CN117506916A - 一种石化企业智能巡检与排险机器人 - Google Patents

Abstract

我国石化企业时常出现安全问题或发生安全事故，石化企业目前主要通过固定监测点和人工巡检进行泄露源或火源的监测，对危险管道进行修补和灭火。石化企业巡检和排险存在固定监测点检测范围有限，人工巡检成本高且效率低，工作人员难以发现微小泄漏源、难以实现全方位检测等问题。本发明提出了一种石化企业智能巡检和排险机器人，该机器人机身左右两侧安装有六足真空吸盘攀爬装置，机身正面下方位置搭载磁力吸盘辅助攀爬机构，机身正面上方位置搭载组合式修补和灭火装置，机身上方还设有双目视觉摄像，机身底部安装有麦克纳姆轮。具体采用了一种真空与磁力吸盘结合的攀爬技术，六足防前倾后仰与侧翻机械臂，轮式足式行走机构配合技术，车手眼协调控制技术，嗅视听多传感融合技术，组合式的修补和消防喷枪技术，并利用导航与路径规划，结合人机交互互联完成作业任务。本发明可针对石化企业的气液体泄露和火灾等突发状况，实现预警、堵漏和灭火功能。

Description

一种石化企业智能巡检与排险机器人

技术领域

本发明涉及石化企业机器人技术领域，尤其涉及一种石化企业智能巡检与排险机器人。

背景技术

我国石化企业时常出现安全问题或发生安全事故，为保证及时发现并解决石化企业中出现的紧急状况，包括因设备维护不及时或人工操作不规范引起的有毒或刺激性液体泄露，突发火灾或火势蔓延等，石化企业普遍通过固定监测点配合人工巡检，进行石化泄露或火灾的检测，再进行查漏补缺，对管道进行后期修补，或对火源进行及时扑灭。

但固定监测点和人工巡检检测方式存在弊端，如固定监测点检测范围有限，巡检存在盲区，人工巡检效率低且成本高，微小泄漏源难发现，易出现漏检错检，难以实现全方位检测，无法及时发现潜在风险。同时人工巡检需进入现场进行修补或消防等作业，这对于保障人员安全具有极大的不确定性。

考虑石化企业固定监测点检测范围有限，人工巡检效率低和成本高，人工修补与消防存在安全隐患等问题，本发明提出了一种石化企业智能巡检和排险机器人，该机器人机身左右两侧安装有六足真空吸盘攀爬装置，机身正面下方位置搭载磁力吸盘辅助攀爬机构，机身正面上方位置搭载组合式修补和灭火装置，机身上方还设有双目视觉摄像，机身底部安装有麦克纳姆轮。具体采用一种真空与磁力吸盘结合的攀爬技术，六足防后仰与侧翻机械臂，轮式足式行走机构配合技术，车手眼协调控制技术，嗅视听多传感融合技术，组合式修补和消防喷枪技术，并利用导航与路径规划，结合人机交互互联完成作业任务。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中，石化企业巡检和排险存在固定监测点检测范围有限，人工巡检成本高且效率低，检测与修补作业人员存在安全风险，以及难以发现微小泄漏源、难以实现全方位检测等问题，提出了一种石化企业智能巡检和排险的特种机器人。

本发明巡检与排险机器人以巡检为基础，预警、堵漏和灭火为核心，实现机器人对石化企业的全方位巡检和排险。具体巡检排险机器人包括真空吸盘攀爬***、六足防前倾后仰与侧翻机械臂，轮足式行走机构配合技术，车手眼协调控制技术，多传感器融合检测***、组合式修补***和灭火***、人机交互无线通讯模块等，并利用导航和路径规划算法，形成了智能防撞与避障***，使机器人可以在巡检和排险过程中躲避运动物体，绕过固定障碍物，可攀爬石化企业常用管道，通过搭载高清摄像装置、超声波拾音器、刺激性气液体检测仪和激光测距仪等设备，完成视频与图像识别、音波搜索、刺激性气味检测以及距离测定等工作，实现机器人智能诊断，在巡检过程中及时检测石化企业危险泄露源，或者发生温度异常位置和火灾危险区域，及时进行预警处理，并通过无线网络将机器人采集到的现场信息第一时间传回控制室，使工作人员实时掌握现场情况。针对石化企业可能出现的气液体泄露的问题，机器人通过喷涂聚四氟乙烯等修补剂，对泄露点进行堵漏修补，针对石化企业某处出现温度异常、火势蔓延的情况，机器人通过连接泡沫灭火剂进行灭火操作。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

