CN108508901A - 一种石油化工厂智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工领域，特别是一种石油化工厂智能巡检机器人，主要包括智能巡检机器人上部、智能巡检机器人下部、连接装置，所述智能巡检机器人上部主要包括管道运动部、云台部，所述管道运动部主要包括右管道运动箱、左管道运动箱、丝杆、丝杆电机，所述右管道运动箱主要包括管道轮驱动电机、管道轮，所述左管道运动箱和所述右管道运动箱包含相同元件，所述云台部主要包括云台电机、云台底盘、伸缩臂、高清摄像头、数据采集罩，所述连接装置包括母接头、公接头，所述母连接头包括母接头壳体、弹簧、旋转连接环、母接头盖。本发明有效的保障了巡检工人作业安全，改善了巡检作业形式，提高了作业效率，保证了巡检质量，降低了企业成本。

Description

一种石油化工厂智能巡检机器人

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别是一种石油化工厂智能巡检机器人。

背景技术

石油化工厂属于高危有毒环境，对厂站内各类设备和装置进行定期巡检对于保障设备可靠运行以及生产安全至关重要。现有石油化工厂定期巡检多采用人工巡检与设备监控相结合的方式，但大多数监控设备难以实现数据的远程传输，需定期人工记录相关数据，导致巡检人员常处于危险之中。由于定期巡检过程需规范化操作、且具有高危险性，相关人员需定期严格培训，这也增加了企业成本。同时，定期巡检每日工作量大，多为重复性和规律性工作。随着石油化工装备技术的进步和智能化发展，在石油化工厂运用智能巡检机器人代替人工巡检成为一种绝佳选择。然而，石油化工厂环境复杂，管路众多，各种仪器设备呈阶梯分布，使用市面上现有智能巡检机器人难以较好完成该环境下的巡检任务，故研发一款适用于石油化工厂的智能巡检机器人十分迫切。

发明内容

针对上述石油化工厂巡检过程中存在的诸多问题，本发明设计了一种适用于石油化工厂的智能巡检机器人，以达到保障巡检工人作业安全，改善巡检作业形式，提高作业效率，保证巡检质量，降低企业成本的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石油化工厂智能巡检机器人，包括智能巡检机器人上部、智能巡检机器人下部、连接装置，所述智能巡检机器人上部包括上部箱体、管道运动部、云台部，所述上部箱体包括上部壳体、气体检测装置、天线、电池罩、副电池、显示屏、处理器、上部底板，所述管道运动部包括丝杆、丝杆齿轮组、丝杆电机、右管道运动箱、左管道运动箱，所述右管道运动箱包括管道轮驱动电机、电机固定架、右管道箱壳体、齿轮组、管道轮，所述所述左管道运动箱和所述右管道运动箱包含同样元件，所述云台部包括红外摄像头、数据采集罩、USB采集接头、高清摄像头、伸缩臂、云台底盘、云台电机。所述处理器和天线电连接，所述气体检测装置和处理器电连接，所述显示屏和处理器电连接，所述丝杆电机和处理器电连接，所述管道轮驱动电机和处理器电连接，所述红外摄像头和处理器电连接器，所述数据传输罩和处理器电连接，所述高清摄像头和处理器电连接，所述云台电机和处理器电连接。所述副电池和处理器电连接。

所述智能巡检机器人下部包括运动部、下部箱体，所述运动部包括驱动电机、主动轮支架、铝合金框架、从动轮支架、A主动轮、B主动轮、限位装置、C从动轮、D从动轮、F从动轮，所述下部箱体包括下部壳体、下部底盘、伸缩缸、工控机、主电池。所述驱动电机和工控机电连接，所述伸缩缸和工控机电连接。所述主电池和工控机电连接。

所述智能巡检机器人上部和所述智能巡检机器人下部通过连接装置连接，所述连接装置包括母接头、公接头，所述母接头包括母接头壳体、母接头盖、弹簧、旋转连接环。所述工控机和公接头电连接，所述母接头和处理器电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：1. 有效解决石油化工厂现有巡检方式存在的人员安全问题和企业成本问题；2. 充分利用石油化工厂环境特点，本发明能巡检现有技术难以巡检的位置。针对石油化工厂管道众多以及设备呈阶梯分布特点，本发明采用了可分体式结构，同时设计了管道运动部，可使其分体后在管道上行走，一则充分利用石油化工厂管道众多特点，二则缩小了智能巡检机器人体积，可以通过更狭窄的空间。除此之外，还设置了可爬阶梯的运动部，可以通过运动部攀爬阶梯，从而达到在石油化工厂自由穿梭的目的；3.智能巡检机器人上部和智能巡检机器人下部可通过连接装置处实现可靠且快速的连接和解锁；4. 本发明在高清摄像头上安装有数据采集罩，利用高清摄像头的视觉对准实现USB采集接头和仪器仪表的USB接口的连接，从而实现自动读取仪器仪表存储的数据，并将其传回计算机。

