CN108453698B - 用于检测scr反应器内部情况的智能检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，能够在高温下检测SCR反应器的内部损伤、催化剂积灰程度等情况。一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，包括运动系统、风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统；运动系统包括用于承载风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统的车体底盘，用于校正智能检测机器人运动路径的碰撞校正模块，以及用于测量智能检测机器人与SCR反应器内部边沿壁面距离的超声波模块；风速采样系统包括用于检测SCR反应器出口风速的风速传感器和用于校准风速传感器位置的二维校准装置。本发明极大缩短SCR反应器的检修时间，减少催化剂浪费并降低人身伤害。

Description

用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人

技术领域

本发明涉及一种智能机器人，特别涉及一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，属于SCR检测技术领域。

背景技术

选择性催化还原法脱硝技术(selective catalytic reduction , SCR)是锅炉尾烟处理的重要环节，其内部工作环境相对恶劣，多尘、多灰粒。细小的灰粒会在层流状态下聚集于SCR反应器的上游部位，容易形成搭桥、堵塞，严重影响催化剂活性。所以，为了保证锅炉尾烟处理的效率及设备运行的安全，SCR反应器需要定期的检修。

现有的检修模式需要等待SCR反应器内部的物理温度降至40-50摄氏度，才能由工人进入反应器，检查判断反应器内部是否出现损坏并大范围无针对性地对所有催化剂进行清理。这种工作模式效率较低，耗时较长，产生了较高的维护成本；非定点的催化剂清理或更换会造成催化剂大规模损伤浪费，浪费资源；更重要的是，反应装置为多尘、有毒气环境，会对人体造成不可逆转的损害。

因此，尽快开发出一种能取代人力进行SCR内部巡检的自动化设备，提高检修效率和清理针对性，降低工人身体受损伤的风险，降低维护成本，是所述领域的科技工作者共同面临的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，能够在高温下检测SCR反应器的内部损伤、催化剂积灰程度等情况。在SCR反应器内部温度降至80-100摄氏度时，该智能检测机器人能够按照规定路线检测并反馈实时图像与SCR反应器内部损伤、催化剂积灰程度等情况，缩短SCR反应器的检修时间，减少催化剂浪费，提高检修质量，降低人身伤害，解决以上背景技术中提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，包括运动系统、风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统；

所述的运动系统包括用于承载风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统的车体底盘，用于校正智能检测机器人运动路径的碰撞校正模块，以及用于测量智能检测机器人与SCR反应器内部边沿壁面距离的超声波模块；

所述的风速采样系统包括用于检测SCR反应器出口风速的风速传感器和用于校准风速传感器位置的二维校准装置，风速传感器与二维校准装置固定连接；

所述的图像采集系统包括用于采集SCR反应器内部图像的摄像头模块和用于调整摄像头模块摄像角度的角度调整装置；

所述的控制系统包括用于接收和处理信号的单片机模块、用于与外部电脑通讯的串口通讯模块和用于控制角度调整装置的遥控手柄，遥控手柄与单片机模块无线通讯连接；

所述的动力系统包括用于给风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统提供电力的供电模块；

所述的碰撞校正模块、超声波模块、风速传感器、二维校准装置、角度调整装置均与单片机模块电连接。

作为优选，所述的车体底盘内部设有至少两个用于驱动车轮的驱动电机，驱动电机分别连接车体底盘两侧的车轮。驱动电机分别控制车体底盘两侧车轮的运动，更好的实现智能检测机器人的正行、倒行、转向等运动方式。

作为优选，所述的驱动电机外部设有用于给驱动电机隔热的铝箔玻纤套管。

作为优选，所述的碰撞校正模块包括至少两个碰撞支架和与碰撞支架对应的碰撞传感器，碰撞支架与车体底盘前端固定连接，碰撞支架之间平行设置，每个碰撞支架前端固定连接一个碰撞传感器。智能检测机器人工作时，如果位于车体底盘前端一边的碰撞传感器先碰撞到SCR反应器内部的催化剂层边沿壁面，则碰撞传感器给单片机发送信号使这一边的电机停止运转，车体这一边停止运动，车体底盘另一边的电机保持正转，直到车体底盘前端另一边的碰撞传感器碰到催化剂层边沿壁面，实现智能检测机器人的位姿校正，使智能检测机器人与催化剂层边沿壁面平行。