优选地，所述智能防撞与避障***，是为了提高机器人识别运动物体或固定障碍，以及避免碰撞或减轻损坏而研发的。该***通过机器视觉技术或多种传感器数据作为依据，通过大量训练以及理论算法的优化，不断改进和提升自己的决策能力，从而适应石化企业相对复杂和突发的外部环境。该***保证了机器人的正常行驶，提高了机器人的安全性。

优选地，所述真空吸盘攀爬机构，是为了提高机器人的攀爬与移动能力而设计的。该机构主要依赖六个机械臂上的真空吸盘，并以机身上的磁力吸盘为辅助，在机器人与攀爬表面之间建立吸附关系，以便提供足够的粘附力支持机器人进行行走和作业。该***采用真空和磁力吸盘配合，能够在不同直径的管道表面上进行攀爬，保障作业稳定性的情况下，提高了作业范围。

优选地，所述防前倾后仰与侧翻机械臂，保证机器人的运动平稳并防止机器人倾倒。具体机器人能够感知自身姿态和周围环境变化，以及倾斜和侧翻风险，通过智能决策和位姿调整，控制机械臂的运动方式，上侧机械臂防机器人前倾与后仰，下侧机械臂防机器人侧翻，中侧机械臂用于辅助上侧或下侧机械臂作业，如此设计提高了机器人的稳定性和可靠性，减少了机器人倾覆和损坏的风险，同时保障了机器人的工作性能。

优选地，所述轮足式行走机构配合技术，增强了机器人移动能力和适应性能。该技术根据周围环境的变化，通过控制算法和逻辑决策，实现行走方式的转换与协调控制。具体机器人可以在不同的地形和环境中移动，平缓路面时，采用四轮机构正常行走，当遇到管道阻挡或坑洼不平整路面时，足式结构辅助四轮机构保证机器人平衡，翻越石化管道或穿过颠簸路面。这种轮式足式行走机构配合技术可以在环境相对复杂的石化企业中运用，提供了更大的机动性和适应性，使机器人能够在石化企业中应对变化的地形条件和特定的工作需求。

优选地，所述车手眼协调控制技术，是基于机器人运动平台，并采用末端执行器和双目视觉***，辅助机器人精确作业。该技术利用机器人移动平台实现快速移动，通过双目视觉***获取堵漏源或火源的位置，并采用组合式的喷枪从左侧枪管将聚四氟乙烯等堵漏修补剂喷出，或从右侧枪管将泡沫灭火剂发射。移动平台保证运动到指定区域，双目视觉***确保发现待作业位置，组合式喷枪完成规定作业任务。

优选地，所述多传感器检测***，通过多种传感器配合，准确发现泄漏源或火源。该***由双目视觉***、超声波拾音器、刺激性气液体检测仪等组成。通过不同类型的传感器实现相互补充，收集多模态数据，提升异常状况的甄别能力。具体通过双目视觉***，可以发现有色液体或明火所在位置；如果气液体中伴随有刺激性味道，刺激性气液体检测仪将发挥作用；当有异常声响或***声，超声波拾音仪能反馈声音来源。

优选地，所述组合式修补与灭火***，能够减小机器人体积，提高运动和作业效率。该***由堵漏修补剂喷头、泡沫灭火剂喷头、两轴喷***撑装置等组成。该***基于多传感器检测装置，利用两轴喷***撑机构调整姿态，将喷头递送至合理作业范围，根据威胁源类型不同，决定选择使用左侧修补剂喷枪***，驱动修补剂储存箱内的曲柄滑块机构，挤压堵漏修补剂至喷头位置，进行堵漏作业，或右侧灭火剂喷枪***，驱动机身尾部泡沫灭火剂连接头中的水泵，向火源中心喷洒。

