原創(chuàng) | 文BFT機器人

01?行業(yè)概述

一、特種機器人概述及發(fā)展歷程（一）特種機器人概述及市場規(guī)模中國電子學會將機器人劃分為工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器人三類。特種機器人指代替人類從事高危環(huán)境和特殊工況的機器人，主要包括軍事應用機器人、電力機器人、軌道交通機器人、應急救援機器人、極限作業(yè)機器人和水下作業(yè)機器人等。

特種機器人在應對巡檢、地震、洪澇災害和極端天氣,以及礦難、火災、安防等公共安全事件中有著突出的性能表現(xiàn)，是21世紀自動化科學與技術的集中體現(xiàn)，是最高意義上的自動化，是當今國際自動化技術發(fā)展的重要方向。

近年來，我國特種機器人市場高速發(fā)展。2019年，我國特種機器人市場規(guī)模為7.5億美元，增速為17.7%，顯著高于全球特種機器人市場規(guī)模增速。隨著我國企業(yè)對安全生產(chǎn)意識的進一步提升，將有越來越多的特種機器人替代人在危險場所和危害環(huán)境中進行勞動，特種機器人的應用領域將進一步拓展，市場規(guī)模將持續(xù)增長。根據(jù)IFR的數(shù)據(jù)，2021年我國特種機器人市場規(guī)模將達到11億美元。

(二)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

1、機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

我國的機器人產(chǎn)業(yè)的建立可追溯自上個世紀70年代，通過國家“七五”科技攻關，實現(xiàn)了中國機器人產(chǎn)業(yè)“從無到有”。通過國家“八五”、國家“九五”科技攻關，已能自主生產(chǎn)機器人中部分關鍵元器件，但規(guī)模小、應用窄、可靠差、技術低，大部分的機器人生產(chǎn)都根據(jù)需要單獨設計，規(guī)格多、批量小、周期長、成本高、通用度低，造成產(chǎn)品維護性、適用性和經(jīng)濟性差。

國家“十五”、"十一五”科技攻關實現(xiàn)了中國機器人產(chǎn)業(yè)的大轉折，逐漸形成了具備一定競爭力的機器人生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)化基地。“十二五”、“十三五”期間，我國機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術和產(chǎn)品實現(xiàn)突破，我國已經(jīng)連續(xù)8年成為全球最大的工業(yè)機器人消費國，2020年制造業(yè)機器人密度達到246臺/萬人，是全球平均水平的近2倍。

2、特種機器人發(fā)展歷程

20世紀80年代以來，隨著信息技術、控制技術、傳感器技術的高速發(fā)展，機器人開始逐漸從制造業(yè)“走出”，被廣泛應用于非制造領域，特種機器人由此誕生。我國“863”計劃智能機器人主題前15年工作的重點之一就是發(fā)展我國的特種機器人技術，并在若干方向上取得了令世人矚目的成就；隨后在“863”計劃的支持下，我國在水下機器人、服務機器人、微操作機器人、爬壁機器人、管道機器人、軍用機器人、仿人機器人和智能化智能機械等特種機器人方面開展廣泛研究，取得了一批研究成果，在某些技術方面達到了國際先進水平。

3、智能巡檢機器人發(fā)展歷程

國內巡檢機器人真正的研究開始于20世紀90年代，中國科學院、沈陽自動化研究所、中國科學院等單位參與了巡檢機器人的研究工作，取得了許多重大成果，在機器人的定位、導航、硬件結構等方面攻破了許多難關，并且驗證了巡檢機器人的發(fā)展意義。

在國家“十五”、“十一五”等計劃的前提下，中國科學院沈陽自動化研究所開展了“AApe"系列巡檢機器人系統(tǒng)的研發(fā)。該系列機器人能夠在超高壓環(huán)境下完成自主控制的巡檢任務，這些機器人的成功研發(fā)攻克了關于電磁兼容，機械架構承重等物理難題，以及實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和圖像的穩(wěn)定傳輸?shù)溶浖δ?。在東北電力產(chǎn)品質量監(jiān)測站進行了超過五十場的現(xiàn)場實地測試和檢驗，成功實現(xiàn)各種功能的檢測。這個系列的產(chǎn)品在全國各地的電力公司都廣泛應用。

中科院沈陽自動化所研制出的 500KV 超高壓輸電線路巡線機器人系統(tǒng)由巡檢機器人主體和地面基站構成，采用遠程控制加局部管理相結合的控制形式。該機器人可以獨立地沿著一條 500KV 輸電線路運動和跨越如防震錘，掛金屬工具、高壓連接管等的障礙物。

二、產(chǎn)品分類及應用場景介紹

(一)智能巡檢機器人的產(chǎn)品分類

根據(jù)智能巡檢機器人的工作地點，通?？梢詫⑵浞譃?strong>陸地巡檢機器人、空中巡檢機器人及水下智能機器人。

陸地巡航機器人又可以分為無軌智能巡檢機器人和有軌智能巡檢機器人，其主要應用于電力、石化、軌道交通等領域；空中巡航機器人主要指巡航無人機，主要應用于電力輸電線路巡檢、森林防控巡檢、交通應急巡檢等；水下智能巡檢機器人主要解決人體無法長時間作業(yè)及不能下水的安全限制，降低人員傷亡，提高檢測效率、監(jiān)測范圍、數(shù)據(jù)化及信息的實時性，降低檢測成本。