作为优选，所述的二维校准装置包括风速传感器支架、第一滑块、X轴滑槽、X轴滚珠丝杠、X轴步进电机、第二滑块、Y轴滑槽、Y轴滚珠丝杠和Y轴步进电机，风速传感器支架一端固定连接风速传感器，风速传感器支架另一端固定连接第一滑块，第一滑块与X轴滚珠丝杠螺纹连接，X轴滚珠丝杠设于X轴滑槽中，X轴滚珠丝杠连接X轴步进电机，X轴滑槽底面固定连接第二滑块，第二滑块与Y轴滚珠丝杠螺纹连接，Y轴滚珠丝杠设于Y轴滑槽中，Y轴滚珠丝杠连接Y轴步进电机。这样设计的好处是实现风速传感器在X轴和Y轴方向上的自由运动。

作为优选，所述的角度调整装置包括上层舵机、下层舵机、第一支架、第二支架和第三支架，摄像头模块通过第一支架固定连接上层舵机的输出轴，上层舵机通过第二支架固定连接下层舵机的输出轴，下层舵机通过第三支架固定连接车体底盘。上层舵机带动第一支架绕上层舵机的输出轴即X轴转动，控制调整摄像头模块的俯仰角，下层舵机通过第二支架带动整个上层舵机和摄像头模块一起绕下层舵机的输出轴即Z轴转动，控制调整摄像头模块的偏航角。

作为优选，所述的第一支架、第二支架和第三支架均为U型支架，第一支架的U型端固定连接上层舵机的输出轴，第二支架的U型端固定连接上层舵机的机身，第二支架的底部固定连接下层舵机的输出轴。

作为优选，所述的单片机模块外部设有用于保护单片机模块的隔热盒。隔热盒由高热阻材料制成，隔热盒内置相变换热材料，可保证单片机模块的正常工作温度。

作为优选，所述的单片机模块在处理风速传感器采样信号时使用的算法为限幅算数平均滤波算法。

作为优选，所述的车体底盘为履带车底盘。

本发明的有益效果是：

（1）极大缩短SCR反应器的检修时间。根据分析智能检测机器人采集的数据和图像，工厂可以在有必要的时候才停工进行检修，而非频繁地进行定期检修；

（2）减少催化剂浪费。根据各采样点的堵塞情况分析，工厂可以有针对性地对堵塞严重的催化剂管进行更换，避免由于数据分析不足而昂贵的催化剂管需要定期大范围更换的情况；

（3）降低人身伤害。SCR反应器内部有较多粉尘和NOx等有毒有害气体，对检修工人的人身安全造成极大威胁。根据智能检测机器人反馈的数据，工人可以有计划、有针对性地清理，从而减少在反应器内停留的时间。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的侧视示意图；

图3是本发明碰撞校正模块的结构示意图；

图4是本发明二维校准装置的结构示意图；

图5是本发明角度调整装置的结构示意图；

图6是本发明二维校准装置的校准工作流程图；

图7是本发明角度调整装置的工作流程图；

图8是本发明单片机模块的控制流程图；

图9是实施例2的控制框图；

图10是实施例2的电路框图；

图11是实施例2的上位机界面示意图。

图中：1、车体底盘，2、碰撞校正模块，3、超声波模块，4、风速传感器，5、二维校准装置，6、摄像头模块，7、角度调整装置，8、单片机模块，9、串口通讯模块，10、遥控手柄，11、供电模块，12、驱动电机，13、车轮，14、铝箔玻纤套管，15、碰撞支架，16、碰撞传感器，17、风速传感器支架，18、第一滑块，19、X轴滑槽，20、X轴滚珠丝杠，21、X轴步进电机，22、第二滑块，23、Y轴滑槽，24、Y轴滚珠丝杠，25、Y轴步进电机，26、上层舵机，27、下层舵机，28、第一支架，29、第二支架，30、第三支架，31、隔热盒。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