附图说明

图1 为本发明结构示意图。

图2 为上部箱体结构示意图。

图3 为管道运动部结构示意图。

图4 为右管道箱壳体结构示意图。

图5 为智能巡检机器人下部结构示意图。

图6 为运动部结构示意图。

图7 为运动部局部结构示意图。

图8 为连接装置结构示意图。

图9 为连接装置局部结构示意图。

附图标记说明

Ⅱ-管道运动部 Ⅳ-运动部 Ⅵ-母接头 Ⅶ-公接头

101-上部壳体 102-气体检测装置 103-天线 104-电池罩

105-显示屏 106-副电池安装槽 107-丝杆安装槽 108-环形凹槽

109-处理器 110-上部底板 201-丝杆 202-丝杆齿轮组

203-丝杆电机 204-右管道运动箱 205-左管道运动箱 206-管道轮驱动电机

207-电机固定架 208-左管道箱壳体 209-右管道箱壳体 210-齿轮组

211-管道轮 212-弧形凹面 213-轴套 214-轴支撑梁

215-丝杆连接孔 301-红外摄像头 302-数据采集罩 303-USB采集接头

304-高清摄像头 305-伸缩臂 306-云台底盘 307-云台电机

401-驱动电机 402-主动轮支架 403-铝合金框架 404-从动轮支架

405A-A主动轮 405B-B主动轮 406-限位装置 407-扇形槽

408C-C从动轮 408D-D从动轮 408F-F从动轮 501-通风孔

502-下部壳体 503-弧形对准边 504-下部底盘 505-伸缩缸

506-工控机 507-主电池 601-内凸滑台 602-母接头壳体

603-母接头盖 604-弹簧 605-旋转连接环 606-安装滑槽

607-母接头法兰盘 608-旋转凹槽 609-限位环槽 610-轴向滑槽

701-公接头 702-外凸卡扣 703公接头法兰盘

具体实施

下面结合附图对本发明作进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

请参阅图1～图9，本发明提供一种技术方案：一种石油化工厂智能巡检机器人，包括智能巡检机器人上部、智能巡检机器人下部、连接装置，所述智能巡检机器人上部包括上部箱体、管道运动部Ⅱ、云台部，所述上部箱体包括上部壳体101、气体检测装置102、天线103、电池罩104、副电池、显示屏105、处理器109、上部底板110，所述管道运动部Ⅱ包括丝杆201、丝杆齿轮组202、丝杆电机203、右管道运动箱204、左管道运动箱205，所述右管道运动箱204包括管道轮驱动电机206、电机固定架207、右管道箱壳体209、齿轮组210、管道轮211，所述所述左管道运动箱205和所述右管道运动箱204包含同样元件，所述云台部包括红外摄像头301、数据采集罩302、USB采集接头303、高清摄像头304、伸缩臂305、云台底盘306、云台电机307。所述处理器109和天线103电连接，所述气体检测装置102和处理器109电连接，所述显示屏105和处理器109电连接，所述丝杆电机203和处理器109电连接，所述管道轮驱动电机206和处理器109电连接，所述红外摄像头301和处理器109电连接器，所述数据传输罩302和处理器109电连接，所述高清摄像头304和处理器109电连接，所述云台电机307和处理器109电连接。所述副电池和处理器电109连接。所述上部壳体101两侧安装有气体检测装置102，所述上部壳体101后端安装有天线103，所述上部壳体101后端开有副电池安装槽106，用于安装副电池，所述上部壳体101内部镂空，安装有处理器109、云台电机307，所述上部壳体101底部开有底板安装孔，用于和上部底板110连接，所述上部底板110中心开有母接头孔，用于安装母接头Ⅵ。所述上部壳体101上表面后端开有丝杆安装槽107，用于安装丝杆201、丝杆齿轮组202、丝杆电机203，所述上部壳体101上表面前端开有环形凹槽108，用于安装云台底盘306，所述环形凹槽108底面开有云台电机安装孔，用于安装云台电机307。所述右管道箱壳体209内部镂空，用于安装管道轮驱动电机206、电机固定架207、齿轮组210，所述右管道箱壳体209内表面开有固定架安装孔，用于安装电机固定架207，所述右管道箱壳体209下部开有丝杆连接孔215，用于和丝杆201配合连接，所述右管道箱壳体209外表面上部设置有轴套213和轴支撑梁214，所述管道轮211和管道接触面为一弧形凹面212，所述左管道箱壳体208和所述右管道箱壳体209结构相同。所述数据采集罩302右侧设置有USB采集接头303，用于采集仪器仪表存储的数据，所述数据传输罩302安装在所述高清摄像头304上，所述红外摄像头301、所述高清摄像头304分别安装在所述伸缩臂305的左右两侧。