（二）智能巡檢機器人應用場景

1、配電站

配電室是帶有低壓配電系統(tǒng)，能夠匯集配電站輸送過來的電能并輸送給用戶的小室，內部環(huán)境相對簡單固定，對機器人的技術要求相對簡單，因此是巡檢機器人落地應用最快的場景。在配電室的日常巡檢工作中，巡檢人員多依靠感官檢查配電室內的電氣設備與環(huán)境狀況，不同巡檢人員的感受難以量化統(tǒng)一，配電室內的安全隱患或者故障問題容易因為個體感官差異被忽視從而造成損失，巡檢機器人的推廣使用為室內巡檢作業(yè)帶來了質量與效益的雙重提升。

2、井場

過去采油廠沿用人工巡檢的方式進行井場巡檢，一線工人生活條件枯燥、工作量大、巡檢效率低、少量氣體泄漏無法及時發(fā)現(xiàn)、惡劣天氣下巡檢安全隱患多。而采用智能巡檢機器人可以通過激光雷達導航定位，搭載視頻、聲音、溫度、氣體濃度等多種傳感檢測設備，可以實現(xiàn)作業(yè)區(qū)安全報警、設備運行故障報警、光桿溫度異常報警、聲音異常報警以及采油并跑冒滴漏報警等功能，并將采集到的所有圖像和數(shù)據(jù)，通過無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送到集控中心并生成巡檢報表。

3、煤炭、礦山

目前煤礦原煤運輸中普遍存在運輸膠帶數(shù)量多、距離長等特點，傳統(tǒng)人工巡檢模式的風險性較高且巡檢精度不足，通過配置紅外熱像儀、光學攝像機、高靈敏度拾音傳感器、多參數(shù)氣體探測器和煙霧傳感器的智能巡航機器人，可以有效地采集運輸膠帶周圍的圖像、聲頻、溫度環(huán)境、煙霧氣體情況等信息，并將信息實時反饋傳遞給指揮調度中心，大幅度捉升事故隱患的預警與檢測效率，同時完成了巡檢工作井下部分的“去人工化”發(fā)展，減少了該項工作上的人工成本投入，提高礦井運輸安全與生產(chǎn)安全。

三、智能巡檢機器人的優(yōu)劣勢分析

（一）智能巡檢機器人在石化行業(yè)巡檢的優(yōu)勢

石化行業(yè)生產(chǎn)工藝復雜且具備大型精密高危設備，一旦設備異常將引發(fā)重大安全事故，因此需要對石化生產(chǎn)場地及設備進行定期巡查。

石化行業(yè)巡查的外部環(huán)境以高溫高壓、易燃易爆等高危險性為顯著特點，傳統(tǒng)的人工巡檢工作質量的好壞與人為主觀因素關聯(lián)很大，例如自身問題檢查不細致、判斷疏忽馬虎大意、不能合理安排巡邏的最佳路線、角度點位、時間、頻率，亦或是遇到惡劣氣候環(huán)境時的消極總工、出人不出力等，然后導致大量人資浪費，更為嚴重地則是造成重大安全事故，上下級連帶責任，造成不可彌補的巨大損失。

引入現(xiàn)代化智能巡檢機器人，用創(chuàng)新型高效型安全型的巡檢方式來達到科學化、規(guī)范化、制度化、高效化的工作目標，是當前石化行業(yè)應對傳統(tǒng)巡檢難題行業(yè)行之有效的方法，能巡檢機器人通過高度智能的機器人技術和圖像識別技術，可以代替人工完成特殊環(huán)境下設備運行狀態(tài)的檢測診斷，實現(xiàn)設備區(qū)域全覆蓋巡視，有效降低設備停擺、漏油、火災、盜竊等安全隱患，緩解值班人員力量薄弱的問題，提升工作效率。

（二）智能巡檢機器人在軌道交通巡檢的優(yōu)劣勢分析

目前，軌道和隧道傳統(tǒng)的檢查手段主要包括專用檢測車輛的檢查、固定傳感器監(jiān)測和人工檢查等。專用移動檢測車輛自動化程度較高，但檢測車輛價格較高，體形較大，轉線較為困難，主要用于動態(tài)檢測，如軌檢車對高速鐵路和地鐵的軌道不平順檢測等。

固定監(jiān)測主要是通過固定傳感器對自然災害、隧道、路基、橋梁、站場等進行監(jiān)測，這種模式適合特定的局部區(qū)域，如滑坡風險高的地段、環(huán)境復雜的站場、需重點監(jiān)控的隧道洞口等,使用成本較高，一般不能全線覆蓋。人工檢查主要依賴人工和手推(手持)工具進行數(shù)據(jù)采集，如靜態(tài)檢測和人工巡檢等，其速度較低，漏檢壓力大，工作環(huán)境惡劣，檢測人員老齡化和招工困難問題突出。

（三）巡檢機器人在電網(wǎng)巡檢的優(yōu)劣勢分析

電力線路巡線是電網(wǎng)公司巡檢工作中的一個瓶頸，傳統(tǒng)作業(yè)模式下，巡檢人員勞動強度大、工作條件艱苦、勞動效率低。隨著巡檢無人機技術的發(fā)展，巡檢無人機可以裝配有高清數(shù)碼攝像機、照相機及 GPS 定位系統(tǒng)等高科技裝備，電網(wǎng)進行定位自主巡航，可以在高山大嶺或特高壓電線路等人工難以巡視的地方作業(yè)，并實時傳送拍攝影像，監(jiān)控人員可在電腦上同步收看與操控。

