CN111702738B - 一种气化设备内部的检修机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气化设备内部的检修机器人，包括车体及设置于车体上的行走单元、超声检测单元、图像采集传输单元和水垢检测单元；超声检测单元包括多个超声波传感器，用于检测气化设备内空间大小及管道分布；图像采集传输单元设置于车体顶部，由无线通讯器、可伸缩的伸缩臂及设置于伸缩臂顶端的摄像头组成，所述的无线通讯器用于将摄像头采集到的图像信息向外界传输；水垢检测单元设置于车体底部，由水垢剥离手臂及底部摄像机构组成。与现有技术相比，本发明能够在不对气化设备进行拆卸的情况下，方便、直观地进行设备内部状况的判断；操作简单，方便利用，维护方便，造价成本低，而且很容易实现人工智能化。

Description

一种气化设备内部的检修机器人

技术领域

本发明涉及LNG气化设备领域，尤其是涉及一种气化设备内部的检修机器人。

背景技术

我国作为一个能源消耗大国，对于LNG(液化天然气)、石油等能源的使用的依赖性比较的大，我国与各国签订的油气贸易也是逐年的增高，2019年，与俄罗斯的“拳头项目”天然气管道的对接成功举行，2020年4月，中国船舶集团有限公司与卡塔尔石油公司通过视频连线，正式签订了总金额超200亿元人民币的“卡塔尔石油—中国船舶集团液化天然气(LNG)船建造项目”。表明在我国，LNG的消耗量是巨大的，也是很有前期性的，因此，LNG的运输，加工等环节也是非常的重要。

在一些大型的LNG供给厂，设备站有大型的LNG气化设备，主要用于加热预热工业所需的LNG，有时需要大量的LNG进行使用，所以需要的天然气气化设备的数量非常多。LNG气化设备是一种间接性加热设备，在该气化设备内部，火筒和烟管束作为热源，极易在外表面产生水垢，有时还会发生管道破裂等现象，其火筒和烟管束的完整性直接影响着天然气加热炉的传热效率和加热炉的安全性，影响着加热炉的使用寿命，所以对其检修是比较重要的。一般在检修加热炉内部时，总会拆卸整个加热炉进行检修，这样人工的消耗会增加，维修成本会上升，有些加热炉内部没有问题，仅仅是进行检修就拆卸整个加热炉会增加人工工作量。

因此，机器人技术是不可忽略的存在，尤其是在不用拆卸整个加热炉的情况下，使用机器人更是省时省力。现在国际上尤其欧美国家机器人发展迅速，且功能强大，而我国发展较为缓慢。现在有的机器人基本都是些管道内部行走的机器人，没有专门在这种气化设备内部检修和勘测的机器人设备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气化设备内部的检修机器人。能够在不对气化设备进行拆卸的情况下，方便、直观地进行设备内部状况的判断。操作简单，方便利用，维护方便，造价成本低，而且很容易实现人工智能化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气化设备内部的检修机器人，包括车体及设置于车体上的行走单元、超声检测单元、图像采集传输单元和水垢检测单元；

所述的超声检测单元包括多个超声波传感器，用于检测气化设备内空间大小及管道分布；

所述的图像采集传输单元设置于车体顶部，由无线通讯器、可伸缩的伸缩臂及设置于伸缩臂顶端的摄像头组成，所述的无线通讯器用于将摄像头采集到的图像信息向外界传输；

所述的水垢检测单元设置于车体底部，由水垢剥离手臂及底部摄像机构组成。

优选地，所述的行走单元包括设置于车体两侧的车轮或履带。

优选地，多个超声波传感器分布于车体顶部。

优选地，所述的超声波传感器设有三个，无线通讯器及三个超声波传感器分居车体顶部四个角处。

优选地，所述的无线通讯器包括WIFI通讯器或移动数据网络通讯器。

优选地，所述的摄像头为可360°旋转的摄像头。

优选地，所述的伸缩臂为可折叠的伸缩臂。

优选地，所述的水垢剥离手臂由手臂本体及用于驱动手臂本体动作的驱动器组成，所述的手臂本体的顶端与车体底部铰接连接，手臂本体的底端呈弯曲状，且端部锋利，用于将气化设备内壁的水垢铲除，所述的驱动器为用于带动手臂本体上下摆动的气缸或液压缸。

优选地，所述的底部摄像机构由底部摄像头和LED灯组成。

优选地，所述的气化设备为卧式气化设备，具有卧式的筒体、设置于筒体内上部的被加热管束以及设置于筒体内下部的烟筒束和火筒组成，筒体顶部设有透光孔，所述的检修机器人通过透光孔进入气化设备内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的检修机器人体积大小适中，不会因为体积过大而操作困难，进一步使用电机驱动方式，操作简单，方便快捷。

(2)在车体上设有超声检测单元，安装有超声波传感器，在气化设备内部可以很好地模拟出整个炉子的内部构造，从而机器人在工作时智能化的避免一些炉筒内部的管道排列，防止造成机器的二次损伤。