实施例1：

如图1和图2所示的一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，包括运动系统、风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统。运动系统包括用于承载风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统的车体底盘1，用于校正智能检测机器人运动路径的碰撞校正模块2，以及用于测量智能检测机器人与SCR反应器内部边沿壁面距离的超声波模块3。风速采样系统包括用于检测SCR反应器出口风速的风速传感器4和用于校准风速传感器位置的二维校准装置5，风速传感器与二维校准装置固定连接。图像采集系统包括用于采集SCR反应器内部图像的摄像头模块6和用于调整摄像头模块摄像角度的角度调整装置7。控制系统包括用于接收和处理信号的单片机模块8、用于与外部电脑通讯的串口通讯模块9和用于控制角度调整装置的遥控手柄10，遥控手柄与单片机模块无线通讯连接。动力系统包括用于给风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统提供电力的供电模块11。碰撞校正模块、超声波模块、风速传感器、二维校准装置、角度调整装置均与单片机模块电连接。

车体底盘为履带车底盘，车体底盘内部设有至少两个用于驱动车轮的驱动电机12，驱动电机分别连接车体底盘两侧的车轮13。驱动电机分别控制车体底盘两侧车轮的运动，更好的实现智能检测机器人的正行、倒行、转向等运动方式。驱动电机外部设有用于给驱动电机隔热的铝箔玻纤套管14。

如图3所示，碰撞校正模块包括两个碰撞支架15和与碰撞支架对应的碰撞传感器16。碰撞支架由两片金属片铰接而成，碰撞支架与车体底盘前端固定连接，碰撞支架之间平行设置，每个碰撞支架前端固定连接一个碰撞传感器。智能检测机器人工作时，如果位于车体底盘前端一边的碰撞传感器先碰撞到SCR反应器内部的催化剂层边沿壁面，则碰撞传感器给单片机发送信号使这一边的电机停止运转，车体这一边停止运动，车体底盘另一边的电机保持正转，直到车体底盘前端另一边的碰撞传感器碰到催化剂层边沿壁面，实现智能检测机器人的位姿校正，使智能检测机器人与催化剂层边沿壁面平行。

如图4所示，二维校准装置包括风速传感器支架17、第一滑块18、X轴滑槽19、X轴滚珠丝杠20、X轴步进电机21、第二滑块22、Y轴滑槽23、Y轴滚珠丝杠24和Y轴步进电机25，风速传感器支架一端固定连接风速传感器，风速传感器支架另一端固定连接第一滑块，第一滑块与X轴滚珠丝杠螺纹连接，X轴滚珠丝杠设于X轴滑槽中，X轴滚珠丝杠连接X轴步进电机，X轴滑槽底面固定连接第二滑块，第二滑块与Y轴滚珠丝杠螺纹连接，Y轴滚珠丝杠设于Y轴滑槽中，Y轴滚珠丝杠连接Y轴步进电机。这样设计的好处是实现风速传感器在X轴和Y轴方向上的自由运动，二维校准装置实现位置校准的工作流程如图6所示。

如图5所示，角度调整装置包括上层舵机26、下层舵机27、第一支架28、第二支架29和第三支架30，摄像头模块通过第一支架固定连接上层舵机的输出轴，上层舵机通过第二支架固定连接下层舵机的输出轴，下层舵机通过第三支架固定连接车体底盘。第一支架、第二支架和第三支架均为U型支架，第一支架的U型端固定连接上层舵机的输出轴，第二支架的U型端固定连接上层舵机的机身，第二支架的底部固定连接下层舵机的输出轴。通过遥控手柄输入角度调整信号给单片机，单片机控制上层舵机带动第一支架绕上层舵机的输出轴即X轴转动，从而控制调整摄像头模块的俯仰角，单片机控制下层舵机通过第二支架带动整个上层舵机和摄像头模块一起绕下层舵机的输出轴即Z轴转动，从而控制调整摄像头模块的偏航角，角度调整装置对摄像头模块进行角度调整的工作流程如图7所示。

