数据中心运维机器人技术白皮书

数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 分布式存储技术与产业分析报告 1 [编号ODCC-2022-02002] 数据中心运维机器人技术白皮书 开放数据中心标准推进委员会 2022-09发布 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 前言 随着数据中心建设规模逐渐加速，作为算力网络部署的重要环节，人工运维成本会随着数据中心建设数量和服务器部署规模线性增加，使运维成本居高不下。另一方面，人工运维失误导致的设施失效故障长期存在，已成为数据中心运维最大的安全隐患。 智能运维机器人通过硬件+人工智能的结合，一方面解放运维人力，同时提高数据中心的运维安全性，优化了数据中心的运营效率。当前数据中心运维对精细化管理要求日益提高，智能运维机器人的应用也逐渐广泛。但长期以来由于技术手段与系统架构的制约，运维机器人的应用大多集中在辅助巡检。而现场运维操作处理，特别是服务器维修操作与IT部件更换，是数据中心现场运维的主要工作。为更好地推动数据中心智能运维机器人技术的发展与系统规范，阿里云联合业内众多合作伙伴，投入大量研发力量，开发并建立了一整数据中心运维机器人技术体系。 本白皮书将通过对数据中心运维机器人系统解决方案、协同系统方案、维护与使用和应用案例等多个维度进行全面展示，期望推动智能运维机器人在数据中心领域的应用，推进数据中心逐渐向智能化发展。ODCC始终关注数据中心及其相关前沿技术发展，特联合相关单位共同编写本白皮书。 本规范感谢以下起草人&起草单位（排名不分先后）： 阿里云计算有限公司、中国信息通信研究院（云大所数据中心团队）：王鑫陈赟李润凯王加龙赵乃龙吴美希姜骁张晓聪陈新平李冲董晓刚 吕万洲王沈瑜施家栋吴国藩宫伟文刘怡舟杨泽国吕万洲 I 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 目录 前言I 一、适用范围1 二、规范性引用文件1 三、术语、定义和缩略语2 （一）术语2 （二）缩略语2 四、运维机器人系统解决方案3 （一）总体架构与功能3 （二）运维机器人的业务流5 （三）运维机器人本体与主要参数6 （四）运维机器人操作系统8 （五）运维机器人的操作能力9 （七）运维机器人的识别能力11 五、运维机器人协同系统方案12 （一）安防与门禁系统13 1.数据中心安防系统主要包含以下几个方面：13 2.门禁系统联动：13 3.视频监控系统联动13 4.巡更系统协同14 （二）自动化梯控系统15 （三）智能化资产辅助设备15 II 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 六、运维机器人系统测试17 七、运维机器人系统应用案例20 III 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 一、适用范围 数据中心运维机器人是一套以辅助运维操作为主要目的的自动化机器人系统。相比于现行的数据中心巡检机器人，运维机器人除了需要完成数据中心内的常规巡检任务外，更多的是关注于辅助现场完成更多样、更复杂的一系列服务器运维操作与资产管理工作。 本白皮书将重点介绍运维机器人系统的架构与核心功能、与运维机器人配套的协同系统、运维机器人的维护与使用管理、以及典型应用案例。本白皮书将对数据中心内应用运维机器人系统提供全面的建议与示范。期望通过对该系统的详细介绍，为机器人应用于新建机房提供设计指导，为应用于存量机房提供改造建议。 二、规范性引用文件 本白皮书是以国家相关标准规范为依据，主要参考规范如下： 标准 名称 GB/T36008-2018 《机器人与机器人装备协作机器人》 GB/T35144-2017 《机器人机构的模块化功能构件规范》 GB/T11291.2-2013 《机器人与机器人装备工业机器人的安全要求》 GB/T32197-2015 《机器人控制器开放式通信接口规范》 GB/T20868-2007 《工业机器人性能试验实施规划》 GB/T12642-2013 《工业机器人性能规范及其试验方法》 GB/T30029 《自动引导车设计通则》 GB/T30030 《自动引导车术语》 GB/T20721 《自动引导车通用技术条件》 GB/T33010-2016 《力传感器的检验》 GB50016 《建筑设计防火规范》 GB50174-2017 《数据中心设计规范》 GB/T2887 《电子计算机场地通用规范》 GBJ93 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》 1 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 GB50231 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》 GB7251.1 《低压成套开关设备和控制设备》 SDJ249.4 《电气安装工程电气设备交接试验标准》 IEC439 《低压电气配电盘》 GB14048 《低压开关设备和控制设备》 GB50171 《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》 GB9166 《低压成套开关设备基本试验方法》 GB7261 《继电器及继电保护基本试验方法》 GB4942.4 《低压电器外壳防护等级》 GB8191 《包装储运技术》 IEC62619 《储能电池安全标准》 三、术语、定义和缩略语 （一）术语 数据中心（DataCenter）：为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。 主机房（ComputerRoom）：主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备安装和运行的建筑空间，包括服务器机房、网络机房和存储机房等功能区域。 激光雷达（LaserRadar）：以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。 