CN114109481B - 一种智能降尘机器人及其降尘方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能降尘机器人及其降尘方法，所述智能降尘机器人包括移动底盘与多自由度喷雾机构；降尘机器人移动底盘两侧安装履带式移动机构，移动底盘内前部装有电机，中部安装工控主机和柱塞泵，后部安装供水装置，移动底盘上方从前往后依次安装定位导航装置、多自由度喷雾机构、发泡剂添加装置、无线信号接收装置和环境参量监测装置，移动底盘四周安装高清摄像头；工控主机分别与高清摄像头、定位导航装置、环境参量监测装置、电机以及电磁阀相连接。本发明装备多自由度喷雾机构，可完成复杂环境狭小空间内的降尘作业，且本发明运行时，可根据环境温湿度、气压、风速与粉尘浓度制定最优降尘策略，从而实现对粉尘污染的无人化治理。
Description
技术领域
本发明属粉尘治理技术领域，特别是涉及一种智能降尘机器人及其降尘方法。
背景技术
矿山、冶金、建筑、建材、交通等行业领域工业生产中面临较严重的粉尘问题。粉尘会诱发尘肺病，造成严重的健康损害和经济损失；引发粉尘爆炸事故，造成重大人员伤亡和经济损失；此外，粉尘排放还造成大气污染。
传统的喷雾降尘技术需要人工控制，管理难度大，不能根据粉尘的性质和分布特征自动调节喷雾参数，降尘效率低、能耗高，降尘方式粗放，智能化程度低，且现有的固定式喷雾装备无法根据粉尘分布情况进行移动降尘；严重限制了矿山、冶金、建筑等行业领域无人化进程的发展；而机器人可以深入高危作业现场，具有自主作业、动态监控、智能决策、精准作业等优势，对于推动矿产资源开采、隧道工程等领域的智能化建设具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能降尘机器人及其降尘方法，解决了以往“粗放式”降尘效果较差的问题，此外，本技术具有自主决策降尘功能，对于实现企业智能化、无人化生产有一定积极意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种智能降尘机器人及其降尘方法，包括机器人移动底盘与多自由度喷雾机构；所述降尘机器人移动底盘两侧安装履带式移动机构，移动底盘内前部装有电机，中部安装工控主机和柱塞泵，后部安装供水装置，移动底盘上方从前往后依次安装定位导航装置、多自由度喷雾机构、发泡剂添加装置、无线信号接收装置和环境参量监测装置，移动底盘四周安装高清摄像头。所述柱塞泵通过供液管路分别与发泡剂添加装置、供水装置、多自由度喷雾机构相连接，且供液管路上分别安装有电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ和电磁阀Ⅲ；所述工控主机分别与高清摄像头、定位导航装置、环境参量监测装置、电机以及各电磁阀相连接；所述环境参量监测装置的主体为中空支撑杆，顶部安装温湿度计、气压计和风速传感器。
本发明进一步的，所述多自由度喷雾机构主体为中空的多自由度机械臂，机械臂内部为供液管，机械臂前端装有粉尘浓度传感器和喷头组，所述喷头组由3个不同规格的自吸气雾化喷嘴和3个不同规格的自吸气泡沫喷嘴共6个组成，与3个自吸气雾化喷嘴相连接的供液支管上分别安装有喷雾启停电磁阀，与3个自吸气泡沫喷嘴相连接的供液支管上分别安装有泡沫启停电磁阀。
本发明进一步的，所述供水装置为一箱体，内部折叠收纳供水软管，供水软管一端与柱塞泵连接，一端连接套口并露出在机器人移动底盘外部。
本发明还提供一种利用上述智能降尘机器人的降尘方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.建立作业场所三维地图，标记重点产尘区域以及供水管网连接位置，输入到机器人工控主机中；
b.在实验室模拟特定作业场所下粉尘运移规律与环境风速、温湿度、气压的关系，研究不同粉尘浓度和不同环境条件下最佳喷雾参数或泡沫参数，将所得到的结果输入到机器人工控主机中；
