CN105710858A - 智能环保比对机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟气颗粒物和流速现场参比检测技术领域，目的是提供一种性能稳定可靠、提高比对效率和精确度、减小工作量的智能环保比对机器人，包括快开法兰开启装置、皮托管进给装置、控制系统，具备水平移动定位、竖直攀爬定位、自动检测等功能，具有方便携带、组装和拆卸快捷、性能稳定可靠等优点，检测时，机器人本体运动到烟道检测孔上方，快开法兰开启装置打开检测孔处的法兰盖板，机器人本体停止向前运动，皮托管进给装置带动皮托管插入烟道内部并控制每个测点位置，保证测量精度，满足了环保部门对电厂等行业固定污染源自动监测设备的比对监测需求，大幅提高了环保部门对电厂废气排放监测设备进行现场比对的精确度和工作效率，减小了工作量。

Description

智能环保比对机器人

技术领域

本发明属于烟气颗粒物和流速现场参比检测技术领域，特别是涉及一种智能环保比对机器人。

背景技术

比对监测结果是评审自动监测数据有效性的重要依据之一。污染源自动监测设备的比对监测是保证污染源自动监测系统监测数据准确性的有效措施和重要环节，是对污染物自动监测系统正常运行的质量控制和管理的有效方法。一般由各级环保主管部门所属的环境监测机构负责承担比对监测工作。目前，但随着高参数、大容量火电机组成为主力机型，锅炉脱硫系统尾部烟道截面积也越来越大，当地环保部门按照规定，每季度对电厂废气排放监测中烟气颗粒物和流量测量装置进行现场手工比对，但由于现场工作条件恶劣和现有手工比对测量手段限制、人为误差等，存在现场比对工作量大、时间长、工作效率和比对测量精度较低等问题，已无法满足环保部门落实污染源自动监测数据有效性审核管理等政策和环境执法的要求。

