CN113617764B - 一种智能油罐清洁机器人系统及其清洗油罐方法 - Google Patents

一种智能油罐清洁机器人系统及其清洗油罐方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能油罐清洁机器人系统及其清洗油罐方法，属于油罐壁面清洁技术领域；所述系统包括油罐清洁机器人、环境信号采集装置和两个可编程门阵列FPGA处理器；清洗油罐方法包括以下步骤：将惰性气体充入油罐清洁机器人本体和光源内部并密封；给系统通电，使所有设备处于工作状态；可编程门阵列FPGA处理器根据油罐清洁机器人的位置做出清刷路径规划；将清刷路径规划信息传输给另一个可编程门阵列FPGA处理器；可编程门阵列FPGA处理器根据清刷路径规划控制油罐清洁机器人完成油罐清理。本发明基于电磁吸附爬壁机器人本体，通过现场可编程逻辑门阵列FPGA进行控制，实现油罐清洁工作的系统化、智能化和自动化。

Description

一种智能油罐清洁机器人系统及其清洗油罐方法
技术领域
本发明涉及油罐壁面清洁技术领域，尤其是一种智能油罐清洁机器人系统及其清洗油罐方法。
背景技术
油罐作为油液的存储装置使用十分广泛，长时间使用后，油罐内壁会出现锈蚀现象，油品存储的时间越长，氧化产生的沉积物越多，对油品质量的影响越严重。为保障油品质量，需要定期对油罐内壁进行除锈清理，目前常用的处理方法是搭脚手架或者吊篮，由人工手动完成油罐清洁操作，这种处理方法工作效率低，劳动强度大，工作人员存在安全隐患，而且清洁效果不佳。
针对上述问题，急需一种智能高效的油罐清洁机器人，来提高油罐清洁的工作效率，使油罐清洁工作系统化、智能化和自动化。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种智能油罐清洁机器人系统及其清洗油罐方法，基于电磁吸附爬壁机器人本体，通过现场可编程逻辑门阵列FPGA进行控制，实现油罐清洁工作系统化、智能化和自动化。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种智能油罐清洁机器人系统，包括对油罐自动清洁的油罐清洁机器人、对油罐内环境进行图像采集的环境信号采集装置、根据环境信号制定清刷路径规划的第一可编程门阵列FPGA处理器和控制油罐清洁机器人自动清洁的第二可编程门阵列FPGA处理器；
所述油罐清洁机器人包括油罐清洁机器人本体、清洁组件、动力组件和电磁吸附盘，所述油罐清洁机器人本体安装有所述第二可编程门阵列FPGA处理器和光信号接收器；
所述环境信号采集装置包括四组吸附在油罐内部壁面无死角拍摄油罐内部轮廓的摄像头组件和吸附在油罐内部上壁面四组摄像头组件中央位置的光源；所述光源内部安装有与摄像头组件中的摄像头连接的所述第一可编程门阵列FPGA处理器。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述油罐清洁机器人的动力组件包括两个分别与机器人本体左、右侧板前半部分对称位置间隙配合的从动轴、两个分别与机器人本体左、右侧板后半部分对称位置间隙配合的驱动轴、四个分别与两个驱动轴和两个从动轴固定连接并安装在机器人本体左、右侧板外侧的橡胶轮胎、两个对称安装在机器人本体内部与两个驱动轴通过轴承连接的驱动电机；
所述油罐清洁机器人的清洁组件包括两个与机器人本体前侧板固定连接的清污刷头连接轴、两个安装在清污刷头连接轴下部的清污刷头、两个清污刷头内部的高压水射装置和安装在机器人本体下侧板外部的油渍铲；所述油渍铲包括与贯穿下侧板前后的中心线对称的两块钢板，两块钢板一端相交成指向机器人本体前方的钝角；所述一个清污刷头与贯穿下侧板前后的中心线相齐，安装于油渍铲前方；
所述电磁吸附盘安装在机器人本体下侧板外部的油渍铲后侧；
所述第二可编程门阵列FPGA处理器安装在油罐清洁机器人本体内部中间位置，与第二可编程门阵列FPGA处理器连接的光信号接收器安装在油罐清洁机器人本体上侧板外部中心偏后位置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述驱动电机上设置接收所述第二可编程门阵列FPGA处理器的运动信号的电机驱动模块。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述清污刷头上设置接收所述第二可编程门阵列FPGA处理器的速度信号的清刷驱动模块。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述电磁吸附盘上设置实现油罐清洁机器人对油罐的电磁吸附的电磁转换电路。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述环境信号采集装置的摄像头组件包括四个吸附在油罐内部壁面四个方位的摄像头支架和四个安装在摄像头支架上的摄像头；所述摄像头支架能够根据不同油罐结构调整吸附位置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述光源包括与所述光源接收器进行无线光通信的光源发射器。
