CN207764584U - 一种石化工厂巡检机器人环境信息采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，包括防爆壳体，内含主控腔、接线腔和电源腔，主控腔内设有控制器、差分GPS模块、惯性测量模块、信号隔离安全栅模块、数据存储模块和电源转换模块，接线腔用于转接各供电和通信电缆，电源腔内设有电源模块，防爆壳体的外部设有视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块，这些外部传感器通过信号隔离安全栅模块与控制器连接，控制器将采集到的视觉信息、激光雷达信息、差分GPS信息、里程信息和惯性信息保存在数据存储模块中。本实用新型实现了石化工厂环境信息的精确采集，并满足防爆安全要求。
Description
技术领域
本实用新型属于特种机器人技术领域，特别涉及了一种石化工厂巡检机器人环境信息采集装置。
背景技术
石化企业、油库、储运公司等工厂的工作区域面积通常较大，安全隐患不易排查。目前只能通过人工对各个罐区、泵区、变电所等工作场合的仪器仪表进行徒步现场检测，对输油管路、储油罐底部、泵站、计量间、流量间等工作场合的各类阀门、仪表、设备进行重点逐一检查。人工巡检的工作强度大、复杂度高，需要巡检的区域繁杂极容易漏检，存在较大的安全隐患。采用自主巡检机器人代替人工执行巡检任务，可以极大的降低工人工作强度，降低工作风险；容易扩展为多机器人协作方式，昼夜不间断工作，提高巡检效率；可以通过事先标识和自主感知发现，对需要重点巡检的场合进行程序化排查，排除人为漏检错检失误，安全性更高。
目前，巡检机器人在变电站、室内工作区域等结构化条件较好的环境已经取得应用和推广，在巡检工作自动化和智能化方面上有了一定的提高。相比于变电站，石化工厂的环境非结构化程度更高，需要巡检的内容和场所类型更复杂。例如，巡检机器人除了需要在厂区室外环境对罐区、泵区等设备进行巡检，同时还要进入变电所、流量间、计量间等室内环境。由于巡检任务的复杂性，给机器人定位和自主导航带来巨大的困难。通过石化工厂的环境建模和地图构建可以为机器人提供高精度的环境模型，基于地图可以大幅度降低机器人定位的难度，极大提高定位精度。同时环境模型的建立可以预先对重要仪器和事故多发地区的位置进行标识，对于制定巡检策略和后期机器人自主导航具有重要的作用，其质量直接影响路径规划、避障的难度和精度，决定巡检效率。另外环境模型的建立也为可视化监控机器人运行状况和环境情况带来巨大便利。
对石化工厂进行精确的环境建模首要依赖的便是对环境信息的精确采集，又因为石化工厂的特殊性，石化工厂使用的信息采集设备必须满足防爆安全要求，对于现阶段使用的各类测量设备，都难以直接应用到此类环境区域。
实用新型内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本实用新型旨在提供一种石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，实现对石化工厂环境信息的精确采集，并满足防爆安全要求。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
一种石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，该装置安装或集成于巡检机器人平台上，包括防爆壳体，该防爆壳体包含3个腔体：主控腔、接线腔和电源腔，主控腔内设有控制器、数据存储模块、差分GPS模块、惯性测量模块、信号隔离安全栅模块和电源转换模块，接线腔用于转接各供电和通信电缆，电源腔内设有电源模块，防爆壳体的外部设有视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块，所述信号隔离安全栅模块具有多路信号端口，每路信号端口包含输入端口以及与之对应的输出端口，视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块的信号输出端分别与信号隔离安全栅模块的各路输入端口连接，并通过相应的输出端口与控制器连接，惯性测量模块的信号输出端与控制器连接，电源模块的输出端与电源转换模块的输入端连接，电源转换模块的输出端输出各模块所需的供电电压，控制器将采集的视觉信息、激光雷达信息、差分GPS信息、里程信息和惯性信息保存于数据存储模块中。
基于上述技术方案的优选方案，所述视觉相机、多线激光雷达和差分GPS模块天线的信号输出端分别通过矿用阻燃通信电缆与信号隔离安全栅模块的各路输入端口连接。
