比如巡檢員、部署員、高級管理員等角色。 以部署員或高級管理員身份登錄時，用戶可以直接設置調度系統或機器人。 當然，在巡檢管理系統的技術路線上，還是會選擇web方式。
對元宇宙、AI眼鏡等技術的支持也將成為巡檢管理系統的主要功能。 未來，用戶可以身臨其境地查看檢查對象。 隨著元宇宙的興起和技術的普及，這將是未來的趨勢。
總結
巡檢機器人作為一種智能復合機器人，還處于高速發展階段，技術更新迭代速度會非?？?。 在設計和優化其架構時，需要綜合考慮機器人的成本、穩定性、兼容性、可擴展性等因素，使其能夠靈活適配和兼容未來新的技術路線。
①融合：未來巡檢機器人可能會進入家庭生活場景，所以在未來的架構設計中，需要考慮與物聯網產品的融合；
②安全：“安全”將成為未來巡檢機器人的重要指標。 無論是在生產還是生活場景中，都必須完全保證其安全性和可靠性。 在未來的架構設計中，需要充分考慮安全因素；
③元界的一部分：隨著元界的興起，巡檢機器人將與元界完美配合，在未來的架構設計中需要預留與元界通信的接口；
④綜合性：腿式機器人、輪式機器人、機械臂，甚至雙足機器人未來都需要不斷提升性能和操作能力交叉足機器人，這樣巡檢機器人的綜合性能才會更強；
⑤ 配置方便，即插即用：如果每臺機器人都需要專業人員操作，將無法進入普通消費市場；
⑥穩定性：不言而喻，這將是未來設計中長期努力的方向；
⑦智能化：未來機器人需要具備自主管理、自主學習、與人交流、自主決策的能力，即智能、深度學習等技術將在未來機器人中占據比較重要的地位。未來建筑；
⑧接口標準化：各品牌機器人需要相互兼容交叉足機器人，相互替代。 因此，在架構設計中需要為未來的標準化接口做抽象準備；
⑨低成本是趨勢：在未來的架構設計中，需要精簡冗余功能，通過合理的架構節省CPU等硬件資源，可以降低部分成本。
當然，優秀的架構沒有一勞永逸的，一切都需要在實際項目中不斷測試、優化和改進。 但是只要方向對了，未來我們的巡檢機器人會越來越成熟，到時候真正實現人機協作，用機器代替人來完成各種工作。
