CN105290931B - 一种储罐罐壁维护机器人及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储罐罐壁维护机器人，包括车架和设置车架底部用于和罐壁配合的滚轮，所述车架四角设有用于将车架吸附压紧在管壁上的磁力座；所述车架中部转动连接有检测筒，所述检测筒外部与第一伺服电机驱动连接；所述检测筒内设有检测维护组件；所述车架前端设有用于跨越障碍的翻越支架；一种储罐罐壁维护机器人控制系统，包括机器人控制器模块、滚轮驱动模块等。通过使用本申请所述的储罐罐壁维护机器人及其控制系统可以代替人工实现机器人对储罐罐壁的检测和维护，且智能化程度高，效率高，维护效果好。

Description

一种储罐罐壁维护机器人及其控制系统
技术领域
本发明涉及一种储罐罐壁维护机器人及其控制系统。
背景技术
众所周知，在我国石油化工行业中，例如储油罐等原油存储设备作为重要的储存和运输部件在出厂之前或者使用一段时间后需要对罐壁的内外表面进行检测和维修，对于不合格的产品需要修理。现有的技术中都是通过人工进行检验，对于不合格的罐体表面进行打磨和喷涂防腐蚀喷涂料，采用人工检测和打磨方式不仅会直接危害人身健康，而且可能由于打磨火星的产生丽小范围燃烧或爆炸，具有严重的人身安全隐患。另一方面，罐体内壁也不方便人工操作，检测和打磨不均匀影响后期检测的准确性。现有技术急需一种代替人工对罐体进行检测和维护的储罐罐壁维护机器人及其控制系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种代替人工对罐体进行检测和维护的储罐罐壁维护机器人及其控制系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种储罐罐壁维护机器人，包括车架和设置车架底部用于和罐壁配合的滚轮，所述车架四角设有用于将车架吸附压紧在罐壁上的磁力座；所述车架中部转动连接有检测筒，所述检测筒外部与第一伺服电机驱动连接；所述检测筒内设有检测维护组件；所述车架前端设有用于跨越障碍的翻越支架。通过在车架上设置磁力座可以通过磁力将车架吸附于储罐罐壁上，通过设置检测维护组件可以实现对储罐罐壁的检测和维护，通过翻越支架可以提高机器人的攀爬性能。
作为优选地，所述检测维护组件包括摄像组件、打磨组件和喷涂组件，所述摄像组件、打磨组件和喷涂组件外部构造均为圆柱形，且均布于检测筒内。这样的设计使得机器人至少能够实现摄像、打磨和喷涂功能。通过第一伺服电机驱动检测筒转动可以很好的将三组不同功能组件进行切换。
作为优选地，所述摄像组件包括摄像组件外壳和设置在摄像组件外壳内的固定支架，所述固定支架上转动连接有摄像头固定轮，所述摄像头固定轮上均布有多个像素和焦距均不同的摄像头；所述摄像头固定轮与摄像伺服电机连接；所述摄像组件外壳底部朝向车架下端，所述摄像组件外壳底部设有透光保护罩。这样的设计使得操作者可以根据实际情况对不同焦距和像素的摄像头进行更换，或者在某一个摄像头出现问题之后其他摄像头作为备用；透光保护罩可以对摄像头起到保护作用。
作为优选地，所述打磨组件包括打磨组件外壳，所述打磨组件外壳底部设有打磨头，所述打磨头为圆形且设有三个，三个打磨头外缘与打磨组件外壳外缘相切设置，所述打磨头上端均连接有驱动杆，所述驱动杆之间设有驱动轮，所述驱动轮与驱动杆之间驱动连接，所述驱动轮上端通过打磨杆与设置在打磨组件外壳顶部的打磨伺服电机连接；所述打磨组件外壳上部设有限位块，所述驱动杆和打磨杆均穿过限位块且通过轴承与限位块转动连接；所述检测筒顶部设有用于驱动打磨组件外壳上下运行的气缸。这样的设计使得机器人可以通过打磨组件对罐壁表面不平整处或者有污物的地方进行打磨和清理，通过气缸使得打磨头与预定位置基础，通过打磨伺服电机带动打磨头旋转而实现打磨和清理效果。