优选地，所述人机交互无线通讯模块，实现了工作人员通过无线网络与人工智能技术，与机器人进行实时信息接收与指令传达的目标，具体利用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、移动网络等传输数据，可以使工作人员通过各种设备，如智能手机、平板电脑、智能音箱等接收和发送信息。利用人机交互无线通讯模块与人工智能技术，实现了工作人员和机器人的无缝对接。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1.本发明中，该巡检与排险机器人六个机械臂末端由真空吸盘构成，并以机身上的磁力吸盘为辅助，通过真空和磁力吸盘使机器人在石化企业管道表面形成吸附力，提高了机器人的攀爬与移动能力，确保高处管道堵漏修补和灭火的稳定性。适用于石化企业各种高乱错杂的管道环境，可以代替人工攀爬，保障工作人员安全作业。

2.本发明中，该巡检与排险机器人采用了防前倾后仰与侧翻机械臂，具体左右两侧各对称设置三个机械臂，上侧两个机械臂防机器人前倾与后仰，下侧两个机械臂防机器人侧翻，中侧两个机械臂起辅助作用，用于配合上侧或下侧机械臂，该设计保障了机器人的稳定，减少了机器人倾覆和损坏的风险。

3.本发明中，该巡检与排险机器人采用了轮式与足式行走机构相配合的技术，通过机身的状态和周围的环境，迅速判断是否需要转换行走模式，是否需要防后仰与侧翻机械臂辅助翻越，实现了车轮和足式行走机构的运动状态控制。具体可在平缓路面上正常行走，可在倾斜或不规则的路面上行走，可翻越不同直径的石化管道，提供了更高的稳定性。

4.本发明中，该巡检与排险机器人采用了车手眼协调控制技术，配合多传感器检测***，具体利用机器人移动平台实现快速移动，通过双目视觉***获取堵漏源或火源的位置，采用组合式的喷枪从左侧枪管将堵漏修补剂喷出，或着从右侧枪管将泡沫灭火剂发射。通过双目视觉***，发现有色液体或明火位置，通过刺激性气液体检测仪，检测气液体中是否伴随刺激性味道，通过超声波拾音仪，接收异常声响或***声信号。

5.本发明中，该巡检与排险机器人采用组合式修补***和灭火***，该***基于多传感器检测***，利用两轴喷***撑机构调整姿态，将喷头递送至作业合理范围内，根据危险源类型不同，决定选择使用左侧修补剂喷枪***，驱动修补剂储存箱内的曲柄滑块机构，挤压堵漏修补剂至喷头位置，进行堵漏作业；或右侧灭火剂喷枪***，驱动机身尾部泡沫灭火剂连接头的水泵，向火源中心喷洒。