所述智能巡检机器人下部包括运动部Ⅳ、下部箱体，所述运动部Ⅳ包括驱动电机401、主动轮支架402、铝合金框架403、从动轮支架404、A主动轮405A、B主动轮405B、限位装置406、C从动轮408C、D从动轮408D、F从动轮408F，所述下部箱体包括下部壳体502、下部底盘504、伸缩缸505、工控机506、主电池507。所述驱动电机401和工控机506电连接，所述伸缩缸505和工控机506电连接。所述主电池507和工控机506电连接。所述 A主动轮405A安装于所述主动轮支架402的前部，所述B主动轮405B安装于所述主动轮支架402的后部，所述主动轮支架402通过主轴和所述铝合金框架403连接，所述主动轮支架402可绕主轴转动，所述限位装置406和主轴固定连接，所述限位装置406上开有扇形槽407，用于防止主动轮支架402绕主轴转动角度过大，所述C从动轮408C、所述D从动轮408D、所述F从动轮408F和所述从动轮支架404连接，所述从动轮支架404通过副轴和所述铝合金框架403连接，所述从动轮支架404可绕副轴转动。所述下部壳体502固定在铝合金框架403上，所述下部壳体502侧壁开有通风孔501,所述下部壳体502尾部外壁开有充电接口，所述下部壳体502内部镂空，用于放置伸缩缸505、工控机506、主电池507,所述下部底盘504四周为弧形对准边503，用于智能巡检机器人上部和智能巡检机器人下部连接时导向，所述下部底盘504底面开有伸缩缸安装孔，用于和伸缩缸505连接，所述下部底盘中央开有公接头孔，用于安装公接头Ⅶ。

所述智能巡检机器人上部和所述智能巡检机器人下部通过连接装置连接，所述连接装置包括母接头Ⅵ、公接头Ⅶ，所述母接头Ⅵ包括母接头壳体602、母接头盖603、弹簧604、旋转连接环605。所述工控机506和公接头Ⅶ电连接，所述母接头Ⅵ和处理器109电连接。所述母接头壳体602底部为母接头法兰盘607，所述母接头壳体602和所述上部底板110通过母接头法兰盘607和母接头孔连接，所述母接头壳体602内部镂空，所述母接头壳体602内部设置有呈对称分布的内凸滑台601，所述母接头壳体602上表面开有母接头盖安装孔，用于和所述母接头盖603连接，所述弹簧604固定端作用于母接头盖603下表面，所述弹簧604活动端作用于旋转连接环605上表面，所述旋转连接环605外表面开有旋转凹槽608，和所述母接头壳体602内表面的内凸滑台601配合，所述旋转连接环605外表面开有安装滑槽606，所述安装滑槽606上部和所述旋转凹槽608下部相通，所述安装滑槽606底面和所述旋转连接环605底面平齐，所述旋转连接环605内部镂空，所述旋转连接环605内表面开有限位环槽609，所述旋转连接环605内表面开有轴向滑槽610。所述公接头Ⅶ底部设置有公接头法兰盘703，所述公接头Ⅶ和所述下部底盘504通过公接头法兰盘703和公接头孔连接，所述公接头上部外表面设置有外凸卡扣702，和所述旋转连接环605内表面的限位环槽609以及轴向滑槽610相配合。