作为优选地，所述喷涂组件包括喷涂组件外壳和密闭在喷涂组件外壳内的喷涂液，所述喷涂组件外壳底部朝向车架下端，所述喷涂组件外壳底部设有喷头，所述喷头通过导液管与喷涂组件外壳内部连通，所述导液管上设有喷涂液开关。这样的设计使得使用打磨组件打磨过的位置可以通过喷涂组件喷涂一定的保护液或者防腐蚀涂料来实现对罐壁的保护。
作为优选地，所述喷涂组件外壳为压力容器，所述喷涂组件外壳内在灌入喷涂液之后还通过压力设备压入部分空气，所述喷涂液通过内部气压将喷涂液从喷头喷出。这样的设计使得喷涂液可以依靠空气压力而实现喷涂；省去了外部用于将强喷涂压力的压力泵，简化了结构达到了同样的技术效果。
作为优选地，所述翻越支架包括基臂、延伸臂、基臂马达、延伸臂马达、伸缩气缸和转动吸块；所述基臂一端与车架前端中部通过基臂马达驱动连接， 另一端与延伸臂通过延伸臂马达驱动连接，所述延伸臂外端设有转动吸块；所述基臂上设有用于改变基臂长度的伸缩气缸。这样的设计可以在机器人遇到较小的障碍，通过滚轮无法通过时，可以通过翻越支架的配合，使得机器人翻过障碍，提高机器人的运行性能。
作为优选地，所述转动吸块与延伸臂通过万向轴连接，所述转动吸块为机械式磁力座，所述机械式磁力座上设有控制磁力座吸合的第一控制开关。这样的设计利于延伸臂通过转动吸块与罐壁吸附，万向轴利于转动吸块与罐壁调整位置实现吸附。
作为优选地，所述车架四角设有的磁力座为机械式磁力座，位于车架前端的两个磁力座上设有控制磁力座吸合的第二控制开关和第三控制开关；位于车架后端的两个磁力座上设有控制磁力座吸合的第四控制开关和第五控制开关。这样的设计利于控制各个磁力座与罐壁之间的吸合。本申请中所提及的罐壁为铁质的储存罐，与磁力座可以实现吸附。
一种储罐罐壁维护机器人控制系统，包括机器人控制器模块、滚轮驱动模块、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第一伺服电机驱动模块、摄像伺服电机驱动模块、摄像头驱动模块、超声波探测模块、打磨伺服电机驱动模块、气缸驱动模块、喷涂液开关驱动模块、基臂马达驱动模块、延伸臂马达驱动模块、伸缩气缸驱动模块；
所述摄像头驱动模块用于驱动摄像头摄像并存储图像信息，同时将图像信息传输于机器人控制器模块，机器人控制器模块将图像信息与提前存储于机器人控制器模块中的标准信息对比后形成反馈信号；
反馈信号发送至滚轮驱动模块或者清洗模块或者翻越模块，所述清洗模块包括第一伺服电机驱动模块、摄像伺服电机驱动模块、摄像头驱动模块、打磨伺服电机驱动模块、气缸驱动模块、喷涂液开关驱动模块；所述翻越模块包括滚轮驱动模块、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、基臂马达驱动模块、延伸臂马达驱动模块、伸缩气缸驱动模块；所述滚轮驱动模块或者清洗模块或者翻越模块根据反馈信息运行。通过使用本申请所述的控制系统可以实现机器人的智能分析和操作。
本发明的优点和有益效果在于：通过使用本申请所述的储罐罐壁维护机器人及其控制系统可以代替人工实现机器人对储罐罐壁的检测和维护，且智能化程度高，效率高，维护效果好。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明摄像组件结构示意图；
图4为本发明打磨组件结构示意图；
图5为本发明喷涂组件结构示意图；
图6为本发明控制系统示意图。
图中：1、车架；2、滚轮；3、磁力座；4、检测筒；5、第一伺服电机；6、摄像组件外壳；7、固定支架；8、摄像头固定轮；9、摄像头；10、摄像伺服电机；11、透光保护罩；12、打磨组件外壳；13、打磨头；14、驱动杆；15、驱动轮；16、打磨伺服电机；17、限位块；18、气缸；19、喷涂组件外壳；20、喷涂液； 22、喷头；23、导液管；24、 喷涂液开关； 26、基臂；27、延伸臂；28、基臂马达；29、延伸臂马达；30、伸缩气缸；31、转动吸块；32、万向轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-图6所示，一种储罐罐壁维护机器人，包括车架1和设置车架1底部用于和罐壁配合的滚轮2，所述车架1四角设有用于将车架1吸附压紧在罐壁上的磁力座3；所述车架1中部转动连接有检测筒4，所述检测筒4外部与第一伺服电机5驱动连接；所述检测筒4内设有检测维护组件；所述车架1前端设有用于跨越障碍的翻越支架。