四、行業(yè)廠商地域分布情況

從區(qū)域分布來看，我國智能巡檢機器人廠商分布較為分散，東部沿海、中西部及東北地區(qū)都有智能巡檢機器人廠商布局，例如東部沿海的國網(wǎng)智能、中西部地區(qū)的七騰科技、東北地區(qū)的哈工大特種機器人等，但從企業(yè)數(shù)量上來看,浙江、江蘇、廣東等東部沿海地區(qū)仍具備一定優(yōu)勢。

從區(qū)域布局來看，國網(wǎng)智能以山東地區(qū)為核心，北京、天津及東北等周邊輻射城市具有較高市占率；國自機器人在浙江、申吳科技在滬浙、億嘉和在江蘇具有一定優(yōu)勢。

五、行業(yè)發(fā)展驅動力

（一）政策大力扶持，奠定行業(yè)健康基礎

在我國，為了推動特種機器人的發(fā)展，相關部門發(fā)布一系列政策。例如，2022年中華人民共和國國家發(fā)改委和改革委員會發(fā)布的《“十四五”擴大內需戰(zhàn)略實施方案》中，提到要加快研發(fā)智能教學助手、醫(yī)療機器人等智能化產(chǎn)品。同年11月，在《關于印發(fā)進一步提高產(chǎn)品、工程和服務質量行動方案（2022—2025年）的通知》中，提高輪椅、助行機器人等康復輔助器具智能化程度，豐富助視、助聽和輔助閱讀類產(chǎn)品供給。7月，中華人民共和國中央人民政府發(fā)布的《“十四五”國家綜合防災減災規(guī)劃》中，重點強化智能搶險機器人、遠程遙控決堤封堵、深水高分辨率探測、高原型大載重無人機、高原復雜地形大型設備空中吊運等搶險救援亟需裝備的研制與應用推廣。

（二）技術創(chuàng)新進步，助推行業(yè)高速發(fā)展

伴隨傳感器技術、智能控制技術、數(shù)據(jù)挖掘技術以及人工智能技術等學科知識和技術的積累和應用，智能巡航機器人與各種新技術的結合愈加緊密，產(chǎn)生出多種新的功能與應用。與此同時，科學技術的進步帶來相關產(chǎn)品市場價格不斷降低，使應用智能巡檢機器人的企業(yè)各種成本不斷下降，更進一步加快了產(chǎn)品的市場普及率，以及的智能巡航機器人升級換代節(jié)奏。受益于不斷延伸和擴展的新技術應用，智能巡檢機器人行業(yè)將長期處于高速發(fā)展階段，科技進步將促進智能巡檢機器人的應用進一步深化。

（三）數(shù)字經(jīng)濟轉型，行業(yè)滲透領域進一步拓展

國內“十四五”規(guī)劃綱要明確提出“要加快數(shù)字化發(fā)展，建設數(shù)字中國”，數(shù)字化轉型逐漸成為企業(yè)關注的熱點，在此背景下，大批行業(yè)開始探索“機器換人”的“智能巡檢”之路。南方電網(wǎng)，2014年開始推廣無人機巡檢，打造“機巡為主、人巡為輔”架空輸電線路巡檢模式；京張高鐵，2019年首次在崇禮鐵路小白陽牽引變電所運用牽引變電所智能巡檢機器人，擔負高鐵的供電設備安全運行任務；2022年，上海電力田集電廠多場景智慧巡檢項目正式上線，智慧巡檢機器人實現(xiàn)機組重要設備全方位、立體式、高效率的實時監(jiān)控。隨著數(shù)字經(jīng)濟轉型的持續(xù)推進，智能巡檢機器人的應用領域將進一步拓展。

六、行業(yè)市場規(guī)模概述

（一）電力行業(yè)1、行業(yè)痛點

近年來，我國電力行業(yè)高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模已躍居世界首位，自動化水平逐步提升，電能質量和供電可靠性進一步提高，滿足了經(jīng)濟社會發(fā)展對電力需求。然而，我國電網(wǎng)運維的現(xiàn)狀卻不容樂觀，現(xiàn)有輸電線路運檢人員的年均增長率不足3%，巡檢人員缺員高達34%，且傳統(tǒng)人工巡檢模式下難以克服以下幾個弊端：

可靠性低：人工巡檢對設備和環(huán)境進行大致的評估判斷，主要通過看、觸、聽、嗅等方法實現(xiàn)，此種方式主要依賴巡檢人員的個人經(jīng)驗及判斷，具備較大的主觀性，巡檢結果可靠性較低。

追溯性差：人工巡檢方式獲取的數(shù)據(jù)可追溯性差，無法進行實時巡檢并采集數(shù)據(jù)，不能保留同步巡檢數(shù)據(jù)，無法為巡檢工作的提升提供對比數(shù)據(jù)分析，造成決策管理者不能及時掌握現(xiàn)場第一手資料，因此而延誤了消除安全隱患的最佳時機。

安全風險大：電力行業(yè)的巡檢條件較為復雜，人工巡檢存在較大安全風險,惡劣天氣下的作業(yè)將加大這一風險。

2、智能巡檢機器人應用的前景

（1）電力運營事關國計民生，政策持續(xù)出臺相關扶持政策

自“智能電網(wǎng)”概念提出以來，兩大電網(wǎng)公司均將智能電網(wǎng)建設作為重點建設方向，并制定了明確的發(fā)展規(guī)劃。隨著多年的建設發(fā)展，我國電力系統(tǒng)不斷向高度信息化、自動化方向發(fā)展，電網(wǎng)智能化程度不斷提升，但離智能電網(wǎng)高可靠性、高自動化率的目標尚有一定差距，智能電網(wǎng)是電網(wǎng)建設持續(xù)投入的趨勢和方向。智能選件機器人是電網(wǎng)智能化改造的重要實現(xiàn)手段，其行業(yè)發(fā)展受到行業(yè)政策充分帶動，政策驅動力足。

