面向未来：海洋油气智能机器人应用与技术需求分析

  在海洋领域，当前各类机器人已经成功地应用于水下的探测、清洁、救援和安全等不同的作业领域。但是在石油和天然气工业中，相对来说仅有少量的机器人设备用于勘探和生产，例如管道和水下生产设施的检查和维修。然而，以上提到的这些设备多是远程控制的机器人，需要用户在操作期间进行持续的远程控制。

  一个很自然而又不新鲜的想法就是在海上油气平台上采用半自主或完全自主的智能自主机器人来进行辅助作业，一方面能够降低操作生产设施所需的人力支出，另一方面大大改善安全、工作条件和生产经济性来提升了劳动力的效率。但迄今为止还没有智能自主机器人在实际海上作业环境中的成熟应用。

  海洋平台操作人员通常要花费大量的时间进行步行检查、运输和定期维护任务。如果一个能适应海洋及石业环境的智能自主机器人用于完成这些频繁但简单的任务，那么仅仅对于日常的海洋平台作业就是一个巨大的效率提升。从目前智能自主机器人的发展水平来看，可以比较顺利的完成如下任务：

  智能自主机器人能配置远程遥控或者自主模式，远程遥控模式的一个很实用的应用就是对无人平台的定期维护。采用远程操作模式可以精确操作包括阀门和操纵杆的动作，包括调节压力或流量、启动或停止特定设备等的操作。

  自主模式则可以在载人或无人平台上普遍的使用。比如机器人可用于实时检测气体泄漏，并进行第一次干预活动，如消防和关闭气阀。在这种紧急状况下使用机器人能最大限度地减少人类接触危险，来提升平台人员的整体安全性。

  以智能自主机器人的平台能力，还可以自主执行大量的按时进行检查和监控任务。这包括：

  用于海上检查的智能自主机器人可进一步配备远超人类感知能力的传感器和功能，例如通过光谱分析进行音频检测，对泵、涡轮机和平台设备的热成像和图像分析。此外，机器人还可以在恶劣的天气条件和危险的情况下工作，以弥补恶劣环境下人类无法对平台状态进行监控和维护的情况。

  智能自主机器人在海洋平台上作业有这样那样的好处，那么为什么在海洋平台上的应用水平这么低呢？这是因为智能自主机器人要想应用于海上作业环境，必须克服智能自主机器人在陆地应用中所不存在的极限挑战：

  1、 海洋平台上的环境和温度在不同空间会有明显的变化，因此智能自主式海上机器人必须能在-30到+50°C的温度范围内正常工作。

  2、 海洋平台有高达100%的相对湿度和冷凝水、工艺设备产生的高辐射热、强降水、溅水、咸空气、风暴和阳光直射等等恶劣情况。

  3、 为了能够更好的保证在爆炸性环境中的安全运行，必须对其进行防爆保护，因此必须根据有关标准对其进行认证或至少作型式认证。

  海上平台主要由普通钢地板和格栅组成，通常有小孔、锐边、斜坡和高达十几厘米的台阶。作为海上智能自主机器人设计的要求，一定要考虑“最坏情况”，即具有最大间隙和最大坡度下的越障能力。

  在典型的海洋平台环境中，智能自主式检查和安全机器人或AGV需要在走廊和明确界定的区域内作业，用于海上作业的检查和操纵机器人应能够接近大部分平台设备。

  通常为便于运送受伤人员，平台通道尺寸要求最小宽度为745 mm。依据这一些数据，确定了海上智能自主机器人一定要能通过的参考通道。

  自主智能自主机器人常常要能自动检测出周围的墙壁和别的类型的障碍物，并规划出合适的最佳无碰撞路径。而海上设施包含复杂的结构，如管道、法兰、储罐、钢架、楼梯等结构很难被智能自主机器人的传感器系统检测到。因此海上智能自主机器人的各种传感器必须适合于区分海洋作业环境中的相关结构。

  海洋平台上的工艺设备，特别是深水装置上的工艺设备，分布在不同层，通常包括中间层或夹层。要从一个标高移动到另一个标高，只可以使用楼梯或梯子。因此为了让一个机器人进入所有的楼层，必须为机器人找到一种适当的爬楼方式。

  为了适用于海上作业，智能自主检测和操作机器人需要具有高可靠性，因此机器人的硬件一定要满足以下基本要求：

  •机器人必须在受限空间内做相关操作；因此其尺寸必须适应先前定义的参考通道。

  •机器人必须配备适当的应用传感器和工具，以便自主或远程操作执行检查和操作任务。

  •在遥控模式和自动模式下，在平台上精确导航并自主无碰撞的行走到指定位置或路线

  为了在海上设施上安全操纵，除了对传感器硬件的规定要求外，机器人的导航系统还一定要满足额外的要求。在狭窄的通道中，机器人必须非常精确地沿着给定的路径行驶，以避免接触平台设备。通过高速通过海上装置中长距离通道，必须对环境传感器的数据来进行实时高频处理，并对机器人的运动进行实时修正，这对传感器数据采集和处理系统提出了很高的要求。

  为了减轻机器人远程操作人员的工作量，机器人的控制系统软件应提供尽可能多的自主行为。然而，机器人的自主行为在任何一个时间里都不应与用户的意图相冲突，用户应始终能够中断机器人的自主操作，并在必要时切换到手动控制。

  在自主和遥控操作两种情况下，智能自主式海上检测机器人必须知道其在给定的操作环境中的精确位置。为了自动避开禁区，保证机器人的安全运行，机器人必须要明白自己的位置。在这一技术中，将环境地图与当前测量的环境特征相比较是智能自主机器人学中普遍的使用的一种获取当前位置的方法。

  高要求才会诞生高技术，面向未来才会清晰方向，跟随深海智人，发现未来的路。