CN114083554B - 一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法，属于锅炉检查机器人技术领域，解决了机器人负载过大的问题，该系统包括机器人底盘、功能组件、功能组件拆装机构和功能组件安装部，所述机器人底盘上设置有功能组件安装部，功能组件安装部上可拆卸的固定有功能组件，所述功能组件拆装机构连接功能组件，用于拆装功能组件。减少智能机器人的负载，减少燃煤锅炉内壁的负载，提高机器人运行速率，以及单次工作效率，减少智能机器人的使用数量，降低机器人之间的指挥难度，避免机器人之间碰撞，令燃煤锅炉检查维护构成有序化。

Description

一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法

技术领域

本发明涉及锅炉检查机器人技术领域，特别涉及一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法。

背景技术

大型燃煤锅炉（可在火力发电等方面应用）普遍具有水冷内壁，随着使用时间增加，燃煤锅炉的水冷内壁会产生积灰、结焦、磨损、裂纹、凹凸或变形、腐蚀等各种异常，如果不及时检修维护，就会发生严重故障甚至是重大事故。检修维护项目包括 高压冲洗积灰、打磨内壁以便铲除结焦和腐蚀部位、摄像检测以发现裂纹或者变形等异常部位、水冷内壁超声测厚、焊接修复。由于人工检修燃煤锅炉内壁的工作环境艰苦、危险系数大、检修质量和效率低，目前已经逐步被各种机器人所取代。其中，比较先进的是采用壁行式机器人，此种机器人能够直接在燃煤锅炉的水冷内壁吸附，并移位到各个工作位置，进而实施检修维护项目的作业。

专利号为CN113086044A一种用于锅炉水冷壁检测的磁轮式爬壁机器人，第一传动轮与第二传动轮之间通过第一同步带连接，第二传动轮与第三传动轮之间通过第二同步带连接，第二传动轴的左端依次与减速机和步进电机相连，其右侧机架上安装有检测模块，检测模块的右侧设有电池组，第一传动轴的左端连接有侧磁轮一，其右端依次连接有中间磁轮一和侧磁轮二，侧磁轮一、第一传动轮、中间磁轮一、侧磁轮二之间的连接轴上套设有弹簧，第三传动轴的右端连接有中间磁轮二，整体结构简单，协调紧凑，质量轻，运行稳定，姿态调整灵活，可控性强且简单易操作，吸附性强，可靠性高，能够适应不同的作业曲面，越障能力好，工作效率高，成本低。

专利号为CN110901785的专利公开了一种新型六足锅炉水冷壁检修机器人，包括实现机器人在垂直壁面上的纵向直线移动的主传动系统；实现机器人的吸附功能、越障功能以及在不同工作区间内的跨越的三自由度机械腿横向运动机构；实现清扫积灰的及摄像功能的检修机构。电磁式爬壁机器人，负载能力强，运动灵活，壁面适应能力强，几乎实现锅炉内部全覆盖无死角，应用前景好，方案设计做到了低噪声、无污染、低成本以及重量轻，有利于环境和社会的可持续发展。

但是，为了保障运行平稳可靠，不从燃煤锅炉的水冷内壁脱落，壁行式机器人的自身载荷不能过大，因此一台机器人难以搭载负责全部检修维护项目的功能组件，只能搭载部分功能组件，导致其可以完成的检修项目受到较多限制。或者，需要多台不同功能的机器人共同配合，增加了设备成本，且机器人之间的配合指挥难度大，容易发生碰撞等事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法，减少智能机器人的负载，提高机器人运行速率，以及单次工作效率，减少智能机器人的使用数量，降低机器人之间的指挥难度，避免机器人之间碰撞，令燃煤锅炉检查维护构成有序化，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，包括磁吸式履带、机器人底盘和轻载荷组件，所述机器人底盘的下表面两端处均安装有磁吸式履带，且机器人底盘上设置有轻载荷组件，还包括功能组件、功能组件拆装机构和功能组件安装部，所述机器人底盘上设置有功能组件安装部，功能组件安装部上可拆卸的固定有功能组件，所述功能组件拆装机构连接功能组件，用于拆装功能组件。

进一步地，所述轻载荷组件包括超声避障探头、照明装置、摄像机和探查测量设备，其中，超声避障探头用于侦测和躲避障碍，照明装置为拍摄提供照明，摄像机拍摄水冷内壁画面，探查测量设备利用超声为水冷内壁测量厚度。