CN1709654A公开了一种基于同步齿形带的磁吸附履带式爬壁机器人，包括两套履带式运行机构、磁吸附构件、铰接机架、执行机构和电器控制装置，主动同步带轮和从动同步带轮以轴承分别支撑在运行机构支架的前后端，主动同步带轮与行走减速器的输出轴相连，行走减速器的输入轴与驱动电机及测速码盘相接，从动同步带轮的轴承座可在张紧装置的滑槽中滑动，以张紧同步齿形带，两套履带式运行机构左右对称，结构相同，执行机构设置在铰接机架上，铰接机架四角用铰轴与运行机构支架相铰接，固接在履带上的磁吸附构件均匀地嵌装在同步齿形带上，该本发明可用于多种爬壁作业和小型轻载的爬壁作业。但目前还没有能够实现对固定污染源(废气)自动监测设备进行比对监测的机器人，因此基于目前环保部门对固定污染源(废气)自动监测设备的比对监测需求研发此智能环保比对机器人。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性能稳定可靠、提高比对效率和精确度、减小工作量的智能环保比对机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种智能环保比对机器人，包括机器人本体，机器人本体包括骨架、行走装置，其中所述机器人本体还包括快开法兰开启装置、皮托管进给装置、控制系统，快开法兰开启装置包括微型推杆电机、法兰开启顶头、接近开关，微型推杆电机固定在骨架上，法兰开启顶头安装在微型推杆电机前侧，接近开关安装在法兰开启顶头上，皮托管进给装置包括进给电机、齿轮、进给齿条、齿条导向装置，进给电机安装在骨架上，进给电机的输出轴与传动轴连接，传动轴的两端支撑在轴承座上，齿轮安装在传动轴上，进给齿条与齿轮啮合连接，进给齿条位于齿条导向装置上，进给齿条中部设置通孔，皮托管安装在通孔内，控制系统包括安装在骨架上的单片机控制器，单片机控制器的信号接收端与接近开关的信号输出端连接，单片机控制器的控制信号输出端分别与微型推杆电机、进给电机的控制端连接。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，所述齿条导向装置包括安装板、进给导向架、导向轮，安装板固定在骨架上，安装板上安装两组进给导向架，每组进给导向架的两端分别对称安装一对导向轮，进给齿条位于导向轮之间。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，所述行走装置包括第一、第二行走电机、第一、第二行走减速器、第一、第二履带，第一、第二行走电机分别与骨架固定连接，第一、第二行走减速器分别通过法兰与第一、第二行走电机固定连接，第一行走减速器、第一行走电机的输出轴分别与第一、第二主动链轮轴连接，第一、第二主动链轮轴上分别安装第一、第二主动链轮，第二行走减速器、第二行走电机的输出轴分别与第一、第二从动链轮轴连接，第一、第二从动链轮轴上分别安装第一、第二从动链轮，第一主动链轮和第二从动链轮上套装第一履带，第二主动链轮和第一从动链轮上套装第二履带，第一、第二履带上均匀封装若干块永磁体，单片机控制器的控制信号输出端分别与第一、第二行走电机、第一、第二行走减速器的控制端连接。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，所述控制系统还包括摄像头、遥控器，摄像头安装在骨架上，摄像头的视频信号输出端与遥控器的视频信号接收端连接，遥控器的控制信号输出端与单片机控制器的控制端连接，单片机控制器的控制信号输出端与摄像头的控制端连接。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，所述骨架的左、右两侧分别安装一套防倾覆机构，防倾覆机构包括前部连杆、中部连杆、后部连杆、行走轮，后部连杆一端固定在骨架后部位置，另一端经中部连杆与前部连杆连接，中部连杆固定在骨架中部位置，行走轮安装在前部支座上，前部支座上固定弹簧导向筒，压缩弹簧安装在弹簧导向筒内，压缩弹簧的另一端顶在前部连杆上。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，所述后部连杆一端与后部支座固定连接，后部支座固定在骨架后部位置，中部连杆的底部与中部支座固定连接，中部支座固定在骨架中部位置。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，还包括机器人导向装置，机器人导向装置包括前翼板、后翼板、前导向轮、后导向轮，前、后翼板分别固定在骨架前、后侧，前翼板的两端分别安装前导向轮，后翼板的两端分别安装后导向轮。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，还包括辅助翻转装置，辅助翻转装置包括上盖板、下箱板、电动推杆，上盖板的两端与下箱板的两端分别通过销轴铰接，电动推杆的一端铰接在下箱板内壁上，另一端铰接在上盖板内壁上。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，还包括安装装置，安装装置包括固定于烟道顶部的安全立柱、电缆卷筒，电缆卷筒安装在安全立柱上，机器人本体上的线缆缠绕在电缆卷筒上。

本发明智能环保比对机器人，进一步的，所述安全立柱设有两根，每根安全立柱的底部固定一个防坠器，防坠器的钢丝绳与骨架连接。

本发明智能环保比对机器人与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明机器人包括快开法兰开启装置、皮托管进给装置、控制系统，具备水平移动定位、竖直攀爬定位、自动检测等功能，具有方便携带、组装和拆卸快捷、性能稳定可靠等优点，检测时，机器人本体运动到烟道检测孔上方，快开法兰开启装置打开检测孔处的法兰盖板，机器人本体停止向前运动，皮托管进给装置带动皮托管插入烟道内部并控制每个测点位置，保证测量精度，皮托管将测得的数据信号输出至差压式流量分析仪，差压式流量分析仪计算后实时输出、存储和上传比对数据，将现场比对情况实时输出，使当地环保部门能实时监控现场比对情况，并接收到实时比对数据和最终比对结果，达到环保数据有效性审核真实、准确和可靠的目的。

本发明智能环保比对机器人能够按照《固定污染源排气中固体颗粒物测定与气态污染物采样方法》的相关要求，快速、高效和高精度完成比对监测工作，满足了国内环保部门对电厂等行业固定污染源(废气)自动监测设备的比对监测需求，大幅提高了环保部门对电厂废气排放监测设备进行现场比对的精确度和工作效率，减小了工作量，解决了目前环保监测部门对固定污染源废气排放监测设备进行现场比对时工作量大、需要人员多、工作时间长和由于人为误差导致的比对精度较低等问题，降低了现场比对工作高空作业等安全隐患，支持环保部门采用在线监测数据对排污企业的监管，保障排污企业排污量和排污费的核算的准确性、客观性和合法性。

