瓦力机器人由信息技术公司天津中心自主研发，当前在年中国移动自主开发大赛中正与其他参赛产品进行激烈角逐，已进入半决赛22强，将于10月10日在贵阳进行路演。
瓦力机器人演示
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产品背景
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电力是以电能作为动力的能源，电力行业关系着国计民生的基础性支柱产业，与国民经济发展息息相关。当前我国经济持续稳定发展，工业化进程稳步推进，对电力的需求必然日益增长。配电站，作为电力传输的枢纽，其运行的安全可靠性对电气设备制造企业至关重要。为保证配电站设备的安全稳定运行，设有周期性的例行巡检和特殊天气时候的特检。巡检的主要任务有配电站设备的外观、温度、噪音状况巡视，其中包括变压器、真空断路器、Pass开关、母线、隔离开关、避雷针、避雷器、电力电容器等，以及众多仪表的数据记录。巡检的任务量大，并且要在雷雨等特殊天气和用电高峰期时增加特殊巡检。
当前人工巡检仍然为配电站巡检的最主要方式。人工巡检即配电站工人定期对设备巡视检查，确认设备的外观是否存在异常，仪表数据是否正常，设备的气味、触觉，以及允许触摸的设备温度等是否正常。然而巡检效果很大程度上受巡检人员对设备的了解程度、人员的责任心、精神状态等主观因素影响。人工巡检劳动强度大、工作效率低，长时间工作下很难保证仪表数据准确地记录进系统；在雷雨、大雪等特殊天气时，人工巡检还存在较大安全隐患，且无法保证时效性。
随着人工智能技术的快速发展，采用先进的视觉检测技术可以极大地提升检测质量和工作效率，是实现配电站电气设备状态检测和维修的重要手段，因此，瓦力机器人第二代应运而生。瓦力二代采用基于数字图像处理和计算机视觉对电气设备关键零部件图像进行实时智能分析，判别设备零部件的状态故障与关键参数变化。
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功能介绍
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瓦力机器人二代，是面向智慧工业实际应用场景-配电房巡检，而打造的一款基于激光雷达传感器和差分移动底盘的巡检机器人系统。它具备自动定位导航和自主巡检功能，可准确监测配电站中的设备、读取仪表盘数据，当设备异常时触发告警，且具有友好的监控后台界面，方便工作人员使用。
巡检机器人系统主要由机器人、部署终端、监控后台、局域网络组成。机器人是巡检系统的执行平台，上面搭载着众多的传感器，比如激光雷达、惯性测量单元、超声波传感器等，用于在环境中进行精确的定位、导航，携带着众多巡检设备比如高清摄像头、热成像传感器、噪音采集装置等，在配电站执行具体的巡检任务。监控后台的工业管理系统，用于配合巡检机器人在变电站完成建立环境地图、部署巡检路线以及记录设备位置信息等必要的管理过程。
瓦力机器人核心功能
人工智能视觉检测
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基于YOLO、SSD、RCNN等多种计算机视觉框架，瓦力可以识别工业设备的仪表指针读数、显示屏故障状态信息、设备指示灯及部件连接线状态等内容。大多数情况下，电力设备待检测的物体均为小目标，例如紧固件、数据插口等，瓦力机器人根据集成多种神经网络方法的级联网络模型，可以准确完成图像分割、目标检测和异常分类，定位出物体的详细信息，并将检测结果记录到数据库。
工业场景下自动化巡检
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瓦力机器人依托高精度激光雷达可以在工业场景中自动化巡检，仅需在初始部署时进行场景的二维栅格制图，以及巡线路径标注，瓦力就可以通过SLAM技术计算最优路径，按照预设顺序逐一达到指定点位。在机器人到达指定位置采集图像后，通过AI技术进行视觉处理，实现电气设备中微小缺陷的检测，从而实现从人到机器的配电站巡检模式的转型和升级。
多种类型的视觉采集
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瓦力机器人搭载多台高精度视觉传感器，包括双目热成像摄像机，可见光摄像机和景深相机（RGB-D相机），不仅可以对可见光条件下常规图像做高分辨率采集，还支持采集工业场景的红外热辐射图，及三维景深点云图，视觉检测场景更加全面和立体。热成像图可以训练红外热力视觉模型，进行温度预警和火情预警，三维景深点云图对场景进行了三维视觉重建，结合VSLAM技术，可以不依赖激光雷达就能实现陌生环境下的自主导航，也能和雷达数据互相辅助，进行场景数据的校准。
工作原理
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重要改进
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研发中，瓦力机器人团队经过多轮硬件选型和调试，将一代瓦力的履带式底盘升级为工业级机器人底盘，将承重不足的视觉云台升级为可以挂载4台热成像摄像机的全角度云台，将分辨率不佳的单目摄像头升级为P高清摄像机、RGB-D景深相机和红外热成像测温相机。最终优化了瓦力的整体规划方案，制定了标准，以5G网络CPE为核心，解决了接口兼容、电源控制、网络连接等问题。
从初赛到半决赛，瓦力机器人一直在evolution，分别在机器人平台、视觉AI能力和应用落地场景3个方面取得了重大突破，完成了从一代到第二代的完美升级。
规划和标准
机器人平台的进化
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瓦力二代打造了工业级机器人底盘（EAID1型），以树莓派为主控平台，安装ROS操作系统，通过SLAM技术完成地图构建和全局定位，进而实现机器人在工业环境下的路径规划和自主导航，综合性能远高于第一代实验平台。该底盘最高载重达50kg，可以搭载大型设备，达到厘米级的导航精度，毫秒级的感应速度。同时，瓦力还采用高灵敏度热成像摄像机（大华），可以探测工业设备发出的红外热辐射，它融合了智能测温算法，测温误差在0.05摄氏度以内。
碗里机器人平台
视觉AI能力的进化。