进一步地，所述功能组件为打磨功能组件、焊接功能组件或高压冲洗功能组件，其中，打磨功能组件具有三维轨道和打磨结构，用于对水冷内壁实施打磨以便铲除结焦和腐蚀部位，焊接功能组件包括三维轨道和热焊接枪，用于对水冷内壁实施焊接修复，高压冲洗功能组件内部设置高压冲洗泵和水箱，外部具有多角度喷嘴，用于高压冲洗水冷内壁上的积灰。

进一步地，所述功能组件拆装机构包括夹持部件、钢索和夹持部驱动机构，所述夹持部驱动机构连接钢索，所述钢索上固定连接有夹持部驱动机构。

进一步地，所述夹持部驱动机构由底座、卷轴以及驱动电机构成，底座中部通过轴承旋转连接有卷轴，卷轴上固定连接有钢索的端部，驱动电机则通过螺栓固定安装在底座上，且驱动电机的输出端通过联轴器固定连接卷轴，驱动电机的输出端带动卷轴旋转，从而带动卷轴上的钢索卷绕。

进一步地，所述夹持部件包括安装板、夹持座、夹板和夹持电机，所述安装板的下端横向延伸，所述安装板的延伸部分的下表面上固定连接有夹持座，所述夹持座的下端通过旋转轴旋转连接有夹板，且旋转轴的端部与夹持电机输出端相互连接。

进一步地，所述安装板的延伸部分由相互分离的板体一和板体二构成，板体一和板体二之间通过伸缩组件相互连接。

进一步地，所述伸缩组件包括调节电机和滚珠丝杠，板体一上滑动连接有调节电机，所述调节电机的输出端固定连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的右端固定连接板体二，且滚珠丝杠上的螺母通过轴承连接于板体一上。

进一步地，所述功能组件安装部包括线性滑轨、移动滑块、纵向涡杆、横向涡杆和移动电机，功能组件沿线性滑轨滑动，所述线性滑轨分为若干段，相邻两段之间的间隙中设置有可上下垂直滑动的移动滑块，所述移动滑块上通过轴承连接有螺母，螺母旋接于纵向涡杆上，所述纵向涡杆与横向涡杆之间相互连接，横向涡杆的端部连接有移动电机。

根据本发明的另一方面，提供一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的检查维护方法，包括以下步骤：

S101：磁吸式履带带动机器人沿燃煤锅炉内壁移动，轻载荷组件探测燃煤锅炉内壁数据，分析该数据，判断是否进行清洗修复；

S102：若进行清洗修复，则功能组件拆装机构在机器人底盘上装载功能组件；

S103：磁吸式履带带动机器人沿燃煤锅炉内壁移动，功能组件对燃煤锅炉内壁进行高压冲洗、打磨清理以及焊接修复。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法，将功能组件设计为可拆装式，机器人可以安装携带其中一个功能组件执行作业，其余的功能组件以及功能组件拆装机构则由钢索悬挂，当机器人需要更换作业类型的时候，由功能组件拆装机构拆卸功能组件，进而更换新类型的功能组件，减少智能机器人的负载，提高机器人运行速率，以及单次工作效率，减少智能机器人的使用数量，降低机器人之间的指挥难度，避免机器人之间碰撞，令燃煤锅炉检查维护构成有序化。

2、本发明提出的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法，功能组件安装部和功能组件之间通过滑轨连接，当功能组件在功能组件安装部上滑动到位后，移动滑块下移，将功能组件锁合，从而实现安装，拆装过程简便快速，拆装耗费时间少，所占用的更换空间小，提高燃煤锅炉检查维护的工作效率。