2.本发明智能环保比对机器人中，行走装置采用双履带，履带上封装若干块永磁体，机器人行走时，一部分永磁体紧紧地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，履带的旋转使最后的吸附块在脱离壁面的同时又使上面的一个吸附块吸附于壁面，这样周而复始，在实现机器人行走的同时保证有足够的吸附力。

下面结合附图对本发明的智能环保比对机器人作进一步说明。

附图说明

图1为本发明智能环保比对机器人工作状态整体结构图；

图2为本发明智能环保比对机器人中机器人本体的轴侧图；

图3为本发明智能环保比对机器人中机器人本体的立体图；

图4为本发明智能环保比对机器人中皮托管进给装置的立体图；

图5为本发明智能环保比对机器人中防倾覆机构的主视图；

图6为本发明智能环保比对机器人中辅助翻转装置的立体图；

图7为图3中A处放大图；

图8为快开法兰开启装置中法兰开启顶头刚接触滑块悬臂时的结构示意图；

图9为快开法兰开启装置中法兰开启顶头打开法兰盖板后的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明智能环保比对机器人包括机器人本体9、辅助翻转装置7、安全装置，机器人本体9包括骨架1、行走装置、快开法兰开启装置3、皮托管进给装置4、防倾覆机构5、机器人导向装置6、控制系统，行走装置包括第一、第二行走电机11、12、第一、第二行走减速器13、14、第一、第二履带15、16，第一、第二行走电机11、12分别与骨架1固定连接，第一、第二行走减速器13、14分别通过法兰与第一、第二行走电机11、12固定连接，第一行走减速器13、第一行走电机11的输出轴分别通过联轴器与第一、第二主动链轮轴17、18连接，第一、第二主动链轮轴17、18上分别安装第一、第二主动链轮19、20，第二行走减速器14、第二行走电机12的输出轴分别通过联轴器与第一、第二从动链轮轴21、22连接，第一、第二从动链轮轴21、22上分别安装第一、第二从动链轮23、24，第一主动链轮19和第二从动链轮24上套装第一履带15，第二主动链轮20和第一从动链轮23上套装第二履带16，第一、第二履带15、16上均匀封装若干块永磁体25。

结合图7所示，快开法兰开启装置3包括微型推杆电机31、法兰开启顶头32、接近开关33，微型推杆电机31固定在骨架1上，法兰开启顶头32安装在微型推杆电机31前侧，接近开关33安装在法兰开启顶头32上。快开法兰开启装置3的作用是确保迅速打开烟道外壁上检测孔26处的法兰盖板34。

结合图4所示，皮托管进给装置4包括进给电机41、齿轮42、进给齿条43、齿条导向装置，进给电机41通过法兰48安装在骨架1上，进给电机41的输出轴通过联轴器与传动轴49连接，传动轴49的两端支撑在轴承座44上，齿轮42安装在传动轴49上。齿条导向装置包括安装板45、进给导向架46、导向轮47，安装板45固定在骨架1上，安装板45上安装两组进给导向架46，每组进给导向架46的两端分别对称安装一对导向轮47，进给齿条43位于导向轮47之间，进给齿条43与齿轮42啮合连接。进给齿条43中部设置通孔，皮托管50安装在通孔内，皮托管与差压式流量分析仪连接，将测得的数据信号输出至差压式流量分析仪，差压式流量分析仪计算后实时输出、存储和上传比对数据，将现场比对情况实时输出，使当地环保部门能实时监控现场比对情况，并接收到实时比对数据和最终比对结果。