基于上述技术方案的优选方案，所述里程测量模块的信号输出端通过串行接口与信号隔离安全栅模块的某路输入端口连接。
基于上述技术方案的优选方案，所述惯性测量模块的信号输出端通过串行接口与控制器连接。
基于上述技术方案的优选方案，所述视觉相机采用防爆型双路网络摄像机。
基于上述技术方案的优选方案，所述多线激光雷达采用本质安全型激光雷达。
基于上述技术方案的优选方案，所述差分GPS模块天线采用本质安全型天线。
基于上述技术方案的优选方案，所述里程测量模块使用本质安全型光电编码器。
基于上述技术方案的优选方案，所述电源转换模块包括多路不同电压的非安电源输出端和多路不同电压的本安电源输出端，防爆壳体内部的控制器、差分GPS模块、信号隔离安全栅模块惯性测量模块和数据存储模块的供电端连接对应的非安电源输出端，防爆壳体外部的视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块的供电端连接对应的本安电源输出端。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本实用新型可以满足石化工厂全场景、全工况条件下工作，通过多类型传感器获取环境信息，提高了环境监测的适应性和精确性，克服了单一类型传感器监测误差大的缺陷；
本实用新型满足石化工厂对于检测监测设备的防爆安全性能要求，通过本安传感器的使用和与隔爆腔体中元器件的电气与信号隔离，满足隔爆兼本安的防爆要求，保障了系统的安全性和可靠性，突破了现有环境监测设备不防爆、无法直接应用到石化工厂的技术应用现状，系统原理简洁、易于实现、实用性强。
附图说明
图1为本实用新型装置内部结构图；
图2为本实用新型装置外部传感器布置图；
标号说明：1-电池电源；2-控制器；3-惯性测量模块；4-差分GPS模块；5-电源转换模块；6-信号隔离安全栅模块；7-数据存储模块；8-主控腔；9-接线腔；10-电源腔；11-隔爆壳体；12-视觉相机；13-多线激光雷达；14-差分GPS模块天线；15-里程测量模块。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
一种石化工厂巡检机器人环境建模与地图构建装置，如图1所示，包括电源模块1、控制器2、惯性测量模块3、差分GPS模块4，电源转换模块5、信号隔离安全栅模块6、数据存储模块7和隔爆壳体11，隔爆壳体11分为三个腔体：主控腔8、接线腔9和电源腔10，控制器2、惯性测量模块3、差分GPS模块4，电源转换模块5、信号隔离安全栅模块6和数据存储模块7安装于主控腔8，接线腔9转接各类供电和通信电缆，电源腔10安装电源模块1。
图2为机器人外部传感器布置关系图，包括视觉相机12、多线激光雷达13、差分GPS模块天线14、里程测量模块15。所述视觉相机12、多线激光雷达13、差分GPS模块天线14安装于隔爆壳体11外部上方。
在本实施例中，视觉相机12通过网络接口利用矿用阻燃网络通讯电缆连接到信号隔离安全栅模块6，采集信号经信号隔离安全栅模块6信号隔离后发送到控制器2。作为优选的，视觉相机采用隔爆型双目网络摄像机，用于接收双路图像信号，采用双目视觉里程计方法提供基于视觉的信息。
在本实施例中，多线激光雷达13通过网络接口利用矿用阻燃通讯电缆连接到信号隔离安全栅模块6，采集信号经信号隔离安全栅模块6信号隔离后发送到控制器2。作为优选的，多线激光雷达13使用本质安全型激光雷达，用于采集激光点云数据，采用扫描匹配方法实现位姿估计和建立高精度点云地图。
在本实施例中，差分GPS模块天线14通过矿用阻燃电缆连接到信号隔离安全栅模块6，采集信号经信号隔离安全栅模块6信号隔离发送给差分GPS模块4。作为优选的，差分GPS模块天线14使用本质安全型天线，用于增强接收到的GPS信号。差分GPS模块4用于接收、处理、发送GPS定位信号最终发送到控制器2。
在本实施例中，里程测量模块15通过USB数据线连接到信号隔离安全栅模块6，采集信号经信号隔离安全栅模块6信号隔离后发送给控制器2。作为优选的，里程测量模块使用本质安全型光电编码器，用于测量机器人平台的运行速度和里程。
在本实施例中，惯性测量模块3通过USB线缆连接到控制器2，用于辅助GPS和里程计，提供机器人姿态角和加速度信息。