附图说明

图1为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的整体结构图；

图2为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的机器人底盘连接图；

图3为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的机器人功能组件安装部结构图；

图4为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的机器人夹持部件结构图；

图5为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的伸缩组件结构图；

图6为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的夹持部驱动机构结构图；

图7为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的高压冲洗功能组件结构图；

图8为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的焊接功能组件结构图；

图9为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的打磨功能组件结构图；

图10为本发明的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的方法流程图。

图中：1、磁吸式履带；2、机器人底盘；3、轻载荷组件；31、超声避障探头；32、照明装置；33、摄像机；4、功能组件；41、打磨功能组件；42、焊接功能组件；43、高压冲洗功能组件；44、被夹持部；45、滑槽；5、功能组件拆装机构；51、夹持部件；511、安装板；512、夹持座；513、夹板；514、夹持电机；515、板体一；516、板体二；517、伸缩组件；518、调节电机；519、滚珠丝杠；52、钢索；53、夹持部驱动机构；531、底座；532、卷轴；533、驱动电机；6、功能组件安装部；61、线性滑轨；62、移动滑块；63、纵向涡杆；64、横向涡杆；65、移动电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，包括磁吸式履带1、机器人底盘2和轻载荷组件3，机器人底盘2的下表面两端处均安装有磁吸式履带1，磁吸式履带1可吸附在燃煤锅炉的水冷内壁上并沿着燃煤锅炉的水冷内壁移动，在具体操作过程中，通过三维建模在移动终端建立锅炉的三维模型，依照摄像机33拍摄的多点处图片拼凑组合构成全景图形，对全景图形中各个缺陷位置进行分析，从而获得修复的最佳路线，缩减机器人在燃煤锅炉内壁运行的时间，避免绕路，提高工作效率，机器人底盘2上设置有轻载荷组件3，还包括功能组件4、功能组件拆装机构5和功能组件安装部6，机器人底盘2上设置有功能组件安装部6，功能组件安装部6上可拆卸的固定有功能组件4，功能组件拆装机构5连接功能组件4，用于拆装功能组件4；功能组件拆装机构5包括夹持部件51、钢索52和夹持部驱动机构53，夹持部驱动机构53连接钢索52，钢索52上固定连接有夹持部驱动机构53。

参阅图2，轻载荷组件3包括超声避障探头31、照明装置32、摄像机33和探查测量设备，其中，超声避障探头31用于侦测和躲避障碍，照明装置32为拍摄提供照明，摄像机33拍摄水冷内壁画面，探查测量设备利用超声为水冷内壁测量厚度，机器人底盘2还设置有定位结构，用于确定位置。

参阅图3，功能组件安装部6包括线性滑轨61、移动滑块62、纵向涡杆63、横向涡杆64和移动电机65，功能组件4沿线性滑轨61滑动，线性滑轨61分为若干段，相邻两段之间的间隙中设置有可上下垂直滑动的移动滑块62，移动滑块62上通过轴承连接有螺母，螺母旋接于纵向涡杆63上，纵向涡杆63与横向涡杆64之间相互连接，横向涡杆64的端部连接有移动电机65，功能组件4的主体部分上方设置有向上凸起的被夹持部44，被夹持部44的表面上设置有防滑结构，防滑结构为倒齿或防滑橡胶，且功能组件4的两侧均设置有局部向外凸起的部分，该凸起部分上开设有滑槽45，滑槽45线性滑轨61移动，直至凸起部分完全未知移动滑块62上，移动电机65带动横向涡杆64旋转，横向涡杆64上的螺纹与纵向涡杆63上的螺纹咬合，则纵向涡杆63旋转带动移动滑块62沿纵向涡杆63向下移动，将功能组件4锁合与功能组件安装部6上，反之，移动滑块62上移，功能组件4可沿线性滑轨61滑动，直至其脱离功能组件安装部6。

参阅图4，夹持部件51包括安装板511、夹持座512、夹板513和夹持电机514，安装板511的下端横向延伸，该安装板511的延伸部分的下表面上固定连接有夹持座512，夹持座512的下端通过旋转轴旋转连接有夹板513，且旋转轴的端部与夹持电机514输出端相互连接，其中，共有两块夹板513，其中一块夹板513固定连接夹持座512，另一块夹板513旋转连接夹持座512，夹持电机514带动其中一块夹板513旋转，则两块夹板513之间的间距增大，被夹持部44进入两块夹板513之间后，两块夹板513闭合，从而将被夹持部44夹住。

参阅图5，安装板511的延伸部分由相互分离的板体一515和板体二516构成，板体一515和板体二516之间通过伸缩组件517相互连接；伸缩组件517包括调节电机518和滚珠丝杠519，板体一515上滑动连接有调节电机518，调节电机518的输出端固定连接滚珠丝杠519，滚珠丝杠519的右端固定连接板体二516，且滚珠丝杠519上的螺母通过轴承连接于板体一515上，调节电机518的电机轴旋转后板体一515和板体二516之间的螺杆部分延长，调节电机518沿板体一515移动，位于板体一515上方的螺杆部分缩短，从而增大板体一515和板体二516之间的间距，反之缩减间距。