（2）智能電網(wǎng)建設加速，電網(wǎng)投資規(guī)模穩(wěn)步增長

近年來，隨著智能電網(wǎng)的逐漸推進，我國電網(wǎng)工程投資規(guī)模高速增長，2021年，我國電網(wǎng)工程投資規(guī)模達5530億元，同比2020年增長5.45%。隨著國家智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的推進，電力行業(yè)智能巡檢機器人市場規(guī)?？焖僭鲩L，未來將機器人技術與電力技術融合，通過智能機器人對輸電線路、變電站/換流站、配電站(所)及電纜通道實現(xiàn)全面的無人化運維已經(jīng)成為我國智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

（二）石化行業(yè)

1、石化行業(yè)巡檢痛點

石化行業(yè)設備數(shù)量較多、種類復雜，同時各設備生產(chǎn)過程中處于連續(xù)工藝，因此任一設備的故障都將導致產(chǎn)線停產(chǎn)，甚至對生產(chǎn)安全造成不可預知的損失，所以石化行業(yè)設備的穩(wěn)定運行至關重要。因此，保證各化工設備的穩(wěn)定運行是化工生產(chǎn)的重要任務，而設備巡檢是有效保證設備運行安全和穩(wěn)定的一項重要環(huán)節(jié)。

一方面，管理人員利用巡檢系統(tǒng)的相關功能并結合數(shù)據(jù)的時間參數(shù)，能更好地對數(shù)據(jù)進行客觀地統(tǒng)計、研究，為企業(yè)領導作出迅速、準確地判斷、決策提供科學依據(jù)；另一方面，通過有效的巡檢，可以提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平，減少設備維護和維修的成本，延長設備使用壽命，從而大大提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

目前石化設備巡檢仍以人工巡檢為主，人工巡檢方式能在一定程度上可以判斷出設備運行的狀態(tài)，但人工巡檢模式存在多方面的問題。

首先，巡檢人員根據(jù)自身經(jīng)驗和感官對設備絕緣體的良好程度、設備運行狀態(tài)以及設備放電等情況進行判斷，通過這種方式得到的結果勢必會與巡檢人員的工作態(tài)度、專業(yè)程度掛鉤，不同的記錄方式，也會對最終的判斷結構造成干擾，若判斷結果中涉及主觀因素較多，那么就會導致判斷結果與實際結果存在較大的誤差。

其次，在對故障問題進行人工登記時，難免會導致漏登、錯登行為的發(fā)生，弱化變電設備的檢測精度。此外，傳統(tǒng)的巡檢方式還存在檢測質量不高、勞動強度較大等諸多不足之處。

2、智能巡檢機器人的應用前景

（1）全球化工產(chǎn)業(yè)轉移帶來發(fā)展契機

隨著全球經(jīng)濟一體化進程的加快，國內外市場正逐步融為一體，全球化工產(chǎn)業(yè)向新興國家尤其是中國的轉移趨勢漸趨明顯。

近年來，世界主要大型化工企業(yè)為了節(jié)省研發(fā)支出，提高效率，降低風險，紛紛將產(chǎn)品戰(zhàn)略的重點集中于最終產(chǎn)品的研究和市場開拓，而將涉及大量專有技術的中間體轉向對外采購，充分利用外部的優(yōu)勢資源，重新定位、配置企業(yè)的內部資源。

在國際產(chǎn)業(yè)分工格局清晰的環(huán)境下，我國完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局和配套設施以及相對較低的原材料成本和勞動力成本在國際上具有明顯的比較優(yōu)勢。世界化工產(chǎn)業(yè)進一步向中國轉移與集中，為我國石化行業(yè)的發(fā)展帶來了難得的機遇。

（2）化工行業(yè)固定資產(chǎn)投資高速增長

化工行業(yè)具有周期性特點，隨著2013年至2017年漫長的產(chǎn)能消化期的結束，自2018年下半 年行業(yè)進入新一輪的擴張期。2019年上半年化工行業(yè)投資完成額累計同比增長9.3%，年增速4.2%。

2020年受疫情沖擊，化工行業(yè)投資放緩，隨后在疫情新增需求及海外生產(chǎn)受限的情況下，化工產(chǎn)品價格景氣反彈帶動行業(yè)投資迅速回暖。進入2021年，雙碳政策下，化工行業(yè)部分差異化產(chǎn)能擴張速度加快，帶來差異化的擴張周期，化工行業(yè)投資完成額累計同比增長15.7%。

化工行業(yè)固定資產(chǎn)投資的高速增長勢必帶動相關巡檢需求的增加，智能巡檢機器人的出現(xiàn)，可從根本上減少化工領域運維人員巡檢強度及人員配置，提高作業(yè)效率，增強石化生產(chǎn)網(wǎng)絡的運行穩(wěn)定性，是化工領域巡檢發(fā)展的必然之路。因此，隨著化工領域投資的高速增長，化工領域的智能巡檢機器人需求也將迎來一輪爆發(fā)期。

（3）安全事故仍然頻發(fā)，智能巡檢優(yōu)勢明顯，加強智能巡檢勢在必行

我國自2010年起就已成為世界第一化工大國，目前化工產(chǎn)值占世界總量的40%以上?；どa(chǎn)過程復雜，反應條件苛刻，涉及的危險化學品易燃易爆、有毒有害，安全風險高，一旦管控不到位、發(fā)生事故容易造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。雖然國內化工領域的安全防范意識已經(jīng)有所提升，但每年化工領域安全事故仍然頻發(fā)，2021年，全國共發(fā)生化工事故122起死亡150人，給全國人民帶來巨大損失。