本发明的工作原理：

智能巡检机器人上部和智能巡检机器人下部未分离时：由运动部提供动力，具体的由驱动电机带动A主动轮和B主动轮转动，使智能巡检机器人运动，C从动轮、D从动轮、F从动轮在A主动轮和B主动轮的带动下向前运动，当地面崎岖不平时主动轮支架和从动轮支架会随地面起伏分别绕主轴和副轴作不同程度转动，但主动轮支架绕主轴转动角度受到限位装置的限制。当工控机给出指令需要在爬阶梯时，首先A主动轮接触到地面和第一级阶梯连接处，在驱动电机的驱动下，主动轮支架绕主轴转动一定角度，同时A主动轮爬行到第一级阶梯，其后B主动轮跟上并接触到地面和第一级阶梯连接处，在驱动电机的驱动下，B主动轮爬行到第一级阶梯，同时A主动轮到达第二级阶梯，当A主动轮达到第3级阶梯时，C从动轮与地面和第一级阶梯连接处接触，在A主动轮和B主动轮的带动下，从动轮支架绕副轴转动，直到D从动轮接触第一级阶梯，此时F从动轮悬空，如此反复直至到达阶梯顶端。

导航：

由云台部提供视觉导航，具体的由高清摄像头摄取周围环境影像，再将信息传输到处理器，处理器再将信息通过连接装置传输到工控机，工控机将影像信息处理成周围环境的电子地图，并参考计算机预先设置的重点巡检对象规划一条最佳巡检路线。

巡检：

读取仪器仪表盘数据：由高清摄像头摄取仪器仪表盘读数，并将该信息传输到处理器，处理器再将该信息传输到连接装置，连接装置将该信息传输到工控机，针对同一仪器仪表盘数据摄像头会多次摄取其读数，当工控机比较同一仪器仪表盘短时间内几次摄取的数据有较大差别时，工控机将发出指令给云台部配合相应运动以使高清摄像头准确摄取仪器仪表盘数据，指令信息由连接装置传输到处理器，再由处理器传输到云台电机、伸缩臂，从而控制云台电机实现云台部的转动，控制伸缩臂实现云台部的竖直伸缩以及实现高清摄像头和红外摄像头绕伸缩臂的转动，同时工控机根据需要控制运动部进行一定的运动，如此反复当工控机比较同一仪器仪表盘短时间内几次摄取的数据无较大差别时，工控机将该数据信息传输到连接装置，再由连接装置将该信息传输到处理器，由处理器将该信息传输到天线，通过天线将该信息传输到计算机。另外当高清摄像头检测到仪器仪表为可短暂存储数据型设备时，将该信息反馈给工控机，由工控机通过连接装置、处理器、伸缩臂控制数据采集罩上的USB采集接头和仪器仪表USB接口对接，由于数据采集罩和高清摄像头固定连接，对接过程由高清摄像头实时将对接影像信息传输到工控机，并由工控机控制云台电机、伸缩臂、运动部作出相应运动，以保证USB采集接头和仪器仪表USB接口准确对接。

观察设备形变：

由高清摄像头瞬时多次摄取炼化设备关键部位的特征图像信息，并将该信息通过处理器、连接装置传输到工控机，工控机将该图像信息和保存的该设备正常工作时关键部位的特征图像信息比较，若差别未超过某一设定值，则继续巡检其它设备，若差别超过设定值，工控机将控制高清摄像头再次多次摄取该炼化设备关键部位的特征图像，并将该信息传输到工控机，工控机将两次高清摄像头摄取的图像信息通过连接装置、天线传输到计算机，由计算机对比工控机传输的图像信息和该设备正常工作时关键部位的特征图像信息的差异。

获取设备温度：

由红外摄像头摄取设备关键部位温度信息，并该信息通过红外摄像头、处理器、天线传输到计算机。

获取周围空间有害气体含量：

由气体检测装置摄取周围空间有害气体含量，并将该信息传输到工控机，针对同一环境工控机会控制运动部在小范围内运动以多次摄取空间气体信息，直至工控机比较同一环境气体信息多次摄取数据相差不大时，工控机将该信息通过连接装置、处理器、天线传输给计算机。

智能巡检机器人上部和智能巡检机器人下部分离时：本发明移动到管道下方，由工控机控制伸缩缸向上伸高，从而将下部底盘以及智能巡检机器人上部抬高，直至轨道轮的弧形凹面下表面高于管道上表面，然后工控机通过连接装置、处理器控制丝杆驱动电机使其转动，从而带动右管道运动箱和左管道运动箱向中间运动，直至轨道轮到达管道正上方，然后工控机控制伸缩缸下降，直至管道轮坐落在管道上，然后伸缩缸继续下降，从而带动公接头向下运动，同时母接头的旋转连接环在弹簧作用下沿旋转凹槽向下旋转运动，直至旋转连接环轴向滑槽的两侧壁面和公接头的外凸卡扣的两侧壁面重合，然后伸缩缸继续下降，旋转连接环由于固定壳体的内凸滑台限制，停止向下旋转运动，公接头的外凸卡扣沿旋转连接环的轴向滑槽向下滑动，直至公接头和母接头分离，智能巡检机器人上部和智能巡检机器人下部分离，然后智能巡检机器人上部将在管道上运动和巡检。