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瓦力二代，具备针对可见光图像、热成像图像和三维景深图像的视觉建模能力，并融合目标检测、图像分类、图像分割、智能OCR等视觉框架，综合图像处理能力得到业界领先。通过自主构建SSD+Faster-RCNN的三层级联网络，可检测设备的小目标缺陷，如关键螺栓的紧固状态；还引入了智能OCR技术，能够识别设备显示屏的信息，记录故障的状态类型及异常读数，比如是长延时、短延时还是瞬时短路；此外，基于热成像测温摄像机采集的热力图，我们训练了热成像视觉模型，结合测温数据，有效进行火情预警、吸烟检测与冷热点追踪，工作场景更加全面和立体。
视觉AI能力提升
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原创贡献
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瓦力机器人的核心技术，是基于计算机视觉的电气设备异常检测，其载体是配电站巡检机器人，在高压配电站或高压配电房内，对相关电气化设备进行远距离的监控和智能化检测，涉及到智能驾驶的SLAM技术，也涉及到计算机视觉的物体识别、目标检测技术。原创性贡献包括：
规划智能检测机器人综合解决方案
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瓦力将各类部件IMU传感器、ROS控制主板、双目景深摄像头、电机等组装成面向工业场景的巡检机器人，并实现二维栅格制图、全局定位、路径规划、目标导航、自主运动能功能。通过在Ubuntu环境下安装ROS操作系统，将复杂硬件及配套软件集成到统一环境中，涉及算法包括：激光雷达二维栅格制图程序（Gmapping算法），全局定位的蒙特卡洛算法，自主路径规划程序（卡尔曼滤波算法），IMU位姿控制程序，并且在统一的ROS操作系统内实现工程控制，面向不同的场景，驱动机器人做不同的工作。同时，基于群智能优化进行SLAM路径规划优化，提升机器人路径规划的精度及巡检工作效率。
自主研发的视觉AI模型
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瓦力机器人平台利用高清摄像头拍摄视频后，将视频传送至云端服务器，通过SSD+Faster-RCNN的级联网络结构，进行电气设备的异常检测。
以配电柜为例，第一层网络使用SSD网络，SSD是一种端到端的单次多框实时检测的深度神经网络模型，设备面板通过SSD框架识别图像，进而定位出设备面板的图像回归框；第二层设备面板中的电力器件状态图像，通过Faster-RCNN框架来检测小物体的轮廓，在这个阶段提出用改进的猫群算法，以目标检测框架的误差函数为目标函数，优化回归方程的核心参数，以提升小目标的检测精度。最终层，以CNN作为分类器，对图像进行分类检测，是否存在安装及状态异常，引入猫群算法优化CNN的网络结构（如卷积层数，池化层数，节点数，Dropout率，全连接层节点数，动态调节算子等），提升异常检测结果的分类准确率。
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应用情况及前景展望
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瓦力机器人，目前已确定在浙江某大型电气集团配电房巡检项目中应用瓦力机器人来解决目前人工巡检的难题，重点检测配电设备短路状态、螺栓紧固状态、仪表指针读数、关键部件温度等。截至目前已进行了10轮次实地测试，采集图像达2.3万张，这是瓦力商用推广迈出的里程碑式一步。
在现有应用基础上，瓦力机器人在智慧工业*企市场上，有着非常广阔的推广前景。
目标客户分析
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面向工业场景的配电站巡检机器人受众面广，只要是有基于AI技术进行工业设备异常检测、安全管控、质量检验等解决需求的企业客户都是瓦力机器人的目标客户群。应用场景既包括大型电气/机械制造企业的工程建设、基站建设、大型数据中心巡检，也可以扩展到电力设备、电气设备、智能机械设备等工业垂直行业的视觉智能检测场景。
产品前景预测
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瓦力机器人配电站巡检系统，是一种硬件+软件的智能系统，一方面需要依赖成熟的机器人平台，另一方面需要引入先进的计算机视觉框架。在技术自研的基础上，部件原材料平台方面，平台高度集成化，可合作厂商选择范围广，采购方便，具有成熟的行业市场。
商业运营
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瓦力机器人初期为免费试用，达到一定的应用效果后可进行产品软件的打包出售，也可以按照需求进行硬件的分类选配。后期，还可将软件系统部署到行业自身的私有云Linux环境中，结合当前企业私有云快速发展的背景，为私有云的工业化应用贡献算力数据和模型。智慧工业行业客户购买产品后，一方面通过机器视觉能力提升安全管控、质量检测、远程点检的管理能力，一方面通过对硬件提供商提供捆绑式解决方案来促成协同运营。
规模化生产
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瓦力机器人产品从算法、模型到系统集成都具有自主知识产权，贡献了面向小目标检测的多层级联网络框架、工业检测机器人一体化解决方案，发表了5篇高水平学术论文，目前已申报3项国家专利正在审核中。该产品对硬件要求低，硬件市场成熟，方便快速部署。用于模型训练的图像特征库资源丰富，便于打造更高精度的物体识别模型，非常适合智慧工业发展，有着良好的规模化生产的前景。
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总结
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二代瓦力机器人在硬件、软件方面实现了综合性能的极大提升，并初步面向配电站巡检场景打造了专属解决方案，向更广阔的市场应用迈出了坚实的一步。在工业互联网时代，瓦力机器人的开发对帮助先进制造和智慧工业企业提升智能安全管理具有重要的应用价值，在新一代5G移动网络的助推下，产业化拓展前景一片光明。
公司头条
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