所述检测维护组件包括摄像组件、打磨组件和喷涂组件，所述摄像组件、打磨组件和喷涂组件外部构造均为圆柱形，且均布于检测筒4内。
所述摄像组件包括摄像组件外壳6和设置在摄像组件外壳6内的固定支架7，所述固定支架7上转动连接有摄像头9固定轮8，所述摄像头9固定轮8上均布有多个像素和焦距均不同的摄像头9；所述摄像头9固定轮8与摄像伺服电机10连接；所述摄像组件外壳6底部朝向车架1下端，所述摄像组件外壳6底部设有透光保护罩11。
所述打磨组件包括打磨组件外壳12，所述打磨组件外壳12底部设有打磨头13，所述打磨头13为圆形且设有三个，三个打磨头13外缘与打磨组件外壳12外缘相切设置，所述打磨头13上端均连接有驱动杆14，所述驱动杆14之间设有驱动轮15，所述驱动轮15与驱动杆14之间驱动连接，所述驱动轮15上端通过打磨杆与设置在打磨组件外壳12顶部的打磨伺服电机16连接；所述打磨组件外壳12上部设有限位块17，所述驱动杆14和打磨杆均穿过限位块17且通过轴承与限位块17转动连接；所述检测筒4顶部设有用于驱动打磨组件外壳12上下运行的气缸18。
所述喷涂组件包括喷涂组件外壳19和密闭在喷涂组件外壳19内的喷涂液20，所述喷涂组件外壳19底部朝向车架1下端，所述喷涂组件外壳19底部设有喷头22，所述喷头22通过导液管23与喷涂组件外壳19内部连通，所述导液管23上设有喷涂液开关24。
所述喷涂组件外壳19为压力容器，所述喷涂组件外壳19内在灌入喷涂液之后还通过压力设备压入部分空气，所述喷涂液通过内部气压将喷涂液从喷头22喷出。
所述翻越支架包括基臂26、延伸臂27、基臂马达28、延伸臂马达29、伸缩气缸30和转动吸块31；所述基臂26一端与车架1前端中部通过基臂马达28驱动连接， 另一端与延伸臂27通过延伸臂马达29驱动连接，所述延伸臂27外端设有转动吸块31；所述基臂26上设有用于改变基臂26长度的伸缩气缸30。
所述转动吸块31与延伸臂27通过万向轴32连接，所述转动吸块31为机械式磁力座3，所述机械式磁力座3上设有控制磁力座3吸合的第一控制开关。
所述车架1四角设有的磁力座3为机械式磁力座3，位于车架1前端的两个磁力座3上设有控制磁力座3吸合的第二控制开关和第三控制开关；位于车架1后端的两个磁力座3上设有控制磁力座3吸合的第四控制开关和第五控制开关。
一种储罐罐壁维护机器人控制系统，包括机器人控制器模块、滚轮驱动模块、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第一伺服电机驱动模块、摄像伺服电机驱动模块、摄像头驱动模块、超声波探测模块、打磨伺服电机驱动模块、气缸驱动模块、喷涂液开关驱动模块、基臂马达驱动模块、延伸臂马达驱动模块、伸缩气缸驱动模块；
所述摄像头驱动模块用于驱动摄像头9摄像并存储图像信息，同时将图像信息传输于机器人控制器模块，机器人控制器模块将图像信息与提前存储于机器人控制器模块中的标准信息对比后形成反馈信号；
反馈信号发送至滚轮驱动模块或者清洗模块或者翻越模块，所述清洗模块包括第一伺服电机驱动模块、摄像伺服电机驱动模块、摄像头驱动模块、打磨伺服电机驱动模块、气缸驱动模块、喷涂液开关驱动模块；所述翻越模块包括滚轮驱动模块、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、基臂马达驱动模块、延伸臂马达驱动模块、伸缩气缸驱动模块；所述滚轮驱动模块或者清洗模块或者翻越模块根据反馈信息运行。