在石化設備巡檢過程中，智能巡檢機器人的融入，打破了以往傳統(tǒng)巡檢模式的格局，提高行業(yè)智能化程度，解決巡檢效率低、勞動強度大等問題。智能巡檢機器人通過沿站內既定軌道/自主規(guī)劃線路巡視，可完全避免機器人的“脫軌”，最大程度地保障了設備的安全以及機器人的運行安全。同時，機器人通過搭載自主充電模塊，可保障機器人全自動運行，為站內設備運行提供長時間看守服務。此外，可將加密系統(tǒng)架設至巡檢設備終端和通信終端中，以提高巡檢信息的安全性，避免設備信息泄露事故的發(fā)生。采用智能巡檢機器人還可實現(xiàn)自動報警，提高化工行業(yè)危情處置效率。

（三）煤礦行業(yè)

1、行業(yè)痛點

隨著煤礦井下原煤開采工作進程的不斷深入，并下原煤運輸皮帶的數(shù)量將不斷增加，皮帶布局逐漸呈現(xiàn)數(shù)量多、傾角大、距離長等特點，且由于復雜的井下環(huán)境，導致傳統(tǒng)的人工巡檢面臨著較大的安全事故隱患，并且在井下環(huán)境中巡檢精度越發(fā)難以保障。在此背景下，市場對煤礦智能巡檢機器人的需求日趨強烈。

2、智能巡檢機器的應用前景

（1）煤炭生產(chǎn)穩(wěn)定，事關國家能源安全

煤炭是我國的重要能源產(chǎn)品，在我國能源消費結構中占有重要地位，2021年煤炭在我國能源消費結構中占比達56.0%。中國作為全球第一大煤炭生產(chǎn)國，在未來相當長的時期內，煤炭資源在我國資源格局中仍會占據(jù)著重要地位。然而我國煤炭開采條件極其復雜，礦井現(xiàn)場環(huán)境復雜。因此，煤炭生產(chǎn)的穩(wěn)定對國家實現(xiàn)能源安全具有重大意義。

（2）礦山智能化建設持續(xù)推進，智能巡檢機器人需求旺盛

近年來，我國礦山智能化建設取得新進展和突破，目前，全國智能化采掘工作面已達到813個，已有29種煤礦機器人在370余處礦井現(xiàn)場應用。在當前"智能化”的時代下，機器人代替礦工井下作業(yè)是大勢所趨。2016年以來，全國煤礦井下作業(yè)人員減少了共計37萬人。如山東省通過五年建設，累計減少苦、累、臟、險崗位人員3.4萬人，河南省累計減少5000余人，內蒙古自治區(qū)累計減少4376人。隨著國內礦山智能化建設的持續(xù)推進，煤礦并下作業(yè)人員將逐漸減少，智能巡檢機器人將在煤礦并下巡檢領域“扮演”更加重要的“角色”。

（3）技術逐漸成熟，市場體系逐漸完善

我國煤礦市場已經(jīng)經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)字化、自動化、信息化等階段，為智能煤礦的建設提供了基礎支撐；同時物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、機器人、5G等技術的不斷發(fā)展和成熟，為智能煤礦的建設提供了技術支撐；第三相關科研院校、裝備制造企業(yè)及煤礦單位形成有針對性、系統(tǒng)性的煤礦智能化培養(yǎng)體系，為智能煤礦建設提供了人才支撐。

02?行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

一、產(chǎn)業(yè)鏈分析

（一）特種機器人概述及市場規(guī)模

智能巡檢機器人上游為機器人的關鍵零部件供應商，主要包括伺服電機、減速機、工控機、紅外熱像儀、可見光相機、視頻監(jiān)控裝置等。

上游行業(yè)屬于完全競爭市場，產(chǎn)品供應較為充足，供應來源廣泛，因此，上游行業(yè)的產(chǎn)能、需求變化對智能巡檢機器人行業(yè)的發(fā)展影響較低。

智能巡檢機器人屬于高科技產(chǎn)品，其市場需求主要針對具有特殊工作環(huán)境、有較大需求和支付能力的下游領域。目前，智能巡檢機器人的下游應用領域主要包括電力、石化、軌交、煤礦等行業(yè)。

1、上游：硬件(基礎層)及技術支持(技術層)

智能巡檢機器人上游為核心零部件廠商，核心零部件包括芯片、傳感器、控制器、減速器及伺服電機等。上游廠商屬于技術類公司，注重核心技術研發(fā)，硬件及核心零部件廠商以提升技術和降低成本為主要任務，A技術公司則以算法和數(shù)據(jù)為核心競爭力。

芯片和智能傳感器具有極高的技術門檻，且生態(tài)搭建已基本成型，目前芯片的主要貢獻者是Nvidia、Mobileye和英特爾在內的國際科技巨頭。智能傳感器領域主要被博世、歐姆龍、T、羅姆、NXP、AD1、英飛凌、樓氏電子、索尼、三星等巨頭企業(yè)壟斷。跨國公司占據(jù)了87%的市場份額，但國產(chǎn)替代在加速，核心零部件方面，國內有寒武紀科技、遂源等AI芯片企業(yè)，有思嵐科技、鐳神智能等傳感器企業(yè)。

伺服系統(tǒng)與控制器市場較為集中，減速器賽頭壟斷。機器人的成本主要集中在零部件端，其中核心零部件的比例在70%左右，減速器、伺服電機、控制器占比分別為 36%、249%.12%?？刂破黝I域，“四大家族”(ABB、庫卡、發(fā)那科、安川)全部實現(xiàn)自給自足。