巡检：

由高清摄像头摄取仪器仪表读数以及设备形变信息，由数据采集罩摄取仪器仪表存取数据，红外摄像头摄取设备温度信息，由气体检测装置摄取有害气体含量信息，整个过程由处理器控制完成，并由处理器把采集的信息通过天线传送给计算机。

运动：

由管道轮驱动电机驱动管道轮在管道上运行，并由处理器控制完成。

智能巡检机器人上部和智能巡检机器人下部合体时：智能巡检机器人上部在管道轮驱动电机的作用下回到分离点，智能巡检机器人下部接收到智能巡检机器人上部通过天线发出的合体指令，智能巡检机器人下部工控机控制伸缩缸向上运动，抬高下部底盘，在下部底盘向上运动的过程中，公接头首先接触到母接头的旋转连接环，继续向上运动，使公接头的外凸卡扣在旋转连接环的轴向滑槽内向上滑动，直至外凸卡扣上表面接触到旋转连接环的限位环槽上表面，继续向上运动，公接头的外凸卡扣将带动旋转连接环向上运动，弹簧被压缩，旋转连接环沿旋转凹槽向上旋转运动，同时公接头的外凸卡扣被旋入旋转连接环的限位环槽中，直至智能巡检机器人下部底盘和智能巡检机器人上部底板接触，智能巡检机器人完成连接。然后工控机控制伸缩缸继续上升，带动管道轮和管道脱离，然后工控机通过连接装置、处理器控制丝杆电机转动，使右管道运动箱和左管道运动箱向两边运动，然后工控机控制伸缩缸下降，直至下部底盘下表面和下部壳体上表面接触。

Claims (12)

1.一种石油化工厂智能巡检机器人，包括智能巡检机器人上部、智能巡检机器人下部、连接装置，所述智能巡检机器人上部包括上部箱体、管道运动部、云台部，所述上部箱体主要包括上部壳体、上部底板，所述管道运动部主要包括右管道运动箱、左管道运动箱、丝杆、丝杆电机，所述右管道运动箱主要包括管道轮、管道轮驱动电机，所述左管道运动箱和所述右管道运动箱包含相同元件，所述云台部主要包括云台电机、云台底盘、伸缩臂、高清摄像头、数据采集罩，所述智能巡检机器人下部主要包括下部底盘、下部壳体，所述连接装置包括公接头和母接头，所述母接头包括母接头壳体、弹簧、旋转连接环、母接头盖。

2.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述上部壳体内部镂空，所述上部壳体底部开有安装孔，所述上部壳体后端开有副电池安装槽，所述上部壳体上表面后端开有丝杆安装槽，所述上部壳体上表面前端开有环形凹槽，所述环形凹槽底面开有云台电机安装孔。

3.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述上部底板中心开有母接头孔。

4.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述右管道箱壳体内部镂空，所述右管道箱壳体内表面开有固定架安装孔，所述右管道箱壳体下部开有丝杆连接孔，所述右管道箱壳体外表面上部设置有轴套和轴支撑梁，所述左管道箱壳体和所述右管道箱壳体结构相同。

5.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述管道轮和管道接触面为弧形凹面。

6.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述数据采集罩右侧设置有USB采集接头，所述数据采集罩安装在高清摄像头上。

7.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述下部壳体内部镂空，所述下部壳体侧壁开有通风孔，所述下部壳体尾部侧壁开有充电接口。

8.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述下部底盘四周为弧形对准边，所述下部底盘底面开有伸缩缸安装孔，所述下部底盘中央开有公接头孔。

9.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述母接头壳体底部为母接头法兰盘，所述母接头壳体上表面开有母接头盖安装孔，所述母接头壳体内部镂空，所述母接头壳体内部设置有呈对称分布的内凸滑台。

10.所述弹簧固定端作用于母接头盖下表面，所述弹簧活动端作用于旋转连接环上表面。

11.所述旋转连接环外表面开有旋转凹槽，所述旋转连接环外表面开有安装滑槽，所述旋转连接环内部镂空，所述旋转连接环内表面开有限位环槽，所述旋转连接环内表面开有轴向滑槽。

12.根据权利要求1所述的石油化工厂智能巡检机器人，其特征在于：所述公接头底部设置有公接头法兰盘，所述公接头上部外表面设置有外凸卡扣。