结合图5所示，骨架1的左、右两侧分别安装一套防倾覆机构5，防倾覆机构5包括前部连杆51、中部连杆52、后部连杆53、行走轮54，后部连杆53一端与后部支座55固定连接，后部支座55固定在骨架1后部位置，后部连杆53另一端经中部连杆52与前部连杆51连接，中部连杆52的底部与中部支座56固定连接，中部支座56固定在骨架1中部位置，行走轮54安装在前部支座57上，前部支座57上固定弹簧导向筒58，压缩弹簧59安装在弹簧导向筒58内，压缩弹簧59的另一端顶在前部连杆51上。

当机器人本体9在烟道侧壁27上垂直爬行时，由于进给齿条43及皮托管50比较长，使机器人本体9有较大的倾覆力矩，而机器人本体9的倾覆最先发生在位于上方的机器人本体9的后部，因此设计防倾覆机构5以防止机器人本体9在攀爬墙壁过程中发生机器人倾覆现象。防倾覆机构5的工作原理为：行走轮54与烟道侧壁27接触，由于压缩弹簧59处于压缩状态，弹簧力通过前部连杆51、中间连杆52和后部连杆53传递到后部支座55，使机器人骨架1的后部位置受到垂直壁面向里的力的作用，保证机器人本体9不发生倾覆。

机器人导向装置6包括前翼板61、后翼板62、前导向轮63、后导向轮64，前、后翼板61、62分别固定在骨架1前、后侧，前翼板61的两端分别安装前导向轮63，后翼板62的两端分别安装后导向轮64，使机器人本体9在烟道侧壁钢板28上的导向槽29内保持直线行走。

结合图6所示，辅助翻转装置7包括上盖板71、下箱板72、电动推杆73，上盖板71的两端与下箱板72的两端分别通过销轴74铰接，电动推杆73的一端铰接在下箱板72内壁上，另一端铰接在上盖板71内壁上。

辅助翻转装置7安装在烟道顶部，其作用在于将机器人本体9从水平位置翻转到垂直位置。因此当检测孔26位于烟道顶部65时，不需使用辅助翻转装置7即能完成对烟道的检测。

辅助翻转装置7有两种工作状态：开启状态和闭合状态，两种状态之间的转换靠电动推杆73来完成。闭合状态时，上盖板71与烟道顶部65平行，与烟道侧壁27垂直，方便操作人员对机器人本体9进行组装或拆解。开启状态时，上盖板71与烟道顶部65垂直，与烟道侧壁27平行，且上盖板71与烟道侧壁27的钢板28刚好接触，有利于机器人本体9从上盖板71顺利爬到烟道侧壁27上或从烟道侧壁27爬到上盖板71上，实现了检测孔26位于烟道侧壁27上的烟道检测。

由于机器人本体9在烟道侧壁27上垂直爬行，属于高危作业，因此本发明设计了相应安全装置，防止机器人本体9坠落等意外情况的发生。安装装置包括固定于烟道顶部65的两根安全立柱81、电缆卷筒82、防坠器83，电缆卷筒82安装在其中一根安全立柱81上，机器人本体9上的线缆(图中未示出)缠绕在电缆卷筒82上，每根安全立柱81的底部固定一个防坠器83，防坠器83的钢丝绳(图中未示出)与机器人骨架1连接。当检测孔26位于烟道顶部65时，安全装置仅设置一根安全立柱和电缆卷筒即可。

安全立柱81的作用在于承载机器人本体9意外坠落时所受的重力。电缆卷筒82的作用是当机器人本体9在壁面爬行过程中对其电缆进行收纳，防止机器人本体9拖拽电缆过长导致的电缆缠绕等现象发生，电缆卷筒82由卷簧控制，在卷簧的作用下，线缆可始终保持一定张力。防坠器83的钢丝绳能低于一定速率缓慢伸出，机器人本体9正常行走时其动作不受钢丝绳影响，当机器人本体9突然坠落时钢丝绳伸出速率突然增大，防坠器83可在短时间内立即钳住钢丝绳，防止机器人本体9坠落到地面。

