CN205862231U - 一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，包括行进机器人本体，和设置在所述基于金属履带式行进平台的搜索定位机器人平台上，依次有石化气体传感器探测装置、石化气体浓度标向定位装置、实时人员搜索监视与报警装置、实时定位装置和ZigBee‑Wifi网关RT5350基载装置以及主控集成装置。本实用新型具有实时开展采集石化气体浓度的探测任务；实时开展石化气体来源的浓度辨向检测任务；向监控终端实时传送位置信号；实时进行视频监控与通信数据传输并向终端发送石化气体参数等特性。能在石化危险气体泄漏事故发生时有效地开展大范围气源探测和进行石化气体泄漏的具体区域定位，为事故现场人员撤离提供有效的位置信息；降低搜救成本；提高故障排除效率，是一种应用于石化生产、储运安全的应急搜索定位机器人装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及嵌入式传感器技术、GPS定位技术、机器人控制技术领域，尤其是一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置。
背景技术
在石油化工的生产环境下展开石化作业具有高温高压，伴随有毒气体与存在腐蚀性等危险因素。近来频频发生石化生产安全事故，尤其是石化危险气体泄漏事故。石化危险气体泄漏事故，是诱发生产设备爆炸与生产工作人员吸入有毒气体的直接原因，危害大，影响面广，造成二次生产事故连续发生的可能性大。
当石化危险气体泄漏事故发生并引发生产工作人员中毒且尚未导致二次火灾时，除了快速展开救援工作外，对于石化气体泄漏的源头区域的确定显得尤为重要。当故障排除的搜救人员进入事故区域展开长时间、大规模的搜救，对故障排除人员和搜救人员存在生命安全的威胁。
由于现有的石化生产厂区的储运管道有输送距离长与分布密集度高等特点，因此当石化厂区气体泄漏事故发生时，如何在现场开展大范围气源探测和石化危险气体泄漏的具体区域定位的问题亟待解决，如何为事故现场抢救和人员撤离提供有效的位置信息、争取抢救时间、降低搜救成本和提高故障排除效率也显得尤为迫切。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种搜索定位效率较高、灵活性较好、适用区域范围较广，并能实现无线传输通讯与石化危险气体泄漏区域定位反馈的一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，包括行进机器人本体，其特征在于：所述机器人为基于金属履带式行进平台的搜索定位机器人，包括石化气体传感器探测装置；石化气体浓度标向定位装置(306)；实时人员搜索监视与报警装置；实时定位装置；ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)；主控集成装置(103)，其中：所述石化气体传感器探测装置，设置有石化气体传感器与环境监测传感器，分别与所述ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)和所述主控集成装置(103)连接，并实时开展采集石化气体浓度的探测任务；所述石化气体浓度标向定位装置(306)与所述主控集成装置(103)连接，并实时开展石化气体来源的浓度辨向检测任务；所述实时人员搜索监视与报警装置，设置有红外避障传感器(104)、红外防坠落传感器(111)、高清监控取景摄像头(105)、人体感应模块(109)、温湿度传感器(204)，分别与ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)和所述主控集成装置(103)连接，并向终端发送环境参数与进行监控视频传输；所述实时定位装置，设置有GPS定位模块(101)与主控集成装置(103)连接，并向监控终端实时传送位置信号；所述ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)与主控集成装置(103)连接，并进行实时通信数据传输；所述主控集成装置(103)，设置在机器人平台中部的集成盒中，采用ARM核心控制芯片，架设嵌入式数据采集与处理系统，处理各个传感器采集来的实时数据，并经过程序运算后输出相应的通信信号与电机执行信号。
本实用新型设置有基于金属履带式行进机构，由带有此轮的高精度直流电机(113)驱动的搜索定位机器人平台进行移动动作，同时在所述高精度直流电机(113)的旋转带动齿轮旁边设置霍尔测速传感器模块(112)，对所述高精度直流电机(113)在当机器人行进过程中通过直流电机进行有效地转速检测、速度控制、方向控制、制动控制。