本发明进一步提供了基于多孔吸附的智能化微藻净水装置处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
c.当粉尘浓度超出阈值时，机器人收到工作场所中控制中心所发出的信号，启动前往尘源点，到达作业场所的供水管网连接点附近后，通过高清摄像头Ⅱ识别供水管网接口并将套口与其相连接；
d.环境参量监测装置监测环境风速、湿度和压力，粉尘浓度传感器监测降尘点粉尘浓度，并分别将数据传输到工控主机；工控主机根据步骤b所得到的结果，选取喷雾降尘/泡沫降尘措施并选择最佳工作参数，开启降尘装置；
e1.若选择喷雾降尘措施，则机器人控制电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ开启，并调节其开度与柱塞泵压力至达到最佳水流量与水压，关闭泡沫启停电磁阀，开启当前水压、流量下最适宜的雾化喷嘴所对应的喷雾启停电磁阀；
e2.若选择泡沫降尘措施，则机器人在e1步骤的基础上，开启电磁阀Ⅰ并调节其开度，同时关闭喷雾启停电磁阀，开启当前水压、流量最适宜的泡沫喷嘴所对应的泡沫启停电磁阀；
f.降尘工作中，机器人监测环境风速、温湿度、气压、粉尘浓度，并用高清摄像头拍摄粉尘画面，将数据及图像传输至工控主机，根据步骤b所得到结果，预测粉尘运移情况，确定降尘作业重点位置和喷雾轨迹，规划机器人运动路径和多自由度喷雾机构动作路径。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是多自由度喷雾机构结构示意图；
图3是本发明的工作原理图；
图4是本发明在煤矿掘进工作面的布置示意图；
图中，1—机器人移动底盘，2—多自由度喷雾机构，3—履带式移动机构，4—电机，5—工控主机，6—柱塞泵，7—供水装置，8—高清摄像头Ⅰ，9—高清摄像头Ⅱ，10—高清摄像头Ⅲ，11—发泡剂添加装置，12—电磁阀Ⅰ，13—电磁阀Ⅱ，14—电磁阀Ⅲ，15—定位导航装置，16—无线信号接收装置，17—环境参量监测装置，18—中空支撑杆，19—温湿度计，20—气压计，21—风速传感器，22—喷头组，23—粉尘浓度传感器，24—供水软管，25—套口，26—多自由度机械臂，27—供液管，28—自吸气雾化喷嘴，29—自吸气泡沫喷嘴，30—喷雾启停电磁阀，31—泡沫启停电磁阀，32—掘进巷道，33—掘进面供水管网，34—掘进机，35—掘进机截割头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，前部、侧面、上部等指示的方位或位置关系为基于附图实物位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位，或以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。且所描述的实施例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。
如附图1和附图2所示，本发明提供一种技术方案：一种智能降尘机器人，包括移动底盘1与多自由度喷雾机构2；所述降尘机器人移动底盘1两侧安装履带式移动机构3，移动底盘1内前部装有电机4，中部安装工控主机5和柱塞泵6，尾部安装供水装置7，移动底盘1上方从前往后依次安装定位导航装置15、多自由度喷雾机构2、发泡剂添加装置11、无线信号接收装置16和环境参量监测装置17，底盘四周安装高清摄像头Ⅰ8、高清摄像头Ⅱ9和高清摄像头Ⅲ10，侧边高清摄像头Ⅱ9包括机器人左右两侧共两台；所述柱塞泵6通过供液管路分别与发泡剂添加装置11、供水装置7、多自由度喷雾机构2相连接，且供液管路上分别安装有电磁阀Ⅰ12、电磁阀Ⅱ13和电磁阀Ⅲ14；所述工控主机5分别与高清摄像头Ⅰ8、高清摄像头Ⅱ9、高清摄像头Ⅲ10、定位导航装置15、环境参量监测装置17、电机4以及电磁阀Ⅰ12、电磁阀Ⅱ13和电磁阀Ⅲ14相连接；所述环境参量监测装置17的主体为中空支撑杆18，顶部安装温湿度计19、气压计20和风速传感器21。