在使用时，第一步，通过机器人控制器模块（单片机或者PLC）将第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关和第五控制开关保持开启状态，也就是车架1四角的磁力座3（机械磁力座3）的状态为吸附状态，然后将车架1底盘朝向罐壁（内壁或者外壁），磁力座3的吸合面朝向罐壁；车架1通过磁力座3与罐壁的吸附而附着在罐壁上；
第二步，通过机器人控制器模块控制摄像伺服电机驱动模块驱动摄像伺服电机10，将摄像头9（多个摄像头9中的一个）对准车架1底部，通过机器人控制器模块控制摄像伺服电机驱动模块开启摄像头9的摄像功能，摄像头9摄像并存储图像信息，同时将图像信息传输于机器人控制器模块，机器人控制器模块将图像信息与提前存储于机器人控制器模块中的标准信息对比后形成反馈信号；
第三步，如果图像信息与标准信息一致则反馈信号为命令滚轮驱动模块驱动滚轮2继续前行（车架1上设有用于驱动滚轮2前行的马达和驱动滚轮2转向的机构，属于现有技术，不赘述）；
第四步，如果图像信息与标准信息不一致，发现有异常的凸起（预处理位置），污垢需要清理的，则指令为首先命令第一伺服电机驱动模块驱动第一伺服电机5使得检测筒4旋转120，将打磨组件替换摄像组件至预处理位置，接着通知气缸驱动模块驱动气缸18运行，使得打磨组件外壳12下行，使得打磨头13与预处理位置接触；接着命令打磨伺服电机驱动模块驱动打磨伺服电机16运行，驱动驱动杆14转动，驱动打磨头13将预处理位置的异常的凸起或者污垢清除；接着通知气缸驱动模块驱动气缸18运行，使得打磨组件外壳12上行，同时通知打磨伺服电机驱动模块停止运行；接着命令第一伺服电机驱动模块驱动第一伺服电机5使得检测筒4旋转120，将喷涂组件替换摄像组件至预处理位置；接着命令喷涂液开关驱动模块驱动喷涂液开关24开启，喷涂液20在空气压力下将喷涂液20喷涂至预处理位置；此时一个工作周期完成。完成之后还可以再次将摄像组件切换至预处理位置进行检测，或者将摄像组件通过无线设备与外部带有显示屏的终端连接，进行人工观测。
之后再次进入第一步操作。同时为了提高机器人的测量功能可以在车架1上集成超声波探测终端，通过驱动模块与机器人控制器模块连接，对罐壁的厚度和焊接部位质量进行测量。
在机器人在运行时，如果遇到了较小的障碍，通过滚轮2无法直接逾越的，可以通过机器人控制器模块驱动基臂马达28和延伸臂马达29，将延伸臂27的外端先跨越过障碍物，并通过机器人控制器模块驱动第一控制开关开启，转动吸块31通过万向轴32转动，自动与罐壁吸附形成连接；此时，通过机器人控制器模块控制伸缩气缸驱动模块驱动伸缩气缸30运行，基臂26长度收缩，同时通过机器人控制器模块控制第二控制开关和第三控制开关关闭，滚轮驱动模块驱动滚轮2前行，这样车架1的前部被提起并且前行，将车架1的前部跨过障碍；此时，通过机器人控制器模块控制第二控制开关和第三控制开关开启，第四控制开关和第五控制开关关闭，滚轮驱动模块驱动滚轮2前行，这样车架1由于后部失去应力而与罐壁脱离，车架1前部恢复引力而与罐壁再次吸附，通过滚轮2滚动和基臂26和延伸臂27配合转动，车架1可以成功跨越障碍。此时可以控制基臂马达28和延伸臂马达29将翻越支架收回。
由于机器人内部设有磁力座3等磁性材料，所以机器人本体采用铝或者塑料等非铁材质，较小机器人本身对磁场的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：包括车架和设置车架底部用于和罐壁配合的滚轮，所述车架四角设有用于将车架吸附压紧在罐壁上的磁力座；所述车架中部转动连接有检测筒，所述检测筒外部与第一伺服电机驱动连接；所述检测筒内设有检测维护组件；所述车架前端设有用于跨越障碍的翻越支架；
所述检测维护组件包括摄像组件、打磨组件和喷涂组件，所述摄像组件、打磨组件和喷涂组件外部构造均为圆柱形，且均布于检测筒内；