一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，包括以下步骤：
S1、将惰性气体分别充入油罐清洁机器人本体内部和光源内部并密封；
S2、将智能油罐清洁机器人系统置入待清洁油罐之中，给智能油罐清洁机器人系统通电，使系统所有设备处于工作状态，并完成光源接收器与光源通信；
S3、通过四组摄像头在油罐内部布局，通过光源内部的第一可编程门阵列FPGA处理器将油罐清洁机器人的位置信息转换成三维坐标形式，并做出合理的清刷路径规划；
S4、第一可编程门阵列FPGA处理器将S3中得到的清刷路径规划的进行处理，通过所述光源发射器发送给光源接收器，将清刷路径规划信息传输给油罐清洁机器人内部的第二可编程门阵列FPGA处理器；
S5、第二可编程门阵列FPGA处理器根据S4中做出的清刷路径规划控制油罐清洁机器人完成油罐清理。
本发明技术方案的进一步改进在于：S5中，控制油罐清洁机器人完成油罐清理，具体包括以下步骤：
S5.1第二可编程门阵列FPGA向两个电机驱动模块发出PWM脉冲波，分别控制两个驱动电机的转速，实现前进、后退、左转和右转；
S5.2第二可编程门阵列FPGA向两个清刷驱动模块发出PWM脉冲波，分别控制两个清污刷头的转速。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明通过根据四组不同油罐结构调整吸附位置的摄像头，实现油罐内部轮廓的无死角拍摄。
2、本发明通过第一可编程门阵列FPGA处理器的图像处理算法对油罐清洁机器人进行定位，并进行合理的清刷路径规划，提高了油罐清洁的工作效率。
3、本发明通过第二可编程门阵列FPGA处理器根据清刷路径规划控制油罐清洁机器人的移动方向以及清刷速度，提高了油罐清洁机器人的智能化程度，实现了对油罐清洁的自动化。
4、本发明通过在油罐清洁机器人本体内部和光源内部充入惰性气体并密封，保证内部电路的安全性。
5、本发明通过设置四个橡胶轮胎，并通过与驱动轴连接的驱动电机驱动，保证油罐清洁机器人在油罐壁面稳定移动。
6、本发明通过设置电磁吸附盘，实现电磁吸附，使油罐清洁机器人工作过程更具可靠性。
7、本发明通过清污刷头、高压水射装置和油渍铲的配合使用，实现油罐壁面的有效清洁。
8、本发明以电磁吸附爬壁机器人本体，搭配可编程逻辑门阵列FPGA处理器对油罐清洁机器人接收数据处理，并进行移动清刷控制，减少了油罐清洁工作中的人力物力投入，减少了油罐清洁成本，实现了船油罐洁工作系统化、智能化和自动化。
附图说明
图1是本发明工作流程图；
图2是本发明本体结构示意图；
图3是本发明本体结构侧视图；
图4是本发明中光源与摄像头在油罐中安装位置侧视图；
图5是本发明中光源与摄像头在油罐中安装位置俯视图；
其中，1、清污刷头连接轴，2、清污刷头，3、橡胶轮胎，4、从动轴，5、驱动轴，6、油渍铲，7、驱动电机，8、电磁吸附盘，9、光信号接收器，10、油罐清洁机器人本体，11、摄像头组件，12、光源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
需要说明的是，在本发明的描述中，技术术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“内”、“外”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明的技术方案，以上说明并非对本发明作了限制，本发明也不仅限于上述说明的举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、增添或替换，都应视为本发明的保护范围。
一种智能油罐清洁机器人系统，包括对油罐自动清洁的油罐清洁机器人、对油罐内环境进行图像采集的环境信号采集装置、将环境信号转换成油罐清洁机器人坐标形式并制定清刷路径规划的第一可编程门阵列FPGA处理器和控制油罐清洁机器人自动清洁的第二可编程门阵列FPGA处理器。