AI技術公司中，在核心算法和基礎理論領域，美國是目前人工智能基礎理論和算法發(fā)展水平最高的國家Facebook、谷歌、IBM和微軟等科技巨頭均重點布局人工智能算法及算法框架等高門檻技術。技術層解決具體類別問題，這一層級主要依托運算平臺和數(shù)據(jù)資源進行海量識別訓練和機器學習建模，開發(fā)面向不同領域的應用技術，包括語音識別、自然語言處理、計算機視覺和機器學習技術。

2、中游：智能巡檢機器人本體及集成

智能巡檢機器人中游是機器人本體廠商及系統(tǒng)集成商，一般這類廠商都屬于綜合解決方案服務商，公司注重需求定位，其產(chǎn)品質量以及生態(tài)構造是重要壁壘。得益于技術類公司的基礎和AI算法的開源，應用層進入門檻相對較低。目前，中游機器人本體及系統(tǒng)集成服務商在智能選件機器人產(chǎn)業(yè)鏈分布中占比最大。

3、下游：各類應用場景

由于智能巡檢機器人屬于高新技術產(chǎn)品，其主要功能是替代人工進行巡檢作業(yè)，需求較為前沿，從發(fā)現(xiàn)痛點到研發(fā)出針對性產(chǎn)品有一定周期，再加上必須要找到有較大需求的下游領域才容易放量、做到盈虧平衡，所以對企業(yè)的技術、渠道能力(營銷教育能力)和戰(zhàn)略眼光(市場選擇) 等都要求較高。

目前來看，國內在電力(變/配電站巡檢機器人、電網(wǎng)巡檢無人機)、石化(防爆巡檢機器人)、消防等領域已經(jīng)開始出現(xiàn)成規(guī)模且具備較強盈利水平的企業(yè)，且均具備特有的技術、渠道壁，正在逐漸打破智能巡檢機器人不好上量的固有印象。

二、巡檢機器人價值鏈分析

價值鏈可以分為兩個層面，一是上下游關聯(lián)企業(yè)之間存在行業(yè)價值鏈(即產(chǎn)業(yè)鏈)，二是企業(yè)內部各業(yè)務單位的聯(lián)系構成了企業(yè)的價值鏈。

產(chǎn)業(yè)鏈：供應（上游供應商)一一生產(chǎn)(制造商)一一流通(經(jīng)銷/零售商)一一消費(最終用戶)。

企業(yè)價值鏈：研發(fā)一一采購/物流——制造/運行——市場/銷售——分銷/物流一一售后服務。

智能巡檢機器人領域附加值較高的環(huán)節(jié)主要集中在研發(fā)設計、采購、運維等環(huán)節(jié)，生產(chǎn)、營銷等環(huán)節(jié)附加值相對較低。

三、各領域智能巡檢機器人頭部企業(yè)榜單

四、產(chǎn)品解決方案及技術分析

（一）室內電力巡檢機器人解決方案

需求分析：2010年以后，我國涌現(xiàn)了諸多研究機構和廠家開展了巡檢機器人的相關研究工作，并在多個變電站完成了試運行。電力巡檢機器人核心任務是明確機器人所在位置、下一步工作是什么，以及怎樣去哪里完成巡檢任務。所以要求所設計的機器人應擁有以下功能：

• 能以較快速度準時駛向既定的巡檢任務地點；

• 在行駛過程中能智能回避各種障礙物，能做到不碰觸高危設備，確保自身的安全性；

• 能安全順利通過升降門 ;

• 通過可視化的操作界面能直接設定機器人的巡檢任務以及查看其工作狀態(tài)；

• 能在操作界面遠程遙控機器人完成巡檢任務，并根據(jù)實際需要予以拍照。

1、總體架構電力巡檢機器人主要具有以下功能：自動定位所在位置、自動確定導航路徑、智能規(guī)避障礙物、智能拍照、實時上傳巡檢信息，最上層是上位機管理系統(tǒng)，主要提供機器人運行狀態(tài)查看、設置巡檢路線、發(fā)布巡檢任務和拍照對象，以及提供手動遙控機器人的功能。中間層是邏輯核心層，是機器人的中央控制以及業(yè)務處理系統(tǒng)，借助傳感器與攝像頭來探測周邊情況。硬件系統(tǒng)主要負責承擔機器人的相關運用功能，可以轉向以及給定速度行駛。

2、硬件架構

機器人的硬件將主要由中樞控制器、四輪全向機器人平臺、垂直升降構成。其中中樞控制器主要負責數(shù)據(jù)信息的采集和處理，對機器人的運動姿態(tài)予以實時監(jiān)控及控制。同時將機器人的傳感器數(shù)據(jù)信息、運動狀態(tài)信息等傳輸至中控機，并對相應的控制指令予以響應；四輪全向機器人平臺是機器人的承載平臺，將借助4個麥克納姆輪實現(xiàn)驅動;垂直升降云臺在控制器以及直流無刷電機的驅動及控制下，主要負責對機器人的多度檢測：傳感器系統(tǒng)主要包括激光雷達、超寬帶定位模塊等傳感器而構成，通過多種傳感器的協(xié)同配合，共同完成對機器人相關情況的判斷。

