摘 要：可燃气体自动巡检设备对保证船舶机舱安全具有帮助作用。在巡检机器人的基础上，搭载可燃气体传感器和无线通信模块。传感器主要用来探测可燃气体的浓度，无线通信模块将采集到的信号实时传输给控制中心，对可燃气体可能泄漏的地点进行分析。规划好巡检路径后开机，巡检机器人将按照既定的路径对可燃气体浓度进行监测。平均准确度在90%以上，通信速度快、稳定、可靠，无网络堵塞，达到了预期目的。
关键词：船舶机舱；巡检机器人；无线通信；可燃气体
中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 05-020-04
工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.05.005
引言
机舱火灾是船舶航行中比较常见且危险系数较大的安全事故。与一般船舶机损事故相比，机舱火灾事故更为严重，经常造成人员伤亡、船舶自航能力丧失等后果[1]。对船舶机舱火灾发生规律进行研究，仔细分析船舶机舱火灾风险，有助于寻找降低乃至避免火灾的手段与方法。
机舱泄漏的可燃气体物理特性不同，其可燃范围也不同。可燃范围是指可燃气体与空气混合后，可燃气体的最小和最大浓度之间的比值，通常用爆炸下限（LEL：LOWER Explosion Limit）和爆炸上限（UEL：Utmost Explosion Limit）来表示。例如甲烷的爆炸极限为5%～15%，且甲烷的密度比空气小，一般在腔体的上部积聚，检测难度比较大[2]。为保证船舶运营安全，必须对可燃气体的泄漏情况进行实时检测。
各类舰船发动机机舱结构相对封闭，可燃气体一旦在机舱中泄漏或积聚，极易引起火灾、爆炸或人身中毒等恶性事故。目前由于成本的原因，机舱中的可燃气体传感器只能在机舱内少数的几个关键点位固定安装，而机舱内的结构又相对较为复杂，可燃气体若在局部积聚，一旦传感器未布置到该位置附近，将发生不利后果。本文提出一种可燃气体自动巡检机器人，它能够在船舶机舱内自动往返，进行可燃气体浓度地毯式检测，所有数据通过无线方式传输，减少工程布线成本。
1 理论基础
1.1 可燃气体监测
各类舰船发动机机舱结构相对封闭，可燃气体一旦在机舱中泄漏或积聚，将可能引起火灾、爆炸或人身中毒等恶性事故。为了保证生产和人身安全，各类舰船的机舱等都应安装可靠的可燃气体检测报警器，连续监控控制环境中可燃的浓度情况，并及时发出报警。然而由于各舰船发动机机舱结构差别较大，可燃气体泄漏情况各不相同，泄漏后所形成的可燃气体在机舱内各点浓度分布状况也各不相同。
传统可燃气体监测方案依照可燃气体的不同特性，配置不同的可燃气体检测设备，大致可分为两类：一类采用吸收式红外线气体浓度检测仪，另一类为催化燃烧式气体浓度探测仪。按照可燃气体探测设备安装位置和检测方式不同分为两大类：
（1）气体分析箱模式。通过取样管路，将监测点的空气通过专用管道连接到气体分析箱，各监测点的取样管路应相互独立、不允许用公共取样管路直接连至气体分析箱。可燃气体探测设备在30分钟间隔内，依次循环，从每个采样点取样并检测分析。
（2）独立安装模式。在船舶机舱中要安装固定的可燃气体探测装置，装置应布置在气体可能积聚的地方或布置在通风口出口处。当可燃气体的泄漏浓度达到空气中30%LEL时，报警系统应该能够通过声光报警的方式发出警报信号。机舱应至少设有两套独立的固定式可燃气体探测系统，用来连续检测可燃气体泄漏，保证探测系统的可靠性。
机舱可燃气体监测通常同时包含以上两种模式，以提高可燃气体检测的可靠性，另外每船还需配备两套经认可，并适合所载货品的便携式可燃气体探测仪和一台可以检测含氧量的氧气浓度检测仪。可燃气体探测装置的声光报警装置应该安装在包括驾驶室和机舱集控室中。可燃气体检测装置应该能够独立工作，在系统检修及维护保养时，可燃气体探测装置应该保持在工作状态。
传统方案存在的主要问题是可燃气体监测传感器的价格相对较高，且需要定期对探头进行维护。按照规范，催化燃烧式可燃气体探头每3个月需要标定一次，一般1～2年需要更换一次。为达到好的探测效果，需要使用大量的探头，增加了投資成本和后期维护费用。气体分析箱安装模式虽然维护成本比较小，但是需要增加额外的管道铺设成本，前期投入较大。
1.2 机器人技术
机器人产业作为高端智能制造的代表，在新一轮工业革命中将成为制造模式变革的核心和推进制造业产业升级的发动机。数据显示，国内工业机器人市场需求日益强劲，新安装量年均增长高达40%。三年内，机器人的应用会有快速的增加，五年后，机器人的应用会有直线式的上升。我国机器人的应用是今后发展的一个大趋势。
巡检机器人作为机器人产业中的一个分支，已在多个领域中应用，它的智能化推动着其在应用领域的市场前景越来越广。巡检机器人最大的优点是：无论白天、黑夜还是危险场合，它都可以在无人看管的情况下自动、自觉并出色完成一般日常巡视所包含的工作内容。不但减轻了人工劳动强度，在危险场合还可以控制工作人员的安全风险。可燃气体巡检机器人模型外观如图1所示。
2 机器人设计
结合船舶机舱可燃气体检测当中存在的问题和最新的机器人巡检技术，设计一种基于巡检机器人的可燃气体智能检测装置。如图1所示，它在巡检机器人的基础上，搭载可燃气体探测装置和无线传输模块，可燃气体探测装置主要用来探测空气中可燃气体的浓度，无线传输模块将采集到的信号实时传输给控制中心，对可燃气体可能泄漏的地点进行分析。然后，规划好巡检机器人的巡检路径，开机后巡检机器人将按照既定的路径，对可燃气体浓度进行检测。
2.1 总体方案