附图说明

图1为本发明提出的一种巡检和排险机器人的前侧结构示意图；

图2为本发明提出的一种巡检和排险机器人的后侧结构示意图；

图3为本发明提出的一种巡检和排险机器人的匍匐运动示意图；

图4为本发明提出的一种巡检和排险机器人的机身内部结构示意图；

图5为本发明提出的一种巡检和排险机器人灭火***的管道设备示意图；

图6为本发明提出的一种巡检和排险机器人修补***的驱动装置示意图；

图7为本发明提出的一种巡检和排险机器人泡沫灭火剂的连接头前端结构示意图；

图8为本发明提出的一种巡检和排险机器人泡沫灭火剂的连接头尾部结构示意图；

图9为本发明提出的一种巡检和排险机器人组合式修补和灭火***的喷***撑装置示意图。

图10为本发明提出的一种巡检和排险机器人防前倾后仰或侧翻的机械臂结构示意图。

图中：1底座、2麦克纳姆轮、3磁力吸盘、4泡沫灭火剂喷头、5两轴喷***撑装置、6堵漏修补剂喷头、7天线、8双目视觉设备、9双目视觉支撑装置、10太阳能板、11LED故障指示灯、12LED状态指示灯、13防前倾后仰和侧翻机械臂、14真空吸盘、15机器人机身、16扩音器、17泡沫灭火剂锁扣、18红外线测距仪、19超声波拾音仪、20刺激性气体检测仪、21泡沫灭火剂连接管、22修补剂储存箱、23推压板、24曲柄、25连杆、26同步带、27滑块、1701泡沫灭火剂喷头、501喷头夹具、502舵机、503连杆、504舵机、1301舵机、1302基节、1303舵机、1304转节、1305舵机、1306腿节、1307支撑板、1308跗节。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图1-10对本发明实施例中的技术方案进行描述，附图中的实施例仅发明中的部分实施例，仅提供参考与说明，本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示上、下、左、右、前、后等，则该方向性指示仅用于描述和解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种石化行业智能巡检与排险机器人(参照图1-10)，包括底座1、麦克纳姆轮2、磁力吸盘3、泡沫灭火剂喷头4、两轴喷***撑装置5、堵漏修补剂喷头6、天线7、双目视觉设备8、双目视觉支撑装置9、太阳能板10、LED故障指示灯11、LED状态指示灯12、防前倾后仰和侧翻机械臂13、真空吸盘14、机器人机身结构15、扩音器16、泡沫灭火剂锁扣17、红外线测距仪18、超声波拾音仪19、刺激性气体检测仪20、泡沫灭火剂连接管21。所述底座1的底部安装有四个麦克纳姆轮2，所述底座1的顶部安装有机器人机身15。所述机器人机身15上端安装有用于消防和灭火的两轴喷***撑装置5，所述两轴喷***撑装置5右侧安装有泡沫灭火剂喷头4，所述两轴喷***撑装置5左侧安装堵漏修补剂喷头6，所述堵漏修补剂喷头6连接修补剂储存箱22，所述修补剂储存箱22连接推压板23，所述推压板23后连接连杆25，所述连杆25一端连接滑块27，一端连接曲柄24，所述滑块27连接同步带26。所述机器人机身15上端安装有双目视觉支撑装置9，所述双目视觉支撑装置9上安装双目视觉设备8，所述机器人机身15上端还安装有天线7、LED故障指示灯11、LED状态指示灯12。所述机器人机身15背面安装有太阳能板10、扩音器16、红外线测距仪18、超声波拾音仪19、刺激性气体检测仪20，所述机器人机身15背面安装有泡沫灭火剂锁扣17，所述泡沫灭火剂锁扣17内部安装有泡沫灭火剂连接管21。所述机器人机身15正面安装有磁力吸盘3，所述机器人机身15两侧安装有防前倾后仰和侧翻机械臂13，所述防前倾后仰和侧翻机械臂13末端执行器处安装有真空吸盘14。

机器人机身15上方安装有双目视觉支撑装置9，所述双目视觉支撑装置9上安装双目视觉设备8，与机器人机身15外侧安装的红外线测距仪18相配合感知周围的障碍物，包括固定的管道等障碍物，以及移动的人等运动障碍物，提供关于障碍物位置、距离、形状和大小等信息，通过算法和数据分析，进行智能避障和防撞处理或者急停，躲避障碍物后根据预先规划好的路径继续前行。

机器人机身15正面安装有磁力吸盘3，机器人机身15两侧安装有防前倾后仰和侧翻机械臂13，机械臂上舵机1301实现向上转动，所述舵机1301通过基节1302连接，实现腿节1306向前转动，所述腿节1306上安装支撑板1307使得结构更加牢固，所述腿节1306末端通过跗节1308与真空吸盘14连接，所述跗节1308为机械臂提供支撑和稳定性，使机器人在攀爬过程中保持平衡。防前倾后仰和侧翻机械臂13开始运动，舵机1301、1303、1305配合转动实现攀爬，最后通过真空吸盘14吸附在管道上，到达作业点位置，利用磁力吸盘3辅助，防止重力过大导致机器人掉落。