参阅图6，夹持部驱动机构53由底座531、卷轴532以及驱动电机533构成，底座531中部通过轴承旋转连接有卷轴532，卷轴532上固定连接有钢索52的端部，驱动电机533则通过螺栓固定安装在底座531上，且驱动电机533的输出端通过联轴器固定连接卷轴532，驱动电机533的输出端带动卷轴532旋转，从而带动卷轴532上的钢索52卷绕。

参阅图7至图9，功能组件4为打磨功能组件41、焊接功能组件42或高压冲洗功能组件43，其中，打磨功能组件41具有三维轨道和打磨结构，打磨结构为打磨钻头或者打磨砂轮，用于对水冷内壁实施打磨以便铲除结焦和腐蚀部位，打磨结构的上方设置有拍摄结构，用于确定打磨的程度，提高打磨的精度，焊接功能组件42包括三维轨道和热焊接枪，热焊接枪可沿三维轨道移动，从而对水冷内壁实施焊接修复，具体采用Overlay堆焊修复技术，远程实现对目标壁面经打磨消缺后的自动堆焊作业，实现水冷壁表面的远程可视化堆焊修复，高压冲洗功能组件43内部设置水管、阀门、高压冲洗泵和水箱，外部具有多角度喷嘴，水箱通过管道连接高压冲洗泵，高压冲洗泵用于抽取水箱中的水，并对该水施加高压，高压水通过水管流动至喷嘴，喷嘴可沿三维轨道移动，调节喷嘴的位置，用于高压冲洗水冷内壁上的积灰，本实施例中除了上述打磨功能组件41、焊接功能组件42和高压冲洗功能组件43以外还可以设置其他功能性结构。

参阅图10，为了更好的展现用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的方法的流程，本实施例现提出一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的方法，包括以下步骤：

S101：磁吸式履带1带动机器人沿燃煤锅炉内壁移动，轻载荷组件3探测燃煤锅炉内壁数据，分析该数据，判断是否进行清洗修复，在实施过程中，先利用，照明装置32为拍摄提供照明，摄像机33拍摄水冷内壁画面，探查测量设备利用超声为水冷内壁测量厚度，将拍摄的照片以及测量的厚度数据均以无线信号的形式发送至燃煤锅炉外部，在燃煤锅炉外部的数据接收端分析是否存在浮锈、结焦以及腐蚀，若存在浮锈、结焦以及腐蚀，则先负载高压冲洗功能组件43和打磨功能组件41将上述浮锈、结焦以及腐蚀清理，清理后再次拍摄照片测量厚度，以便获得精准且清晰的照片，用于分析燃煤锅炉水冷内壁裂纹和变形等，根据照片和测量厚度的数据获得燃煤锅炉水冷内壁上的缺陷，再依据该缺陷选择功能组件4的种类，以及多种功能组件4种类之间的工作次序，实现最优化的最快速的清理修复工作；

S102：若进行清洗修复，则功能组件拆装机构5在机器人底盘2上装载功能组件4；将功能组件4打磨功能组件41、焊接功能组件42和高压冲洗功能组件43设计为可拆装式，机器人的磁吸履带式底盘可以安装携带其中一个功能组件4执行作业，其余的功能组件4以及功能组件拆装机构5则由钢索52悬挂，且夹持部驱动机构53可带动钢索52收放，从而把功能组件4以及功能组件拆装机构5悬挂输送到与机器人作业面接近的位置，当机器人需要更换作业类型的时候，由功能组件拆装机构5拆卸机器人的底盘当前携带的功能组件4，进而更换新类型的功能组件4；