在本实施例中，电源转换模块5输入端连接到电源模块1的输出端，其中的电源转换模块5输出端分别转变为不同电压的非安电源端和本安电源端，隔爆壳体11内部设备包括控制器2、差分GPS模块4、信号隔离安全栅模块6、数据存储模块7和惯性测量模块3的供电端分别连接到匹配各自电源要求的非安电源端，隔爆壳体11外部传感器包括视觉相机12、多线激光雷达13、里程测量模块15的供电端分别连接到匹配各自电源要求的本安电源端。电源转换模块的主要功能是为在隔爆壳体11内工作的设备提供非安电源，为在隔爆壳体11外工作的设备提供本安电源，实现电气隔离，保证安全性。信号隔离安全栅6的功能是保证工作在隔爆壳体内外的电路之间的信号隔离，保证安全性。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (9)
1.一种石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：该装置安装或集成于巡检机器人平台上，包括防爆壳体，该防爆壳体包含3个腔体：主控腔、接线腔和电源腔，主控腔内设有控制器、数据存储模块、差分GPS模块、惯性测量模块、信号隔离安全栅模块和电源转换模块，接线腔用于转接各供电和通信电缆，电源腔内设有电源模块，防爆壳体的外部设有视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块，所述信号隔离安全栅模块具有多路信号端口，每路信号端口包含输入端口以及与之对应的输出端口，视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块的信号输出端分别与信号隔离安全栅模块的各路输入端口连接，并通过相应的输出端口与控制器连接，惯性测量模块的信号输出端与控制器连接，电源模块的输出端与电源转换模块的输入端连接，电源转换模块的输出端输出各模块所需的供电电压，控制器将采集的视觉信息、激光雷达信息、差分GPS信息、里程信息和惯性信息保存于数据存储模块中。
2.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述视觉相机、多线激光雷达和差分GPS模块天线的信号输出端分别通过矿用阻燃通信电缆与信号隔离安全栅模块的各路输入端口连接。
3.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述里程测量模块的信号输出端通过串行接口与信号隔离安全栅模块的某路输入端口连接。
4.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述惯性测量模块的信号输出端通过串行接口与控制器连接。
5.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述视觉相机采用防爆型双路网络摄像机。
6.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述多线激光雷达采用本质安全型激光雷达。
7.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述差分GPS模块天线采用本质安全型天线。
8.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述里程测量模块使用本质安全型光电编码器。
9.根据权利要求1所述石化工厂巡检机器人环境信息采集装置，其特征在于：所述电源转换模块包括多路不同电压的非安电源输出端和多路不同电压的本安电源输出端，防爆壳体内部的控制器、差分GPS模块、信号隔离安全栅模块惯性测量模块和数据存储模块的供电端连接对应的非安电源输出端，防爆壳体外部的视觉相机、多线激光雷达、差分GPS模块天线和里程测量模块的供电端连接对应的本安电源输出端。
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| CN109782756A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-21 | 国网安徽省电力有限公司检修分公司 | 具有自主绕障行走功能的变电站巡检机器人 |
| CN113030988A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-25 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 单接口本安防爆激光雷达传感器 |
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