如图2所示，所述油罐清洁机器人包括油罐清洁机器人本体10、清洁组件、动力组件和电磁吸附盘8，所述油罐清洁机器人本体10安装有所述第二可编程门阵列FPGA处理器和光信号接收器9。
所述油罐清洁机器人的动力组件包括两个分别与机器人本体10左、右侧板前半部分对称位置间隙配合的从动轴4、两个分别与机器人本体10左、右侧板后半部分对称位置间隙配合的驱动轴5、四个分别与两个驱动轴5和两个从动轴4固定连接并安装在机器人本体10左、右侧板外侧的橡胶轮胎3、两个对称安装在机器人本体10内部与两个驱动轴5通过轴承连接的驱动电机7；通过在油罐清洁机器人本体内部和光源内部充入惰性气体并密封，保证内部电路的安全性。
所述油罐清洁机器人的清洁组件包括两个与机器人本体10前侧板固定连接的清污刷头连接轴1、两个安装在清污刷头连接轴1下部的清污刷头2、两个清污刷头2内部的高压水射装置和安装在机器人本体10下侧板外部的油渍铲6；所述油渍铲6包括与贯穿下侧板前后的中心线对称的两块钢板，两块钢板一端相交成指向机器人本体10前方的钝角；所述一个清污刷头2与贯穿下侧板前后的中心线相齐，安装于油渍铲6前方；通过清污刷头2、高压水射装置和油渍铲6的配合使用，实现油罐壁面的有效清洁。
所述电磁吸附盘8安装在机器人本体10下侧板外部的油渍铲6后侧。
如图3所示，所述第二可编程门阵列FPGA处理器安装在油罐清洁机器人本体10内部中间位置，与第二可编程门阵列FPGA处理器连接的光信号接收器9安装在油罐清洁机器人本体10上侧板外部中心偏后位置。
所述驱动电机7上设置接收所述第二可编程门阵列FPGA处理器的运动信号的电机驱动模块。
所述清污刷头2上设置接收所述第二可编程门阵列FPGA处理器的速度信号的清刷驱动模块。
所述电磁吸附盘8上设置实现油罐清洁机器人对油罐的电磁吸附的电磁转换电路。通过设置电磁吸附盘8，实现电磁吸附，使油罐清洁机器人工作过程更具可靠性。
如图4、5所示，所述环境信号采集装置包括四组吸附在油罐内部壁面无死角拍摄油罐内部轮廓的摄像头组件11和吸附在油罐内部上壁面四组摄像头组件11中央位置的光源12；所述光源12内部安装有与摄像头组件11中的摄像头连接的所述第一可编程门阵列FPGA处理器。
所述环境信号采集装置的摄像头组件11包括四个吸附在油罐内部壁面四个方位的摄像头支架和四个安装在摄像头支架上的摄像头；所述摄像头支架能够根据不同油罐结构调整吸附位置。
所述光源12包括与所述光源接收器9进行无线光通信的光源发射器。
如图1所示，一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，包括以下步骤：
S1、将惰性气体分别充入油罐清洁机器人本体10内部和光源12内部并密封；保证内部电路的安全性；
S2、将智能油罐清洁机器人系统置入待清洁油罐之中，给智能油罐清洁机器人系统通电，使系统所有设备处于工作状态，并完成光源接收器9与光源12通信；
S3、通过四组摄像头在油罐内部布局，通过光源12内部的第一可编程门阵列FPGA处理器将油罐清洁机器人的位置信息转换成三维坐标形式，并做出合理的清刷路径规划；
S4、第一可编程门阵列FPGA处理器将S3中得到的清刷路径规划的进行处理，通过所述光源发射器发送给光源接收器9，将清刷路径规划信息传输给油罐清洁机器人内部的第二可编程门阵列FPGA处理器；
S5、第二可编程门阵列FPGA处理器根据S4中做出的清刷路径规划控制油罐清洁机器人完成油罐清理；
S5.1第二可编程门阵列FPGA向两个电机驱动模块发出PWM脉冲波，分别控制两个驱动电机7的转速，实现前进、后退、左转和右转；
S5.2第二可编程门阵列FPGA向两个清刷驱动模块发出PWM脉冲波，分别控制两个清污刷头2的转速。
综上所述，本发明以电磁吸附爬壁机器人本体，搭配可编程逻辑门阵列FPGA处理器对油罐清洁机器人接收数据处理，并进行移动清刷控制，减少了油罐清洁工作中的人力物力投入，减少了油罐清洁成本，实现了船油罐洁工作系统化、智能化和自动化。

Claims (7)

1.一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将惰性气体分别充入油罐清洁机器人本体（10）内部和光源（12）内部并密封；
S2、将智能油罐清洁机器人系统置入待清洁油罐之中，给智能油罐清洁机器人系统通电，使系统所有设备处于工作状态，并完成光信号接收器（9）与光源（12）通信；