控制系统包括单片机控制器91、摄像头92、遥控器，单片机控制器91和摄像头92都安装在骨架1上，摄像头92用于拍摄机器人所处环境，并将视频信号实时回传到遥控器显示屏上，方便操作员作出正确控制机器人本体9运动的判断。

单片机控制器91的信号接收端与接近开关33的信号输出端连接，单片机控制器91的控制信号输出端分别与第一、第二行走电机11、12、第一、第二行走减速器13、14、微型推杆电机31、进给电机41的控制端连接，通过单片机控制器91分别对第一、第二行走电机11、12、第一、第二行走减速器13、14、微型推杆电机31、进给电机41的工作状态进行控制。摄像头92的视频信号输出端与遥控器的视频信号接收端连接，遥控器的控制信号输出端与单片机控制器91的控制端连接，单片机控制器91的控制信号输出端与摄像头92的控制端连接，摄像头92将拍摄到的图像传输给遥控器，遥控器通过自身显示屏对外显示图像，工作人员通过遥控器向单片机控制器91发送不同的控制指令，从而分别完成单片机控制器91对摄像头92、第一、第二行走电机11、12、第一、第二行走减速器13、14、微型推杆电机31、进给电机41的控制。单片机控制器91上还设置有无线通讯端口，通过无线通讯端口可与外部无线网络连接。

本发明智能环保比对机器人的工作条件为：由于本发明机器人本体9需要附着在导磁介质上，因此使用本发明机器人时，需要在烟道外壁固定一块带导向槽29的钢板28，用作机器人本体9的吸附介质，同时使机器人本体9在机器人导向装置6的作用下，在钢板28上的导向槽29内保持直线行走。

本发明智能环保比对机器人的工作过程为：

机器人本体9在烟道顶部65进行组装，通过辅助翻转装置7使机器人本体9从烟道顶部65顺利爬到烟道侧壁27上。

第一行走减速器13、第一行走电机11带动第一、第二主动链轮19、20旋转，第二行走减速器14、第二行走电机12带动第一、第二从动链轮23、24旋转，第一、第二履带上不断有脱离钢板和吸附钢板的永磁体25，完成机器人本体9行走的同时保证有足够的吸附力，通过第一、第二履带15、16的转速差或正、反转可以控制机器人本体9行走方向。

机器人本体9运动到烟道检测孔26上方，结合图8和图9所示，检测孔26处的法兰盖板34在扭簧35的扭力和法兰盖板34本身的重力作用下处于常闭状态，当机器人本体9带动法兰开启顶头32触碰到滑块悬臂36后，随着机器人本体9的移动，滑块37会沿滑块导向槽38斜向下运动，滑块悬臂36在逐渐远离法兰开启顶头32的同时带动法兰盖板34克服重力和扭簧35扭矩而开启，接近开关33对滑块37的运动距离进行检测，当接近开关33检测到滑块37与自身的距离达到预设距离时，接近开关33向单片机控制器91发出控制信号，单片机控制器91根据控制信号对行走电机和行走减速器进行控制，从而使机器人本体9停止向前运动，同时发出让皮托管50插入烟道的动作指令。进给电机41启动，带动齿轮42旋转，与其啮合的进给齿条43带动皮托管50进入烟道内部，并控制插入距离，保证测点位置精度，皮托管将测得的数据信号输出至差压式流量分析仪。

当机器人本体9对此检测孔检测完毕后，微型推杆电机31收回，机器人本体9继续向前运动，法兰开启顶头32与滑块悬臂36脱离，法兰盖板34在重力和扭簧35扭矩的作用下回到常闭状态。机器人本体9继续向前运动，依次对烟道上的各检测孔进行检测。