超聲測距：機器人由于將主要在電站的監(jiān)控室、生產(chǎn)車間等較為復雜的環(huán)境下執(zhí)行巡檢任務，所以需實時探測和判斷周圍環(huán)境情況，是否存在障礙物、危險不可碰觸高危設備等。避障傳感器主要是借助超聲探測方案來實現(xiàn)障礙物感知其具有發(fā)生和接收超聲波的功能，當發(fā)出的超聲波遇到障礙物后會發(fā)反射，接收器在接收到反射信號后將自動將相關距離信息計算出來并提供給機器人?？墒褂枚鄠€傳感模塊來構成一個傳感器陣列，如此就能夠對多個單點距離的信息進行綜合分析。

電量檢測：由于電池在放電過程中伴隨電量的減少其帶負載輸出電壓會下降較為明顯，所以通過數(shù)字量化輸出電壓就能實現(xiàn)對電池其余電量的成功估計。但考慮到利余電量與帶載輸出電壓兩者間并非線性關系，因此通過這樣的方法來估計得到的結果并不一定準確，所以考慮預先對電池負載放電特性加以估計和測定，以使所獲得的電池電壓值變得更加準。

升降云臺：主要采用分布式控制的方式來控制垂直升降云臺的運動。驅動器以及電機都將被配備控制器，在充分考慮成本的情況下對其予以模塊化設計。而控制器內部將做到電機的閉環(huán)控制，把編碼器所反饋的角度信息讀取到以后作為反饋信號，從而借此實現(xiàn)對電機控制執(zhí)行值的計算。其中水平控制單元主要負責水平方向的旋轉，而重直升降單元將主要負責垂直方向的運動。分立的控制單元將作為從設備掛載于中樞控制器的CAN總線，在實現(xiàn)對電機獨立控制的同時還可借助中樞控制器將相關協(xié)調工作做好。

通信接口：通過總線通信方式主要借助分立的控制器(Controller)來實現(xiàn)對中樞控制器連接的架構，各類傳感器(Sensor)也是通過這樣一種方式從而掛載于通信端口上。而中樞控制器將主要負責對各類數(shù)據(jù)的采集，并遵循設定的格式對這些數(shù)據(jù)加以打包傳輸。而上位機在收到相關指令信息后也會先將數(shù)據(jù)解析出來然后加以執(zhí)行。

系統(tǒng)電源：主要是指兩個部分，即中控機電源以及機器人平臺電源。其中針對工控機電源將使用獨立的鋰電池(12V.40Ah)?？紤]到該電池存在電壓輸出不夠穩(wěn)定，將對其借助 DC·DC 予以升壓處理。平臺電源能借助平臺實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出，能滿足多個供電需求。

3、軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括中控機和上位機，主要是底盤以上的層級。其中中控機主要負責控制底盤運動、攝像頭拍照以及控制云臺升降等核心任務，上位機主要負責供用戶向機器人發(fā)布巡檢任務、查看機器人狀態(tài)及展示運檢地圖等。

操作系統(tǒng)：為了機器人的各種功能能得以順利實現(xiàn)，可以使用機器人操作系統(tǒng)ROS，這是專門針對機器人而開發(fā)出來的一種系統(tǒng)，是一套開源的系統(tǒng)框架，具有通用性、開源性、復用性、社區(qū)性等諸多優(yōu)點，由于具備諸多功能，同時能免費用于商用或研究，因此有利于降低研究開發(fā)成本。

定位模塊：可以通過對激光雷達(Laser radar) 和起寬帶UWB)數(shù)據(jù)的解析來獲得機器人的相關定位信息，但其會優(yōu)先借助波算法(Filtering algorithm)來對UWB的數(shù)據(jù)予以優(yōu)化，從而使所獲取的定位信息更加精確穩(wěn)定。還可以運用ROS的ACML包對線管數(shù)據(jù)再次加以計算，從而獲得最終的定位信息。該模塊既能夠對兩個定位信息予以單獨使用，也可以融合使用。

導航模塊：主要分為手動控制、局部路徑規(guī)劃以及全局路徑規(guī)劃，通過局部、全局兩個子模塊彼此間的協(xié)同配合能實現(xiàn)實時路徑規(guī)劃。但當機器人接收到手動控制命令后，此時機器人的控制權將被工作人員所接管，從而自動切換至手動模式狀態(tài)，以供工作人員手動規(guī)劃機器人的巡檢路線。

巡檢模塊：機器人在接收到巡檢任務后將自動規(guī)劃路線開始巡檢工作，期間依靠多個傳感器來判斷水平方向是否存在障礙物或不可觸碰高危設備。同時根據(jù)巡檢任務的實際需要，相關指令能夠及時傳達至攝像頭以及升降云臺，從而對其升降高度以及拍攝角度進行相應調整，確保拍攝效果。巡檢功能主要還能完成危險情況緊急制動、通過升降門、設備拍照、手動控制等等機器人功能。

（二）石化領域防爆輪式智能檢機器人解決方案

隨著大型石油化工企業(yè)建設的不斷擴大，油品、燃氣、毒氣、化學危險品等引起的泄漏爆炸、火災等災害隱患不斷增加，為加強高危場所的巡檢工作，巡檢機器人應運而生，防爆輪式巡檢機器人作為特種機器人的一種，在巡檢工作中能夠發(fā)揮舉足輕重的作用。防爆輪式巡檢機器人搭載一系列傳感器，可代替巡檢人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等現(xiàn)場進行巡檢、探測，有效解決巡檢人員在上述場所面臨的人身安全、現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集不足等問題。采用機器人巡檢，既具有人工巡檢的靈活性、智能性，同時也克服和彌補了人工巡存在的一些缺陷和不足，更適應智能場站和無人值守場站發(fā)展的實際需求，是智能場站和無人值守場站巡檢技術的發(fā)展方向。