单片机模块外部设有用于保护单片机模块的隔热盒31，隔热盒由高热阻材料制成，隔热盒内置相变换热材料，可保证单片机模块的正常工作温度。单片机模块的控制流程图如图8所示。单片机模块在处理风速传感器采样信号时使用的算法为限幅算数平均滤波算法。

单片机模块判断采样点积灰堵塞程度的工作原理为：

（1）测量得到风速—积灰堵塞程度对照表

使用引风机提供一定风速，在实际工况下测量不同积灰堵塞程度的催化剂块表面的风速，如20%堵塞、40%堵塞或60%堵塞时的风速，通过大量实验测量得出一个催化剂块积灰堵塞程度和风速的对应关系表。

（2）根据（1）的对照表进行实际测量查表读数

根据风速传感器采样的风速数据，单片机模块利用查表的方法得到该风速对应的积灰堵塞程度，再将该数据通过串口通讯模块传输给外部电脑，最终实现SCR反应器内部各催化剂块积灰程度的反馈。

实施例2：

一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，结构同实施例1，不同之处在于：

为了方便工作人员操作，在智能检测机器人外部设置上位机，上位机是可以直接发出操控命令的计算机，上位机通过有线通讯或无线通讯与智能检测机器人内的单片机模块连接并对单片机模块输入工作信号，本实施例的控制框图如图9所示。供电模块后端设有降压模块，本实施例的电路框图如图10所示。

如图11所示，上位机的工作界面设有摄像头视频显示界面、实时风速流场显示界面、机器人状态、储存数据按键、储存视频按键和设置按键。智能检测机器人的检测过程完成后，可以通过“储存数据”与“储存视频”两个按键储存此次检测数据；智能检测机器人工作中，单片机模块会反馈单片机模块处的温度并收集电机运转状态信息，当出现异常时，会在“机器人状态”处报警提示；设置按键可对智能检测机器人控制方式为有线或无线进行选择，改变预设采样点位置，或关闭所有传感器。

本发明的工作原理为，使用时，先将智能检测机器人放置在SCR反应器入口，然后通过有线或无线控制方式控制智能检测机器人按照“S”型路线行进遍历SCR反应器内部的每个催化剂块。每经过一个催化剂块时，先由碰撞校正模块利用催化剂块的边沿壁面进行智能检测机器人的校正，使智能检测机器人平行于壁面，再使用超声波传感器测得距离另一边壁面的距离，完成智能检测机器人的定位，再由二维校准装置带动风速传感器到达预设的采样点附近，对采样点上方的风速流场进行采样，采样得到的数据由单片机使用限幅算数平均滤波算法处理，采用串口传输的模式传到上位机，在上位机的电脑检测软件的实时风速流场显示界面显示。在工作过程中，可以通过遥控手柄控制上层舵机和下层舵机改变摄像头模块的朝向，从而得到所需的SCR反应器内部的图像资料，通过对图像资料的分析观察确定SCR反应器内部有无破损。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：该智能检测机器人包括运动系统、风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统；

所述的运动系统包括用于承载风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统的车体底盘，用于校正智能检测机器人运动路径的碰撞校正模块，以及用于测量智能检测机器人与SCR反应器内部边沿壁面距离的超声波模块；所述的碰撞校正模块包括至少两个碰撞支架和与碰撞支架对应的碰撞传感器，碰撞支架与车体底盘前端固定连接，碰撞支架之间平行设置，每个碰撞支架前端固定连接一个碰撞传感器；