机器人机身15上安装防前倾后仰和侧翻机械臂13，防前倾后仰和侧翻机械臂13左右两侧各三个机械臂，左右两侧机械臂成等距离对称关系，前倾或后仰时上侧两个机械臂伸出，撑起机器人，左翻或右翻时下侧两个机械臂伸出，防机器人侧翻，中侧两个机械臂起辅助作用，用于配合上侧或下侧机械臂的稳定，从而保证机器人顺利通过石化企业管道等障碍物。

机器人机身15在底座1上端，所述四个麦克纳姆轮2分别安装在底座1的底部，在平整路面通过麦克纳姆轮2，可以实现机器人的全方位移动和转弯。遇到凹凸不平整路面时，机器人整体呈匍匐状态，机器人机身15两侧安装有防前倾后仰和侧翻机械臂13，机械臂配合麦克纳姆轮2，实现不同尺寸管道障碍的翻越，或穿越凹凸不平整路面。

双目视觉支撑装置9上安装双目视觉设备8不断获取图像，然后通过算法对图像进行分析和处理，机器人机身15背面安装刺激性气体检测仪20实时检测周围气体浓度，机器人机身15背面安装的超声波拾音仪19实时录音，检测周围是否有泄漏声音、火灾引起的爆裂声，机器人机身15背面红外线测距仪18计算出到达泄漏点或火灾源的距离，通过这些不同类型的传感器实现相互补充，收集多模态数据，对异常状况进行甄别，将修补指令反馈到堵漏修补剂喷头6，或将灭火指令反馈到泡沫灭火剂喷头4，完成相应的作业任务。

两轴喷***撑装置5的右侧喷头支撑机械臂上安装泡沫灭火剂喷头4，且泡沫灭火剂喷头4上依次连接泡沫灭火剂连接管21、泡沫灭火剂锁扣17，该装置通过舵机502、504实现上下转动。接收到灭火指令时，将泡沫灭火剂锁扣17连接在石化企业提供的泡沫灭火剂箱体处，进行消防和灭火工作。两轴喷***撑机械臂5的左侧喷头支撑机械臂安装堵漏修补剂喷头6，接到修补指令时，滑块27在同步带26上移动，带动连杆25翻转，连杆25带动曲柄24转动，曲柄24推动推压板23移动，将喷涂剂储存箱22中的修补剂喷出，实现修补堵漏作业。

机器人机身结构上方安装的LED状态指示灯12，机器人正常运行时，亮绿灯；机器人在巡检排查过程中发现泄露，机器人机身15上方安装的LED故障指示灯11，亮红灯，同时扩音器16发出警报，同时机器人机身结构15上方安装的天线7，将实时检测数据反馈到石化企业控制中心；机器人在巡检排查过程中发现火灾，机器人机身15上方安装的LED故障指示灯11，亮黄灯，同时扩音器16也会发出警报，机器人机身结构15上方安装的天线7，将实时检测数据反馈到石化企业控制中心。

机器人机身15外侧安装有太阳能板10，完成机器人的充电。

Claims (7)

1.一种石化企业智能巡检与排险机器人，包括机器人机身(15)，其特征在于，机器人机身(15)左右两侧安装有防前倾后仰和侧翻机械臂(13)，末端执行器为真空吸盘(14)，所述机器人机身(15)前侧偏下位置搭载磁力吸盘(3)辅助攀爬，磁力吸盘(3)与电动推杆相接，使得磁力吸盘(3)实现旋转与前后推拉效果，可随时根据机器人机身(15)与管道间的姿态进行变化，机器人攀爬过程中通过真空吸盘(14)和磁力吸盘(3)，使机器人在石化企业管道表面形成吸附力，提高了机器人的移动能力和稳定性能。

2.根据权利要求1所述的一种石化企业智能巡检与排险机器人，其特征在于，所述机器人机身(15)的左右两侧安装有防前倾后仰和侧翻机械臂(13)，且机械臂两侧成等距离对称关系，其特征在于，所述机器人机身(15)两侧设有左右6个方形凹槽，凹槽装配双轴，舵机金属舵盘与基节(1302)以M6自拧螺钉相接，所述基节(1302)、转节(1304)、腿节(1306)间皆以双轴连接，腿节(1306)与搭载真空吸盘(14)的跗节(1308)之间以M6自攻螺钉相接，所述防前倾后仰和侧翻机械臂(13)的上侧防机器人前倾与后仰，下侧防机器人侧翻，中侧协助上侧或下侧机械臂作业，该设计减少了机器人倾覆和损坏的风险。