S103：磁吸式履带1带动机器人沿燃煤锅炉内壁移动，功能组件4对燃煤锅炉内壁进行高压冲洗、打磨清理以及焊接修复。

综上所述：本发明提出的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统及方法，将功能组件4设计为可拆装式，机器人可以安装携带其中一个功能组件4执行作业，其余的功能组件4以及功能组件拆装机构5则由钢索52悬挂，当机器人需要更换作业类型的时候，由功能组件拆装机构5拆卸功能组件4，进而更换新类型的功能组件4，减少智能机器人的负载，提高机器人运行速率，以及单次工作效率，减少智能机器人的使用数量，降低机器人之间的指挥难度，避免机器人之间碰撞，令燃煤锅炉检查维护构成有序化；功能组件安装部6和功能组件4之间通过滑轨连接，当功能组件4在功能组件安装部6上滑动到位后，移动滑块62下移，将功能组件4锁合，从而实现安装，拆装过程简便快速，拆装耗费时间少，所占用的更换空间小，提高燃煤锅炉检查维护的工作效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，包括磁吸式履带（1）、机器人底盘（2）和轻载荷组件（3），所述机器人底盘（2）的下表面两端处均安装有磁吸式履带（1），且机器人底盘（2）上设置有轻载荷组件（3），其特征在于，还包括功能组件（4）、功能组件拆装机构（5）和功能组件安装部（6），所述机器人底盘（2）上设置有功能组件安装部（6），功能组件安装部（6）上可拆卸的固定有功能组件（4），所述功能组件拆装机构（5）连接功能组件（4），用于拆装功能组件（4）；所述功能组件拆装机构（5）包括夹持部件（51）、钢索（52）和夹持部驱动机构（53），所述夹持部驱动机构（53）连接钢索（52），所述钢索（52）上固定连接有夹持部驱动机构（53）。

2.如权利要求1所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述轻载荷组件（3）包括超声避障探头（31）、照明装置（32）、摄像机（33）和探查测量设备，其中，超声避障探头（31）用于侦测和躲避障碍，照明装置（32）为拍摄提供照明，摄像机（33）拍摄水冷内壁画面，探查测量设备利用超声为水冷内壁测量厚度。

3.如权利要求1所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述功能组件（4）为打磨功能组件（41）、焊接功能组件（42）或高压冲洗功能组件（43），其中，打磨功能组件（41）具有三维轨道和打磨结构，用于对水冷内壁实施打磨以便铲除结焦和腐蚀部位，焊接功能组件（42）包括三维轨道和热焊接枪，用于对水冷内壁实施焊接修复，高压冲洗功能组件（43）内部设置高压冲洗泵和水箱，外部具有多角度喷嘴，用于高压冲洗水冷内壁上的积灰。

4.如权利要求1所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述夹持部驱动机构（53）由底座（531）、卷轴（532）以及驱动电机（533）构成，底座（531）中部通过轴承旋转连接有卷轴（532），卷轴（532）上固定连接有钢索（52）的端部，驱动电机（533）则通过螺栓固定安装在底座（531）上，且驱动电机（533）的输出端通过联轴器固定连接卷轴（532），驱动电机（533）的输出端带动卷轴（532）旋转，从而带动卷轴（532）上的钢索（52）卷绕。

5.如权利要求1所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述夹持部件（51）包括安装板（511）、夹持座（512）、夹板（513）和夹持电机（514），所述安装板（511）的下端横向延伸，安装板（511）的延伸部分下表面上固定连接有夹持座（512），所述夹持座（512）的下端通过旋转轴旋转连接有夹板（513），且旋转轴的端部与夹持电机（514）输出端相互连接。

6.如权利要求5所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述安装板（511）的延伸部分由相互分离的板体一（515）和板体二（516）构成，板体一（515）和板体二（516）之间通过伸缩组件（517）相互连接。

7.如权利要求6所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述伸缩组件（517）包括调节电机（518）和滚珠丝杠（519），板体一（515）上滑动连接有调节电机（518），所述调节电机（518）的输出端固定连接滚珠丝杠（519），滚珠丝杠（519）的右端固定连接板体二（516），且滚珠丝杠（519）上的螺母通过轴承连接于板体一（515）上。

8.如权利要求1所述的一种用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统，其特征在于，所述功能组件安装部（6）包括线性滑轨（61）、移动滑块（62）、纵向蜗杆（63）、横向蜗杆（64）和移动电机（65），功能组件（4）沿线性滑轨（61）滑动，所述线性滑轨（61）分为若干段，相邻两段之间的间隙中设置有可上下垂直滑动的移动滑块（62），所述移动滑块（62）上通过轴承连接有螺母，螺母旋接于纵向蜗杆（63）上，所述纵向蜗杆（63）与横向蜗杆（64）之间相互连接，横向蜗杆（64）的端部连接有移动电机（65）。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的用于燃煤锅炉检查维护的智能机器人系统的检查维护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：磁吸式履带（1）带动机器人沿燃煤锅炉内壁移动，轻载荷组件（3）探测燃煤锅炉内壁数据，分析该数据，判断是否进行清洗修复；

S102：若进行清洗修复，则功能组件拆装机构（5）在机器人底盘（2）上装载功能组件（4）；

S103：磁吸式履带（1）带动机器人沿燃煤锅炉内壁移动，功能组件（4）对燃煤锅炉内壁进行高压冲洗、打磨清理以及焊接修复。

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