在本发明的另一些具体实施方式中，其余与上述实施方式相同，不同之处在于，如图2所示，所述多自由度喷雾机构2主体为中空的多自由度机械臂26，机械臂内部为供液管27，机械臂前端装有粉尘浓度传感器23和喷头组22，所述喷头组由3个不同规格的自吸气雾化喷嘴28和3个不同规格的自吸气泡沫喷嘴29共6个组成，与3个自吸气雾化喷嘴28相连接的供液支管上分别安装有喷雾启停电磁阀30，与3个自吸气泡沫喷嘴29相连接的供液支管上分别安装有泡沫启停电磁阀31。
在本发明的另一些具体实施方式中，其余与上述实施方式相同，不同之处在于，如图1所示，所述供水装置7为一箱体，内部折叠收纳供水软管24，供水软管24一端与柱塞泵6连接，一端连接套口25并露出在机器人移动底盘1外部。
如图1和图3所示，利用上述实施例的降尘方法，包括以下步骤：
a.建立作业场所三维地图，标记重点产尘区域以及供水管网连接位置，输入到机器人工控主机5中；
b.在实验室模拟特定作业场所下粉尘运移规律与环境风速、温湿度、气压的关系，研究不同粉尘浓度和不同环境条件下最佳喷雾参数或泡沫参数，将所得到的结果输入到机器人工控主机5中；
c.当粉尘浓度超出阈值时，机器人收到工作场所中控制中心所发出的信号，启动前往尘源点，到达作业场所的供水管网连接点附近后，通过高清摄像头Ⅱ9识别供水管网接口并将套口25与其相连接；
d.环境参量监测装置17监测环境风速、湿度和压力，粉尘浓度传感器23监测降尘点粉尘浓度，并分别将数据传输到工控主机5；工控主机5根据步骤b所得到的结果，选取喷雾降尘/泡沫降尘措施并选择最佳工作参数，开启降尘装置；
e1.若选择喷雾降尘措施，则机器人控制电磁阀Ⅱ13、电磁阀Ⅲ14开启，并调节其开度与柱塞泵压力至达到最佳水流量与水压，关闭泡沫启停电磁阀31，开启当前水压、流量下最适宜的雾化喷嘴所对应的喷雾启停电磁阀30；
e2.若选择泡沫降尘措施，则机器人在e1步骤的基础上，开启电磁阀Ⅰ12并调节其开度，同时关闭喷雾启停电磁阀30，开启当前水压、流量最适宜的泡沫喷嘴所对应的泡沫启停电磁阀31；
f.降尘工作中，机器人监测环境风速、温湿度、气压、粉尘浓度，并用高清摄像头10拍摄粉尘画面，将数据及图像传输至工控主机5，根据步骤b所得到结果，预测粉尘运移情况，确定降尘作业重点位置和喷雾轨迹，规划机器人运动路径和多自由度喷雾机构2动作路径。
下面以本发明的应用场景为煤矿井下掘进工作面为例进行说明。如图4所示，工作场景为煤矿掘进工作面：掘进巷道32中，机器人布置在掘进机34两侧，并将供水装置7的软管套口25与掘进面供水管网33上的三通相连接，在掘进过程中，掘进机截割头35附近粉尘浓度较高，机器人靠近粉尘源，通过环境参量监测装置17和粉尘浓度传感器23监测环境、粉尘参数并传输给工控主机5，工控主机5对粉尘态势进行演化与评估，制定自主降尘策略，开启降尘系统并控制机器人移动底盘1、多自由度喷雾机构2运动，对截割粉尘进行精准治理。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (3)