所述摄像组件包括摄像组件外壳和设置在摄像组件外壳内的固定支架，所述固定支架上转动连接有摄像头固定轮，所述摄像头固定轮上均布有多个像素和焦距均不同的摄像头；所述摄像头固定轮与摄像伺服电机连接；所述摄像组件外壳底部朝向车架下端，所述摄像组件外壳底部设有透光保护罩。
2.如权利要求1所述的一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：所述打磨组件包括打磨组件外壳，所述打磨组件外壳底部设有打磨头，所述打磨头为圆形且设有三个，三个打磨头外缘与打磨组件外壳外缘相切设置，所述打磨头上端均连接有驱动杆，所述驱动杆之间设有驱动轮，所述驱动轮与驱动杆之间驱动连接，所述驱动轮上端通过打磨杆与设置在打磨组件外壳顶部的打磨伺服电机连接；所述打磨组件外壳上部设有限位块，所述驱动杆和打磨杆均穿过限位块且通过轴承与限位块转动连接；所述检测筒顶部设有用于驱动打磨组件外壳上下运行的气缸。
3.如权利要求2所述的一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：所述喷涂组件包括喷涂组件外壳和密闭在喷涂组件外壳内的喷涂液，所述喷涂组件外壳底部朝向车架下端，所述喷涂组件外壳底部设有喷头，所述喷头通过导液管与喷涂组件外壳内部连通，所述导液管上设有喷涂液开关。
4.如权利要求3所述的一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：所述喷涂组件外壳为压力容器，所述喷涂组件外壳内在灌入喷涂液之后还通过压力设备压入部分空气，所述喷涂液通过内部气压将喷涂液从喷头喷出。
5.如权利要求4所述的一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：所述翻越支架包括基臂、延伸臂、基臂马达、延伸臂马达、伸缩气缸和转动吸块；所述基臂一端与车架前端中部通过基臂马达驱动连接， 另一端与延伸臂通过延伸臂马达驱动连接，所述延伸臂外端设有转动吸块；所述基臂上设有用于改变基臂长度的伸缩气缸。
6.如权利要求5所述的一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：所述转动吸块与延伸臂通过万向轴连接，所述转动吸块为机械式磁力座，所述机械式磁力座上设有控制磁力座吸合的第一控制开关。
7.如权利要求6所述的一种储罐罐壁维护机器人，其特征在于：所述车架四角设有的磁力座为机械式磁力座，位于车架前端的两个磁力座上设有控制磁力座吸合的第二控制开关和第三控制开关；位于车架后端的两个磁力座上设有控制磁力座吸合的第四控制开关和第五控制开关。
8.一种储罐罐壁维护机器人控制系统，其特征在于：包括机器人控制器模块、滚轮驱动模块、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第一伺服电机驱动模块、摄像伺服电机驱动模块、摄像头驱动模块、超声波探测模块、打磨伺服电机驱动模块、气缸驱动模块、喷涂液开关驱动模块、基臂马达驱动模块、延伸臂马达驱动模块、伸缩气缸驱动模块；
所述摄像头驱动模块用于驱动摄像头摄像并存储图像信息，同时将图像信息传输于机器人控制器模块，机器人控制器模块将图像信息与提前存储于机器人控制器模块中的标准信息对比后形成反馈信号；
反馈信号发送至滚轮驱动模块或者清洗模块或者翻越模块，所述清洗模块包括第一伺服电机驱动模块、摄像伺服电机驱动模块、摄像头驱动模块、打磨伺服电机驱动模块、气缸驱动模块、喷涂液开关驱动模块；所述翻越模块包括滚轮驱动模块、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、基臂马达驱动模块、延伸臂马达驱动模块、伸缩气缸驱动模块；所述滚轮驱动模块或者清洗模块或者翻越模块根据反馈信号运行。
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