协作机械臂（collaborativerobot）：一种新型的工业机器人，机器人与人可以在生产线上协同作业。 （二）缩略语 AGV：AutomatedGuidedVehicle自动引导运输车 RGBD：RGB-Depth景深摄像头 2 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 OCR：OpticalCharacterRecognition光学字符识别WIFI：WirelessFidelity无线网络 AP：WirelessAccessPoint无线访问接入点IoT：InternetofThings物联网 四、运维机器人系统解决方案 数据中心运维机器人系统是一套面向数据中心主机房IT设备维修与资产全生命周期管理的自动化、智能化运维系统。该系统融合了机器人技术、人工智能技术、IoT技术等多方面先进技术，联动了楼宇自动化系统、运维工单系统和资产管理系统，形成了一整套全链路的自动化运维体系。 （一）总体架构与功能 运维机器人部署在数据中心楼内，通过无线局域网（WIFI），联动门禁系统、梯控系统，对接上层工单与监控平台完成硬盘维修更换、设备巡检、随工指引、资产盘点与硬盘回收等运维操作。如图1所示，运维机器人通过运维机器人的操作系统（RCS）与各个IoT设备无线相连接，并完成各个设备与机器人任务之间的调度。RCS作为一个信息汇总与转发平台，向上连接运维管理平台，实现与多个运维平台的信息交互。 3 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 图1运维机器人系统架构 运维机器人系统通过联动数据中心内的多个自动化设备，可以实现在楼内多楼层、多房间的移动作业。除了具有现有巡检机器人的主要功能外，通过机器人操作能力的提升与自动化设备的联动，还可以辅助现场人员进行IT设备的自助维护和设备更换。其主要业务功能如下： A.自动巡查：根据系统预设的操作内容、时间、路线等参数信息自动启动并完成巡查任务； B.特殊巡查：操作人员手工设定临时的巡查内容、时间、路线等参数，手动启动巡查任务，机器人自主完成全部任务流程； C.手动操作：操作人员完全接管机器人的运动控制权限，手动操作机器人完成任务； D.音视频对讲：现场与后台值班人员远程音视频对讲； E.后台监控：操作人员通过后台服务器实时监控现场数据和情况； F.安全防护：移动障碍物避碰，杂物识别； 4 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 G.自主充电：机器人具有电量监测功能，电量低及无任务期间，返回充电座自动充电； H.环境检测：温湿度采集、空气质量（含硫量）采集； I.机柜/服务器/硬盘识别：自动识别机柜编号、服务器编号、服务器U位、硬盘槽位、硬盘编号等信息； J.硬盘更换及回收：机器人自动根据指令联动硬盘柜、自动门、梯控、回收箱等设备，携带新硬盘前往目标位置，找到并更换故障硬盘，并将故障硬盘进行回收处理。 K.资产盘点：机器人可根据指令自动对目标机柜进行上架服务器的资产详细盘点，反馈U位、SN等信息。 L.服务器拔盘：机器人可根据指令自动对架上服务器进行硬盘拔除操作，并进行资产扫码录入及硬盘自动回收等操作。 M.巡检任务主要包含：温湿度检测、盲板缺失检测、漏水与异物检测。 （二）运维机器人的业务流 如图1所示，运维机器人系统联动了硬盘柜与安全箱两类IoT自动化设备。通过机器人本体与IoT设备的联动，系统可以完成数据中心内IT设备的全生命周期管理。如图2所示，以运维机器人硬盘维修更换业务流程为例： A.根据线上资产平台对资产水位控制的分析，新硬盘流入数据中心后，统一存放在硬盘柜内； B.接到线上工单平台的维修指令后，机器人设备联动硬盘柜，取出对应型号的硬盘，放在车体托盘上，开始进行硬盘更换任务； C.到达目标机柜位置后，识别比对机柜码、服务器SN，校验通过后进行旧硬盘拔出； D.更换硬盘后扫描识别旧硬盘SN，并将旧硬盘放置于车体托盘携带； E.机器人完成全部工单后，前往回收安全箱进行回收处理； F.投入旧硬盘后，机器人返回充电桩等待工单； G.安全箱存储硬盘，定期运转至集中产线，进行集中处理。 5 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 图2运维机器人系统硬盘维修业务流 从业务流程可以看出，通过多设备的联动，完成了一块硬盘从进入到数据中心、工作、更换等在数据中心内的全生命流程自动化、无人化的处理。通过运维机器人系统为数据中心提供了准确的、安全的、高效的IT资产全生命周期管理方案。 （三）运维机器人本体与主要参数 数据中心智能运维机器人通过定制集成基于激光雷达的自主定位导航技术、一体化立体视觉与多维力反馈的操作末端、协作型机械臂及多种传感器等实现了数据中心内的自主移动操作能力。如图3，阿里云联合业内多家合作方，通过自主开发的基于优化的机械臂复杂空间轨迹规划算法、基于立体视觉的点云匹配技术和基于深度学习的目标识别算法，实现了机器人系统对核心IT部件自动化、智能化运维保障的能力。 6 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 图3运维机器人技术框架 如图4，数据中心运维机器人主要包含AGV底盘及其驱动单元、自主定位与导航单元、自主充电和供电单元、六自由度协作机械臂、两指卡爪、六维力感知单位、视觉单元、主控制单元、语音对讲单元、通讯单元、硬盘槽、嵌入式控制器、安全防护单元、温湿度传感器、PM2.5传感器环境监控单元等，构成了完整的数据中心运维机器人本体。 图4运维机器人本体组成 运维机器人采用高精度激光导航和定位技术（SLAM），通过RGB摄像头和RGB-D摄像头相结合的方式实现机柜、服务器和硬盘的定位与识别，结合六自由 7 数据中心运维机器人技术白皮书ODCC-2022-02002 度协作机械臂、六位力传感器、卡爪等实现新旧硬盘的自主更换，通过360°全景摄像头实现对机器人周围环境的监控，通过温湿度传感器、PM2.5传感器实现环境监控，通过机器人控制系统RCS，用户可以实时观测机器的运行状态和周围环境，制定巡检计划和查看巡检日志，并在必要时对机器人进行远程操控，机器人可以在电量过低时进行自主充电。 数据中心运维机器人本体的主要参数如下： A.可操