所述的风速采样系统包括用于检测SCR反应器出口风速的风速传感器和用于校准风速传感器位置的二维校准装置，风速传感器与二维校准装置固定连接；所述的二维校准装置包括风速传感器支架、第一滑块、X轴滑槽、X轴滚珠丝杠、X轴步进电机、第二滑块、Y轴滑槽、Y轴滚珠丝杠和Y轴步进电机，风速传感器支架一端固定连接风速传感器，风速传感器支架另一端固定连接第一滑块，第一滑块与X轴滚珠丝杠螺纹连接，X轴滚珠丝杠设于X轴滑槽中，X轴滚珠丝杠连接X轴步进电机，X轴滑槽底面固定连接第二滑块，第二滑块与Y轴滚珠丝杠螺纹连接，Y轴滚珠丝杠设于Y轴滑槽中，Y轴滚珠丝杠连接Y轴步进电机；

所述的图像采集系统包括用于采集SCR反应器内部图像的摄像头模块和用于调整摄像头模块摄像角度的角度调整装置；

所述的控制系统包括用于接收和处理信号的单片机模块、用于与外部电脑通讯的串口通讯模块和用于控制角度调整装置的遥控手柄，遥控手柄与单片机模块无线通讯连接；

所述的动力系统包括用于给风速采样系统、图像采集系统、控制系统和动力系统提供电力的供电模块；

所述的碰撞校正模块、超声波模块、风速传感器、二维校准装置、角度调整装置均与单片机模块电连接；

当所述智能检测机器人工作时，如果位于车体底盘前端一边的碰撞传感器先碰撞到SCR反应器内部的催化剂层边沿壁面，则碰撞传感器给单片机发送信号使这一边的电机停止运转而使车体底盘这一边停止运动，车体底盘另一边的电机保持正转，直到车体底盘前端另一边的碰撞传感器碰到催化剂层边沿壁面，从而使所述智能检测机器人与催化剂层边沿壁面平行；

该智能检测机器人还包括上位机，所述上位机通过有线通讯或无线通讯与智能检测机器人内的单片机模块连接并对单片机模块输入工作信号；

使用时，先将智能检测机器人放置在SCR反应器入口，然后通过有线或无线控制方式控制智能检测机器人按照“S”型路线行进遍历SCR反应器内部的每个催化剂块；每经过一个催化剂块时，先由碰撞校正模块利用催化剂块的边沿壁面进行智能检测机器人的校正，使智能检测机器人平行于壁面，再使用超声波传感器测得距离另一边壁面的距离，完成智能检测机器人的定位，再由二维校准装置带动风速传感器到达预设的采样点附近，对采样点上方的风速流场进行采样，采样得到的数据由单片机使用限幅算数平均滤波算法处理，采用串口传输的模式传到上位机，在上位机的电脑检测软件的实时风速流场显示界面显示。

2.根据权利要求1所述的用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：所述的车体底盘内部设有至少两个用于驱动车轮的驱动电机，驱动电机分别连接车体底盘两侧的车轮。

3.根据权利要求2所述的用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：所述的驱动电机外部设有用于给驱动电机隔热的铝箔玻纤套管。

4.根据权利要求1所述的用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：所述的角度调整装置包括上层舵机、下层舵机、第一支架、第二支架和第三支架，摄像头模块通过第一支架固定连接上层舵机的输出轴，上层舵机通过第二支架固定连接下层舵机的输出轴，下层舵机通过第三支架固定连接车体底盘。

5.根据权利要求4所述的用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：所述的第一支架、第二支架和第三支架均为U型支架，第一支架的U型端固定连接上层舵机的输出轴，第二支架的U型端固定连接上层舵机的机身，第二支架的底部固定连接下层舵机的输出轴。

6.根据权利要求1所述的用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：所述的单片机模块外部设有用于保护单片机模块的隔热盒。

7.根据权利要求1所述的用于检测SCR反应器内部情况的智能检测机器人，其特征在于：所述的车体底盘为履带车底盘。