3.根据权利要求1所述的一种石化企业智能巡检与排险机器人，其特征在于，底座(1)装设单轴舵机，装载麦克纳姆轮(2)作为驱动轮，与权力要求1所述的防前倾后仰和侧翻机械臂(13)相呼应，采用轮式与足式行走机构配合的技术。具体在平缓路面时，采用四轮机构正常行走，当遇到管道阻挡或坑洼不平整路面时，足式结构辅助四轮机构翻越石化管道，穿过颠簸路面。机器人通过检测机身的状态和周围的环境，迅速判断是否需要转换行走模式，是否需要防前倾后仰与侧翻机械臂(13)辅助，相应地控制车轮和足式行走机构的运动状态。

4.根据权利要求1所述的一种石化企业智能巡检与排险机器人，其特征在于，采用车手眼协调控制技术，该技术是基于机器人运动平台，并采用末端执行器和双目视觉***，以辅助机器人精确作业。具体利用机器人移动平台实现快速移动，通过双目视觉设备(8)获取堵漏源或火源的位置，并采用组合式的喷枪从堵漏修补剂喷头(6)将聚四氟乙烯等修补剂喷出，或从泡沫灭火剂喷头(4)中发射泡沫。移动平台保证运动到指定区域，双目视觉***确保发现待作业位置，组合式喷枪完成规定作业任务。

5.根据权利要求1所述一种石化企业智能巡检与排险机器人，所述机器人机身(15)装配多传感器检测***，通过多传感器来准确发现堵漏源或火源。该机器人机身(15)上方设有双目视觉设备(8)，与双目视觉支撑装置(9)以双轴舵机相接形成传动机构，实现攀爬作业时视觉识别***姿态的灵活转变。机身内部设有超声波拾音仪(19)、刺激性气液体检测仪(20)等装置，作业时与双目视觉设备(8)配合，实现传感器间相互补充，进而收集多模态数据。双目视觉设备(8)能够发现有色液体或明火信息，刺激性气液体检测仪(20)检查可以发现气液体的刺激性味道，超声波拾音仪(19)反馈声异常声响或***声来源。

6.根据权利要求1所述的一种石化企业智能巡检与排险机器人，所述机器人机身(15)前侧偏上位置，搭载组合式修补和灭火装置，该装置基于权利要求5所述多传感器检测***，根据威胁源类型不同，决定选择使用左侧堵漏修补剂喷枪***或右侧泡沫灭火剂喷枪***，堵漏修补剂喷头(6)和泡沫灭火剂喷头(4)安装在两轴喷***撑装置(5)上，利用两轴喷***撑装置(5)调整姿态，将堵漏修补剂喷头(6)和泡沫灭火剂喷头(4)递送至作业合理范围内，堵漏修补剂喷头(6)末尾连接修补剂储存箱(22)，箱内采用曲柄连杆滑块机构为推压器，以推压实现将聚四氟乙烯等堵漏修补剂挤至喷头位置，实现喷涂作业，泡沫灭火剂喷头(4)与所述机身尾部泡沫灭火剂锁扣(17)相连，灭火作业时驱动机身尾部泡沫灭火剂锁扣(17)中的水泵，向火源中心喷洒。

7.根据权利要求1所述的一种石化企业智能巡检与排险机器人，所述机器人机身(15)前后两侧下端装有红外线测距仪(18)，通过红外线判断障碍物与机器人距离，依赖机器视觉和深度学习等技术来处理传感器数据，最终做出轨迹规划和避障决策。所述机器人机身(15)上方装有天线(7)，形成人机交互通讯，工作人员通过无线网络与机器人进行实时信息接收与指令传达，实现工作人员和机器人的无缝对接。