1、防爆輪式巡檢機器人系統(tǒng)組成結構

防爆輪式巡檢機器人系統(tǒng)由防爆輪式巡檢機器人、巡檢機器人本地監(jiān)控后臺和巡檢機器人遠程工作站組成。防爆輪式巡檢機器人、巡檢機器人本地監(jiān)控后臺和巡檢機器人遠程工作站通過無線方式進行通信。

防爆輪式巡檢機器人。防爆輪式巡檢機器人是巡檢系統(tǒng)中的主體，防爆輪式巡檢機器人主要由巡檢機器人本體、驅動機構、RFID定位系統(tǒng)、前后導航組件、PID氣體檢測儀、前后避障傳感器、防爆揚聲器、天線、拾音器、防爆云臺和自動充電組件等組成。

巡檢機器人本地監(jiān)控后臺。巡檢機器人本地監(jiān)控后臺位于機器人巡檢區(qū)域附近，巡檢機器人本地監(jiān)控后臺由一臺服務器構成，通過無線方式，用于實現(xiàn)對防爆輪式巡檢機器人的無線遠程控制、參數(shù)設置以及完成與巡檢機器人遠程工作站的數(shù)據(jù)傳輸。

巡檢機器人遠程工作站。巡檢機器人遠程工作站包括:上位機、顯示器和相應的監(jiān)控軟件，用于實時顯示巡檢設備的視頻圖像、報警信息、機器人位置等數(shù)據(jù)。上位機監(jiān)控軟件可采用C++語言進行開發(fā)設計，主要對機器人上傳數(shù)據(jù)進行分析處理、異常報警及記錄存檔，實時刷新界面，瀏覽視頻;機器人到達巡檢位后，上傳到位信號及點檢位卡片號，通過卡片號調用相應云臺預制點，初步尋找儀表或者閥門位置，通過分析確定目標在畫面中的位置進行閉環(huán)調節(jié)，再次捕獲清晰的目標照片進行狀態(tài)、數(shù)據(jù)識別。

巡檢機器人遠程工作站利用無線通信方式，通過控制軟件完成與巡檢機器人本地監(jiān)控后臺的信息交換，同時也可實現(xiàn)對巡檢機器人的遠程控制，在遠程工作站的顯示器上能直觀地反映出巡檢機器人采集的視頻信息及其他數(shù)據(jù)信息。遠程工作站功能類似于人類的大腦，除了機器人本身的動作控制指令由此發(fā)布外，機器人所有的視覺、音頻等感知信息在此進行分辨。如檢測到設備異常時巡檢機器人和遠程工作站均會產(chǎn)生聲光報警信息，提示用戶及時檢修，防患于未然。通過遠程工作站能夠形成實時報警記錄、歷史報警記錄并存入遠程工作站的數(shù)據(jù)庫中，可按日期、按設備進行隨時查詢設備信息和存檔圖片。

2、功能與特點

圖像識別功能

石化領域的巡檢目標主要包括壓力表、溫度表、流量計、球閥、截止閥和蝶閥等等，經(jīng)過預先標定，將每處需要拍照檢測的目標觀測點設置為云臺的預置點，機器人通過導航及RFID定位運行到檢測位后，自動調用云臺進行拍照，然后將目標圖像傳送到遠程工作站進行識別?？勺R別的信息包括:閥門開度、儀表指針讀數(shù)、閥門有無泄露等。

聲音采集功能

實時采集巡檢區(qū)域內環(huán)境和設備的聲音，如發(fā)現(xiàn)較明顯的聲音異常，則發(fā)出預警信號，從而達到及時發(fā)現(xiàn)故障、避免故障擴大的目的。

報警功能

如檢測到設備異常時，巡檢機器人和遠程工作站均會產(chǎn)生聲光報警信息，提示用戶及時檢修，防患于未然。通過遠程工作站能夠形成實時報警記錄、歷史報警記錄并存入遠程工作站的數(shù)據(jù)庫中，可按日期、按設備進行隨時查詢設備信息和存檔圖片。

防爆功能

巡檢機器人各組成部分均按照國家IIC防爆標準，采用隔爆型及本安型防爆技術進行處理，因此，具有防爆功能，可用于易燃易爆等高危環(huán)境。

自主充電和避障功能

當機器人電池電量不足時，巡檢機器人自動行進到充電站，通過自動充電組件進行充電。在巡檢過程中，如遇到障礙物，巡檢機器人通過前后避障傳感器，可自動避開障礙物，避免碰撞。

目前，國內七騰科技、中信開誠等企業(yè)研發(fā)的防爆輪式巡檢機器人已在中石油、中石化等石化企業(yè)取得了廣泛應用，完成了對泄壓罐、污油罐、密度計、過濾器、減壓間、質量流量計等輸油設備的巡檢工作，數(shù)據(jù)采集準確，圖像清晰，故障報警及時。實際應用結果表明，智能巡檢機器人工作可靠，運行狀況穩(wěn)定，節(jié)省了大量的人力物力，完全替代了人工巡檢工作，減員增效取得明顯效果，達到了無人值守的目的，取得了較好的經(jīng)濟效益。

五、巡檢機器人行業(yè)商業(yè)模式分析

本體生產(chǎn)+系統(tǒng)集成模式是當下巡檢機器人企業(yè)發(fā)展趨勢，也是當前具備較高盈利水平的商業(yè)模式。目前國內外較為成功的企業(yè)都采用了“本體生產(chǎn)+系統(tǒng)集成”的全產(chǎn)業(yè)鏈模式，或是正在向上下游逐步滲透，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈模式的轉程。

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