1.一种智能降尘机器人，其特征在于：所述智能降尘机器人包括移动底盘(1)与多自由度喷雾机构(2)；所述降尘机器人移动底盘(1)内前部装有电机(4)，中部安装工控主机(5)和柱塞泵(6)，尾部安装供水装置(7)，移动底盘(1)上方从前往后依次安装定位导航装置(15)、多自由度喷雾机构(2)、发泡剂添加装置(11)、无线信号接收装置(16)和环境参量监测装置(17)，底盘四周安装高清摄像头Ⅰ(8)、高清摄像头Ⅱ(9)和高清摄像头Ⅲ(10)，高清摄像头Ⅱ(9)位于机器人左右两侧共两台；所述高清摄像头Ⅲ(10)拍摄粉尘画面，将数据及图像传输至工控主机(5)，工控主机(5)预测粉尘运移情况，确定降尘作业重点位置和喷雾轨迹，规划机器人运动路径和多自由度喷雾机构(2)动作路径，所述高清摄像头Ⅱ(9)识别工作场所供水管网接口，工控主机(5)处理图像信息后控制机器人将套口(25)与工作场所供水管网相接；所述柱塞泵(6)通过供液管路与发泡剂添加装置(11)、供水装置(7)、多自由度喷雾机构(2)依次连接，且在供液管路与上述三个装置连接处分别安装有电磁阀Ⅰ(12)、电磁阀Ⅱ(13)和电磁阀Ⅲ(14)；所述工控主机(5)分别与高清摄像头Ⅰ(8)、高清摄像头Ⅱ(9)、高清摄像头Ⅲ(10)、定位导航装置(15)、环境参量监测装置(17)、电机(4)以及电磁阀Ⅰ(12)、电磁阀Ⅱ(13)和电磁阀Ⅲ(14)相连接，所述工控主机(5)接收环境参量监测信息、粉尘特性监测信息以及图像信息，实时调控降尘工况参数、多自由度喷头以及机器人的位置参数。
2.根据权利要求1所述的一种智能降尘机器人，其特征在于：所述多自由度喷雾机构(2)主体为中空的多自由度机械臂(26)，机械臂前端装有粉尘浓度传感器(23)和喷头组(22)，所述喷头组由3个不同规格的自吸气雾化喷嘴(28)和3个不同规格的自吸气泡沫喷嘴(29)共6个组成；所述3个自吸气雾化喷嘴(28)与相连接的供液支管上安装有三个喷雾启停电磁阀(30)，所述3个自吸气泡沫喷嘴(29)与相连接的供液支管上安装有三个泡沫启停电磁阀(31)；所述喷雾启停电磁阀(30)、泡沫启停电磁阀(31)与工控主机(5)连接，根据环境参数采集装置提供的信息，自主选择降尘模式。
3.根据权利要求1～2任一项所述的一种智能降尘机器人的降尘方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.建立作业场所三维地图，标记重点产尘区域以及供水管网连接位置，输入到机器人工控主机(5)中；
b.在实验室模拟特定作业场所下粉尘运移规律与环境风速、温湿度、气压的关系，研究不同粉尘浓度和不同环境条件下最佳喷雾参数或泡沫参数，将所得到的结果输入到机器人工控主机(5)中；
c.当粉尘浓度超出阈值时，机器人收到工作场所中控制中心所发出的信号，启动前往尘源点，到达作业场所的供水管网连接点附近后，通过高清摄像头Ⅱ(9)识别供水管网接口并将套口(25)与其相连接；
d.环境参量监测装置(17)监测环境风速、湿度和压力，粉尘浓度传感器(23)监测降尘点粉尘浓度，并分别将数据传输到工控主机(5)；工控主机(5)根据步骤b所得到的结果，选取喷雾降尘/泡沫降尘措施并选择最佳工作参数，开启降尘装置；
e1.若选择喷雾降尘措施，则机器人控制电磁阀Ⅱ(13)、电磁阀Ⅲ(14)开启，并调节其开度与柱塞泵压力至达到最佳流量、水压，关闭泡沫启停电磁阀(31)，开启当前水压、流量下最适宜的雾化喷嘴所对应的喷雾启停电磁阀(30)；
e2.若选择泡沫降尘措施，则机器人在e1步骤的基础上，开启电磁阀Ⅰ(12)并调节其开度，同时关闭喷雾启停电磁阀(30)，开启当前水压、流量最适宜的泡沫喷嘴所对应的泡沫启停电磁阀(31)；
f.降尘工作中，机器人监测环境风速、温湿度、气压、粉尘浓度，并用高清摄像头Ⅲ(10)拍摄粉尘画面，将数据及图像传输至工控主机(5)，根据步骤b所得到结果，预测粉尘运移情况，确定降尘作业重点位置和喷雾轨迹，规划机器人运动路径和多自由度喷雾机构(2)动作路径。
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- 2021-11-30 CN CN202111437826.0A patent/CN114109481B/zh active Active
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