本实用新型如果将所述石化气体浓度标向定位装置(306)设置在机器人的进行正前部，另一安装有中间烟雾气敏传感器(203)、左侧烟雾气敏传感器(201)、右侧烟雾气敏传感器(202)以同样三角状态分布的如说明书附图所述图2的三传感器三角浓度差值定位模型设置在机器人的进行正后部，本实用新型设置所述石化气体浓度标向定位装置(306)均应视为如说明书附图所述图2的安装方式的等同安装方案。
本实用新型在所述主控集成装置上部安装有24V聚合物锂电池组(118)、GPS定位模块(101)、ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)。
本实用新型在机器人的进行正前部、所述石化气体浓度标向定位装置(306)的下部设置有人体感应模块(109)、LED照明灯(110)、红外防坠落传感器(111)，其中：所述人体感应模块(109)向机器人的正前部正中方向进行生命迹象探测；所述LED照明灯(110)安装在机器人的正前部左右两侧，当光照条件不理想的条件下为机器人进行与摄像头前部取景监视进行辅助光照加持；所述红外防坠落传感器(111)安装在机器人的正前部并方向朝下，在当机器人遭遇复杂悬崖地形或者行走平面的起伏过大时，可以为了防止坠落造成机器人的损伤进而触发自动紧急制动机制。
本实用新型在所述主控集成装置(103)下方的履带托载平台机身内设有安全急救储存自救药盒，并设有外界求救信号按钮与寻求周围机器人装置集群救援和位置报警按钮。
优选的，所述车前高清监控取景摄像头(105)采用720P高清红外夜视摄像头。
优选的，所述一氧化碳气敏传感器采用设置有宽电压LM393比较器、具有双路信号输出(模拟量输出及TTL电平输出)和气敏材料为二氧化锡的MQ-7气体传感器。
优选的，所述烟雾气敏传感器，特点是具有开关信号(TTL)输出和模拟信号输出，对液化气、丙烷、氢气的可燃性气体的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测亦能达到理想的水平的MQ-2气体传感器。
优选的，所述温湿度传感器为湿度测量范围在20％-95％，湿度测量误差为±5％，温度测量范围在0-80℃，温度测量误差：±2℃，工作电压为3.3V-5V的DHT11温湿度传感器模块。
优选的，所述红外避障传感器(104)、红外防坠落传感器(111)采用光学分辨率为20∶1，响应时间为50ms的工业级不锈钢红外避障传感器。
优选的，所述主控集成装置(103)的的控制核心为基于ARM920T架构的S3C2410处理器。
优选的，所述ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)，包括有：Zigbee(CC2530)和RT5350，RT5350运行于360MHz系统主频并采用32MByte RAM和8MByte flash，嵌入OpenWRT架构可选择内置和外置两种天线，包括Zigbee和RT5350。可作为组网节点设置通信调试口，包括：Wifi和Zigbee，实现Wifi和Zigbee的协议转换进行视频传输与数据共享。
优选的，所述的人体感应模块(109)为工作的电压为DC5～20V，静态功耗为65mA，可调延时时长为0.3s～10min，封锁时间为0.2s，感应范围为小于120°锥角的半径7m以内距离能感应人体迹象的检测模块。
下面结合附图进行说明。
附图说明
图1是本实用新型的外观示意左视图。
图2是设置在机器人正后部的三传感器三角浓度差值定位模型的正视图。
图3是设置在机器人正前部的三传感器三角浓度差值定位模型与所述石化气体浓度标向定位装置(306)的正视图。
如图1、图2、图3所示，标注101为GPS定位模块；标注102为ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置；标注103为主控集成装置；标注104、标注305同为红外避障传感器；标注105、标注304同为高清监控取景摄像头；标注106、标注303同为中间一氧化碳气敏传感器；标注107、标注301同为左侧一氧化碳气敏传感器；标注108、标注302同为右侧一氧化碳气敏传感器；标注109为人体感应模块；标注110为LED照明灯；标注111为红外防坠落传感器；标注112为霍尔测速传感器模块；标注113为高精度直流电机；标注114为金属履带；标注115、标注201同为左侧烟雾气敏传感器；标注116、标注202同为右侧烟雾气敏传感器；标注117、标注203同为中间烟雾气敏传感器；标注118为聚合物锂电池组；标注204为温湿度传感器。
具体实施方式
