- 选题背景和意义：
东南大学研制的“东大极能”是一套用于南极泰山站的能源供应装置，主要的能量来源是燃油发电，多台燃油发电机及其他设备均置于发电舱内。这套装置设计时就考虑到南极的特殊环境决定了工作人员定期到现场检查、维修的代价极高，应尽可能保证在出现问题时，可远程进行一些处理，以使其回到正常运行状态。但通过能源装置对本身状况的检测，不足以及时、准确地了解发电舱内的情况，还需要其他辅助检测手段，如定期对特定位置的图像、声音、温度等数据进行采集和分析。一般情况下，定期巡检任务由检修人员通过肉眼观察、耳朵聆听等手段，凭经验完成判断，而在南极无人值守发电舱的条件下，通过巡检机器人进行定期巡检，是一个更为理想的选择。
为保证这套能源供应装置能在无人值守的情况下长期、稳定地运转，要求巡检机器人能够对发电舱内设备的运转情况进行实时监测，并在有需要的情况下，可以为国内遥操作的工作人员提供现场的图像、声音、温度等数据，为工作人员进行应急处理提供判断依据。
二、课题关键问题及难点：
- 现有的各种室内定位技术精度有限，对传感器要求高，一旦传感器失效则不能保证定位的可靠性。发电舱内空间相对而言比较狭小，为保障运行的安全性，应降低对传感器的依赖性，提高定位的稳定性。
- 由于南极无人值守发电舱的特殊性，巡检机器人本身也应能在无人检测、维修的情况下长时间运转，为了提高巡检机器人的可靠性，设计时应尽可能选取简洁、稳定的方案。
- 能源装置的实际运行中，可能出现的故障类型繁多。在对采集得到的图像、声音和温度数据进行分析时，应考虑到在相对而言比较漫长的一段时间里，即使是某些比较罕见的故障，也是有可能出现的，故而应能够对其进行识别。
- 巡检机器人需要长期工作，可靠的供电方式必不可少，巡检机器人应能够检测自身电源情况，并及时充电。
- 文献综述（或调研报告）：
最早的巡检机器人出现在二十世纪八十年代的美国、加拿大等国家，用于电力行业。二十世纪九十年代，我国开始了巡检机器人的研究。1998年，武汉大学研制出一款巡线小车，可通过遥控进行控制。2006年，沈阳自动化研究所研制出的一款超高压输电线路巡检机器人成功进行了实地测试。2007年，山东大学研制出一款轨道悬挂式巡检机器人。企业方面，我国的国自机器人技术有限公司、信同信息科技有限公司等企业，也推出了一些巡检机器人产品。[[1]]
巡检机器人是移动机器人中一个分支，根据应用场景，巡检机器人可以分出许多类别，如变电站巡检机器人、管道巡检机器人、铁路巡检机器人。根据应用场景的特征和需求，这些巡检机器人在结构和设计上均有所不同，以适应用户需求。巡检机器人在电力系统的应用已有多年的实践和经验，应用范围十分广泛，在发电、输电、变电、和配电等领域均有应用。[[2]]其中，又以变电站巡检机器人最为常见。
在社会和科技发展的过程中，电的应用越来越广泛，地位也越来越重要，为了保障电力供应的稳定性，要求及早发现、及时处理可能存在的故障，定期进行设备巡检是达到这个目的的一项常规手段。传统而言，电力系统中的巡视、检修工作由有经验的工作人员完成，工作人员劳动强度大，专业素质要求高，巡检效果不稳定。而且，地球的地理环境十分多变，许多地方的自然环境条件十分恶劣，人类难以达到或长时间居留，这种情况下，综合考虑巡检效果和效益，巡检机器人是更为理想的选择。
与人工巡检相比，巡检机器人拥有许多优势[[3]]：
- 巡检机器人携带相机、红外传感器、拾音器等多种传感器，可同时获取多种数据，并综合进行判断。巡检机器人的巡检质量稳定、客观，不受巡检人员主观因素影响，不容易出现误判。
- 巡检机器人可以代替人工，减轻工作人员劳动强度，并且可在人类难以久留的工作环境长期、稳定运行。
- 巡检机器人可记录并储存巡检时采集得到的图像、声音、温度等数据，备工作人员事后查找、审阅，并且，可以针对曾经出现过的误判案例记录并进行分析，进一步提升巡检效果。
巡检机器人的主要几种关键技术包括定位导航技术、图像识别技术、红外测温技术和实时数据分析技术。定位和导航技术是巡检机器人正常运行和执行任务的基础，根据运动方式，目前的巡检机器人主要可以分为地面式巡检机器人和轨道式巡检机器人。地面式巡检机器人灵活性高，但定位和移动的精度高度依赖传感器和算法，移动安全性有较高的不确定性。轨道式巡检机器人只能沿事先铺设的轨道移动，移动的准确性由机械结构保障，安全性高。[[4]]
图像蕴含有丰富的信息，是巡检机器人的重要检测手段之一。某些元器件工作状态异常，温度过高，这种状况一直持续下去，有可能导致装置损毁，无法正常运转，往往此时在外观上并无异样，为及早检测，需要结合红外测温技术。电力装置运转正常、异常或是刚刚启动等情况下，发出的声音均有所不同，有经验的工作人员可以通过声音判断装置的状态，通过对声音进行分析和处理，可以达到类似的效果。图像识别、红外测温等技术可实时采集数据，而数据分析技术则可以在本地对数据进行处理，减轻数据传输的压力，仅在有需要的时候才将原始数据传输给远离现场的工作人员，供其进行人工判断。
参考文献：
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