KAOE科义巡检机器人：冶金钢铁企业管道除尘解决方案

一、项目概况

1.1 行业背景

钢铁冶金行业是国民经济的支柱产业，其生产过程中会产生大量粉尘、烟气，需通过除尘管道系统进行收集处理。除尘管道作为钢铁企业环保与生产稳定的关键设施，长期处于高温、高粉尘、腐蚀性环境中，易出现积灰堵塞、锈蚀穿孔、泄漏等问题。若未能及时发现，不仅会导致除尘效率下降、环保排放超标，还可能引发管道坍塌、煤气泄漏等安全事故，严重威胁生产安全与人员健康。

传统人工巡检方式在除尘管道场景中面临诸多挑战：管道内空间狭窄、积灰分布不均，人员进入易发生坠落、窒息风险；部分管道存在煤气残留、重金属粉尘，直接危害巡检人员健康；人工记录依赖纸质单据，数据准确性与追溯性差，漏检、错检率高；有限空间内图像视频取证困难，难以留存故障证据。

随着工业智能化升级，机器人替代人工巡检成为必然趋势。智能巡检机器人能适应恶劣管道环境，实现高效、精准、安全的巡检，为钢铁企业除尘管道的稳定运行提供技术保障。

1.2 需求分析

（1）复杂环境适应需求

除尘管道内环境特殊：管径差异大，部分管道存在 坡度分支、锈蚀凸起；积灰厚度不均，部分区域形成松软粉尘层；管道内壁可能有尖锐锈蚀物。传统轮式设备易打滑、卡滞，需机器人具备强越障能力及抗锈蚀性能。

（2）设备安全监测需求

管道需重点监测的隐患包括：积灰堵塞（影响风量与除尘效率）、锈蚀穿孔（可能导致气体泄漏）、结构变形（引发坠落风险）。需机器人搭载高清摄像头（图像取证）、气体传感器（检测 CO、O2 等），实时捕捉异常并记录数据。

（3）通信与续航保障需求

管道为金属密闭空间，信号屏蔽严重，且存在多分支、弯道，传统无线通信易中断。需定向天线 + 检修口中继方案，确保 50-100 米长直管道及弯道区域的信号覆盖。同时，管道巡检单次时长需匹配定修周期，要求机器人续航强劲，满足长距离巡检需求。

（4）操作便捷性需求

钢铁企业检修节奏快，需机器人操作简单（支持前进后退，禁止掉头以避免卡滞），且数据记录自动化（替代纸质单据），提升巡检效率。

二、系统方案设计

2.1 系统架构

本系统以除尘管道智能巡检机器人为核心，联动检测模块、通信系统、供电系统及后台管理系统，形成 “感知 - 传输 - 分析 - 决策” 的闭环体系。

巡检机器人本体：作为执行核心，搭载驱动系统、控制系统、检测模块及通信模块，实现管道内自主移动与数据采集。

检测模块：包括高防护摄像头（拍照 / 录像取证）、气体传感器（检测有毒气体与氧气含量），实时采集管道环境与设备状态数据。

通信系统：由定向天线单元、检修口中继天线（解决弯道 / 分支信号衰减）及地面交换机箱组成，保障机器人与后台的稳定数据传输。

供电系统：采用高性能锂电池+ 备用充电套装，确保机器人持续作业，支持快速更换电池以匹配检修周期。

后台管理系统：含任务调度平台与现场观察终端，实现巡检任务规划、实时数据查看、历史记录追溯及异常预警。

三、系统主要功能

3.1 图像采集与存储

机器人搭载的摄像头，在管道内昏暗环境下仍可清晰拍摄，实时记录积灰厚度、管道锈蚀程度、结构变形等情况。支持重点区域取证与自动录像（全程记录），数据自动上传至后台，替代人工纸质记录，避免漏检错检。

3.2 气体检测与预警

传感器实时监测管道内气体浓度：当 CO 浓度超标或 O2 含量过低时，机器人立即启动声光报警，并将位置与浓度数据传输至后台，后台通过终端弹窗提醒工作人员，避免人员进入危险区域。

3.3 自主移动与越障

机器人适应管道内松软积灰；驱动系统支持前进 / 后退（禁止掉头以防止卡滞），可跨越障碍（如管道接口凸起），攀爬≤30 度斜坡（部分倾斜管道），确保在复杂管道环境中稳定移动。

3.4 通信保障功能

通过定向天线 + 检修口中继的组合方案，解决金属管道信号屏蔽问题：长直管道内信号覆盖稳定，弯道 / 分支处信号无死角，确保图像、视频及传感器数据实时传输至后台，降低延迟。

四、项目实施方案

4.1 场地准备

管道清理：巡检前清除大块积灰、杂物，避免机器人卡滞。

检修口检查：确保检修口无堵塞、边缘平整，便于机器人进出；检修口周边预留操作空间，方便工作人员放置设备。

通信与电源准备：在检修口安装定向天线的位置预留电源接口；测试管道内信号衰减情况，确定天线安装点。

4.2 设备安装与调试

机器人安装：将摄像头、气体传感器固定于机器人本体，调试驱动系统（测试越障、爬坡性能）。

通信调试：布置定向天线与中继天线，测试长直管道及弯道处的信号强度，确保数据传输无中断。

传感器校准：用标准气体校准 CO/O2 传感器，确保检测误差≤±5%；校准摄像头焦距，保证图像清晰。

联动测试：模拟管道巡检场景，验证机器人移动、数据采集、后台显示的联动效果，确保异常时（如 CO 超标）预警准确。

4.3 系统配置与培训

后台配置：在任务调度平台录入管道参数，设置巡检路线、频次及预警阈值。

人员培训：对操作工人进行培训，内容包括：机器人放入 / 取出检修口的操作规范、后台数据查看方法、异常情况应急处理（如机器人卡滞时的救援流程）。

五、效益分析

5.1 直接效益

降低人工成本：传统人工巡检单条管道需 2 人配合，耗时 2 小时；机器人单次巡检仅需 1 人操作，耗时缩短至 40 分钟，年节省人工成本约 150 万元。

减少设备维修成本：通过提前发现积灰堵塞（避免风机过载损坏）、锈蚀穿孔（避免煤气泄漏维修），设备故障率降低 40%，年节省费用约 80 万元。

提高巡检效率：机器人单日可完成 5 条管道巡检（传统人工仅 2 条），且数据自动记录，漏检率从 15% 降至 3%，提升生产连续性。

5.2 间接效益

提升安全水平：彻底避免人员进入高风险管道（有毒气体、坠落隐患），减少安全事故发生率，保障员工健康。

助力智能化转型：巡检数据数字化存储，通过分析积灰、锈蚀趋势，优化管道维护计划（如制定针对性清灰周期），推动钢铁企业设备管理向 “预测性维护” 升级。

符合环保要求：及时发现除尘管道泄漏，避免粉尘超标排放，助力企业满足环保法规，减少罚款风险。