本发明智能环保比对机器人用于固定污染源烟气连续监测系统(CEMS)的烟气颗粒物和流速(流量)现场参比检测技术领域，主要应用于各地环保部门对工业废气在线监测系统进行现场比对监测，能完成对现场各类布置复杂的烟道进行比对监测的工作任务，监督检查在线监测数据的准确性和真实性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能环保比对机器人，包括机器人本体，机器人本体包括骨架、行走装置，其特征在于：所述机器人本体还包括快开法兰开启装置、皮托管进给装置、控制系统，快开法兰开启装置包括微型推杆电机、法兰开启顶头、接近开关，微型推杆电机固定在骨架上，法兰开启顶头安装在微型推杆电机前侧，接近开关安装在法兰开启顶头上，皮托管进给装置包括进给电机、齿轮、进给齿条、齿条导向装置，进给电机安装在骨架上，进给电机的输出轴与传动轴连接，传动轴的两端支撑在轴承座上，齿轮安装在传动轴上，进给齿条与齿轮啮合连接，进给齿条位于齿条导向装置上，进给齿条中部设置通孔，皮托管安装在通孔内，控制系统包括安装在骨架上的单片机控制器，单片机控制器的信号接收端与接近开关的信号输出端连接，单片机控制器的控制信号输出端分别与微型推杆电机、进给电机的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：所述齿条导向装置包括安装板、进给导向架、导向轮，安装板固定在骨架上，安装板上安装两组进给导向架，每组进给导向架的两端分别对称安装一对导向轮，进给齿条位于导向轮之间。

3.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：所述行走装置包括第一、第二行走电机、第一、第二行走减速器、第一、第二履带，第一、第二行走电机分别与骨架固定连接，第一、第二行走减速器分别通过法兰与第一、第二行走电机固定连接，第一行走减速器、第一行走电机的输出轴分别与第一、第二主动链轮轴连接，第一、第二主动链轮轴上分别安装第一、第二主动链轮，第二行走减速器、第二行走电机的输出轴分别与第一、第二从动链轮轴连接，第一、第二从动链轮轴上分别安装第一、第二从动链轮，第一主动链轮和第二从动链轮上套装第一履带，第二主动链轮和第一从动链轮上套装第二履带，第一、第二履带上均匀封装若干块永磁体，单片机控制器的控制信号输出端分别与第一、第二行走电机、第一、第二行走减速器的控制端连接。

4.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：所述控制系统还包括摄像头、遥控器，摄像头安装在骨架上，摄像头的视频信号输出端与遥控器的视频信号接收端连接，遥控器的控制信号输出端与单片机控制器的控制端连接，单片机控制器的控制信号输出端与摄像头的控制端连接。

5.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：所述骨架的左、右两侧分别安装一套防倾覆机构，防倾覆机构包括前部连杆、中部连杆、后部连杆、行走轮，后部连杆一端固定在骨架后部位置，另一端经中部连杆与前部连杆连接，中部连杆固定在骨架中部位置，行走轮安装在前部支座上，前部支座上固定弹簧导向筒，压缩弹簧安装在弹簧导向筒内，压缩弹簧的另一端顶在前部连杆上。

6.根据权利要求5所述的智能环保比对机器人，其特征在于：所述后部连杆一端与后部支座固定连接，后部支座固定在骨架后部位置，中部连杆的底部与中部支座固定连接，中部支座固定在骨架中部位置。

7.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：还包括机器人导向装置，机器人导向装置包括前翼板、后翼板、前导向轮、后导向轮，前、后翼板分别固定在骨架前、后侧，前翼板的两端分别安装前导向轮，后翼板的两端分别安装后导向轮。

8.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：还包括辅助翻转装置，辅助翻转装置包括上盖板、下箱板、电动推杆，上盖板的两端与下箱板的两端分别通过销轴铰接，电动推杆的一端铰接在下箱板内壁上，另一端铰接在上盖板内壁上。

9.根据权利要求1所述的智能环保比对机器人，其特征在于：还包括安装装置，安装装置包括固定于烟道顶部的安全立柱、电缆卷筒，电缆卷筒安装在安全立柱上，机器人本体上的线缆缠绕在电缆卷筒上。

10.根据权利要求9所述的智能环保比对机器人，其特征在于：所述安全立柱设有两根，每根安全立柱的底部固定一个防坠器，防坠器的钢丝绳与骨架连接。