为了进一步说明本实用新型的结构原理、基本用途与改进创新之处，现在结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，然而所述实施例仅为提供说明与解释之用，不能用来限制本实用新型的专利保护范围。
一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，可由控制终端发出搜索指令，通过无线通信模块传输到搜索定位机器人，开始无序搜索。
首先，机器人在搜索过程中，通过环境传感器采集当前石化气体浓度与环境参数信息，并且利用三传感器三角浓度差值定位模型进行浓度辨向后执行动作并将数据反馈至终端，终端可对采集到的石化气体浓度与环境参数信息进行实时分析。此时机器人装置的行进原则为向石化气体浓度高的方向进行。
然后，在终端的控制命令下实现多探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置通过通信装置组网，并实现对于高浓度的石化气体的趋近移动，进而判断石化危险气体泄漏的具体区域定位和通过取景监控摄像头观察实时画面。当机器人装置通过人体热释电红外传感器检测到生命迹象时，便将在当前坐标定位一个标志点，并将该标志点坐标信息反馈至终端，急救程序结束后便继续搜索石化气体泄漏的大致区域。
最后，无线通信模块通过GPS对当前机器人进行定位并将其坐标信息反馈至终端的上位机系统，上位机系统绘制各个机器人装置进行浓度辨向后的运行轨迹图，实时分析当前搜索路线与确定石化气体泄漏的区域，为下一步的人工抢救争取时间，缩小搜索区域。
Claims (4)
1.一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，包括行进机器人本体，其特征在于：所述机器人为基于金属履带式行进平台的搜索定位机器人，包括石化气体传感器探测装置；石化气体浓度标向定位装置(306)；实时人员搜索监视与报警装置；实时定位装置；ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)；主控集成装置(103)，其中：
所述石化气体传感器探测装置分别与所述ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)和所述主控集成装置(103)连接；所述石化气体浓度标向定位装置(306)与所述主控集成装置(103)连接，并设置有三传感器三角浓度差值定位模型；所述实时人员搜索监视与报警装置，设置有红外避障传感器(104)、红外防坠落传感器(111)、高清监控取景摄像头(105)、人体感应模块(109)、温湿度传感器(204)，分别与所述ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)和所述主控集成装置(103)连接；所述实时定位装置，设置有GPS定位模块(101)与所述主控集成装置(103)连接；所述ZigBee-Wifi网关RT5350基载装置(102)与所述主控集成装置(103)连接。
2.根据权利要求1所述的一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，其特征在于：所述三传感器三角浓度差值定位模型，采用所述主控集成装置(103)对所述石化气体浓度标向定位装置(306)的反馈信号驱动机器人装置向石化气体浓度较高的方向设置浓度辨向。
3.根据权利要求1所述的一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，其特征在于：所述石化气体传感器探测装置，设置石化气体传感器包括：中间一氧化碳气敏传感器(303)，左侧一氧化碳气敏传感器(301)、右侧一氧化碳气敏传感器(302)，中间烟雾气敏传感器(117)、左侧烟雾气敏传感器(115)、右侧烟雾气敏传感器(116)；设置环境监测传感器包括：红外避障传感器(104)、人体感应模块(109)、红外防坠落传感器(111)、温湿度传感器(204)。
4.根据权利要求1-2任意一项所述的一种探测石化气体泄漏的搜索定位机器人装置，其特征在于：所述石化气体浓度标向定位装置(306)设置在机器人的进行正前方向的机器人装置的前部，并以十字型状态在所述石化气体浓度标向定位装置(306)左边、右边、中间分别垂直安装有：左侧一氧化碳气敏传感器(301)、右侧一氧化碳气敏传感器(302)、中间一氧化碳气敏传感器(303)，构成以三角形形状分布的所述三传感器三角浓度差值定位模型。
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