S3、通过四组摄像头在油罐内部布局，通过光源（12）内部的第一可编程门阵列FPGA处理器将油罐清洁机器人的位置信息转换成三维坐标形式，并做出合理的清刷路径规划；
S4、第一可编程门阵列FPGA处理器将S3中得到的清刷路径规划的进行处理，通过光源发射器发送给光信号接收器（9），将清刷路径规划信息传输给油罐清洁机器人内部的第二可编程门阵列FPGA处理器；
S5、第二可编程门阵列FPGA处理器根据S4中做出的清刷路径规划控制油罐清洁机器人完成油罐清理；
S5中，控制油罐清洁机器人完成油罐清理，具体包括以下步骤：
S5.1第二可编程门阵列FPGA向两个电机驱动模块发出PWM脉冲波，分别控制两个驱动电机（7）的转速，实现前进、后退、左转和右转；
S5.2第二可编程门阵列FPGA向两个清刷驱动模块发出PWM脉冲波，分别控制两个清污刷头（2）的转速；
所述智能油罐清洁机器人系统包括对油罐自动清洁的油罐清洁机器人、对油罐内环境进行图像采集的环境信号采集装置、根据环境信号制定清刷路径规划的第一可编程门阵列FPGA处理器和控制油罐清洁机器人自动清洁的第二可编程门阵列FPGA处理器；
所述油罐清洁机器人包括油罐清洁机器人本体（10）、清洁组件、动力组件和电磁吸附盘（8），所述油罐清洁机器人本体（10）安装有所述第二可编程门阵列FPGA处理器和光信号接收器（9）；
所述环境信号采集装置包括四组吸附在油罐内部壁面无死角拍摄油罐内部轮廓的摄像头组件（11）和吸附在油罐内部上壁面四组摄像头组件（11）中央位置的光源（12）；所述光源（12）内部安装有与摄像头组件（11）中的摄像头连接的所述第一可编程门阵列FPGA处理器。
2.根据权利要求1所述的一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：所述油罐清洁机器人的动力组件包括两个分别与机器人本体（10）左、右侧板前半部分对称位置间隙配合的从动轴（4）、两个分别与机器人本体（10）左、右侧板后半部分对称位置间隙配合的驱动轴（5）、四个分别与两个驱动轴（5）和两个从动轴（4）固定连接并安装在机器人本体（10）左、右侧板外侧的橡胶轮胎（3）、两个对称安装在机器人本体（10）内部与两个驱动轴（5）通过轴承连接的驱动电机（7）；
所述油罐清洁机器人的清洁组件包括两个与机器人本体（10）前侧板固定连接的清污刷头连接轴（1）、两个安装在清污刷头连接轴（1）下部的清污刷头（2）、两个清污刷头（2）内部的高压水射装置和安装在机器人本体（10）下侧板外部的油渍铲（6）；所述油渍铲（6）包括与贯穿下侧板前后的中心线对称的两块钢板，两块钢板一端相交成指向机器人本体（10）前方的钝角；一个所述清污刷头（2）与贯穿下侧板前后的中心线相齐，安装于油渍铲（6）前方；
所述电磁吸附盘（8）安装在机器人本体（10）下侧板外部的油渍铲（6）后侧；
所述第二可编程门阵列FPGA处理器安装在油罐清洁机器人本体（10）内部中间位置，与第二可编程门阵列FPGA处理器连接的光信号接收器（9）安装在油罐清洁机器人本体（10）上侧板外部中心偏后位置。
3.根据权利要求2所述的一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：所述驱动电机（7）上设置接收所述第二可编程门阵列FPGA处理器的运动信号的电机驱动模块。
4.根据权利要求2所述的一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：所述清污刷头（2）上设置接收所述第二可编程门阵列FPGA处理器的速度信号的清刷驱动模块。
5.根据权利要求2所述的一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：所述电磁吸附盘（8）上设置实现油罐清洁机器人对油罐的电磁吸附的电磁转换电路。
6.根据权利要求1所述的一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：所述环境信号采集装置的摄像头组件（11）包括四个吸附在油罐内部壁面四个方位的摄像头支架和四个安装在摄像头支架上的摄像头；所述摄像头支架能够根据不同油罐结构调整吸附位置。
7.根据权利要求1所述的一种智能油罐清洁机器人系统的清洗油罐方法，其特征在于：所述光源（12）包括与所述光信号接收器（9）进行无线光通信的光源发射器。
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