(3)在机器人的顶部设有图像采集传输单元，机器人顶部有可伸缩的伸缩臂，伸缩臂在接受到超声传感器分析的数据后，自动的调节高度，在伸缩臂的顶端优选安装可360°旋转的摄像头，当伸缩臂伸缩到不同的高度时，摄像头可以转动拍取不同的照片，在机器人平台上有个突出的无线通讯器，机器人将获取的图像通过无线传输传递到外部监控平台，以便观察气化设备内部的状态。

(4)位于机器人底部的水垢检测单元，具有水垢剥离手臂，用于剥离气化炉底部的水垢，从而方便观察内部的水垢厚度，看是否需要清洁。

(5)机器人还可以在车体上安装定位单元，可以随时的定位机器人的位置，让外部工作人员随时掌握机器人动态。定位单元包括定位传感器，例如陀螺仪传感器，在气化设备内部，可以准确的定位机器人的位置。

总之，该机器人的设计和使用将会极大的提高工作效率，节省人力成本，该机器人能够将人工智能和机械设计融为一体，这是在目前在气化设备内部这一块还是十分空缺的部分，该机器人的应用不仅仅局限于气化设备，还可以在其他的方面多用途的利用，比如一些密闭空间等人力无法干预到的地方或人力成本较高的工业设备中，应用前景巨大。

附图说明

图1为本发明的检修机器人的结构示意图。

图2为本发明的检修机器人的底部示意图。

图3为本发明的检修机器人的水垢剥离手臂的示意图。

图4为本发明的检修机器人应用于气化设备内部检修时的示意图。

图中，1为车体，2为车轮，3为超声波传感器，41为无线通讯器，42为无线通讯器，43为摄像头，5为水垢剥离手臂，511为手臂本体，512为驱动器，521 为底部摄像头，522为LED灯，6为气化设备，61为筒体，62为被加热管束，63 为烟筒束，64为火筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种气化设备内部的检修机器人，如图1～4所示，包括车体1及设置于车体1 上的行走单元、超声检测单元、图像采集传输单元和水垢检测单元，其中：超声检测单元包括多个超声波传感器3，用于检测气化设备6内空间大小及管道分布；图像采集传输单元设置于车体1顶部，由无线通讯器41、可伸缩的伸缩臂42及设置于伸缩臂42顶端的摄像头43组成，无线通讯器41用于将摄像头43采集到的图像信息向外界传输；水垢检测单元设置于车体1底部，由水垢剥离手臂5及底部摄像机构组成。

该检修机器人整体采用分散控制系统，采用分散控制系统的好处是互相之间没有影响，互相不干扰，整体性能没有太大的影响。

在一种实施情况下，选择伸缩臂42为可折叠的伸缩臂。如图1所示，在伸缩臂42与车体1连接处通过铰接机构，实现折叠功能，方便缩小检测机器人的体积 (特别是高度方向上)。可以进一步采用自动折叠和展开的形式(例如采用常规的电机和齿轮驱动)，实现自动折叠功能，通过自动折叠，可以在将检修机器人放入设备内之前折叠，并在放入设备内后展开，从而更加方便的将检修机器人放入设备。

在一种实施情况下，气化设备6为卧式气化设备，具有卧式的筒体61、设置于筒体61内上部的被加热管束62以及设置于筒体61内下部的烟筒束63和火筒 64组成，筒体61顶部设有透光孔，检修机器人通过透光孔进入气化设备6内。

一般的加热炉直径为2200mm，在加热炉内部有管道，如天然气的进出口管道，烟气的管道，火筒等，所以检修机器人的外形不易过大，该检修机器人进入气化设备后，根据需要会自动调节自身探测头的高度，机器人完全折叠后高约为330mm，宽度约为200mm，重量可以控制在约为80-90kg。由于气化设备内并不需要太大的动力源，所以一般选择电机驱动方式行走。电源可以通过电缆外接，或者置于车体 1内部。

行走单元包括设置于车体1两侧的车轮2或履带等形式。如图1所示，在一种实施情况下，行走单元为设置于车体1两侧的车轮2，车轮2一共设有四个。在采用电机驱动行走的方式时，车轮可以通过常规的传动机构与电机连接，实现行走。

多个超声波传感器3分布于车体1顶部。在一种实施情况下，超声波传感器设置有三个，无线通讯器41及三个超声波传感器3(参见图1中车体1顶部的三个矩形方块)分居车体1顶部四个角处。超声波传感器3可以采用市面上销售的超声波传感器，超声波传感器3检测到的数据用STM32F103C8处理，超声波传感器3 检测到整个气化设备内部的管道分布，以及气化设备内前后的具体尺寸，从而在工作时智能的避开一些障碍物。

摄像头43可以是可360°旋转的摄像头。图像采集传输单元的伸缩臂在接受到超声传感器感应和STM32F103C8分析的数据后，自动的调节高度，当伸缩臂伸缩到不同的高度时，摄像头可以转动拍取不同的照片，无线通讯器41包括WIFI 通讯器或移动数据网络通讯器等，主要是用于将获取的图像通过无线传输传递到外部监控平台，以便观察气化设备内部的状态。检修机器人通过无线通讯器41将获取的图像通过无线传输传递到监控平台，以便观察内部的状态。

该检修机器人还可以安装定位单元，定位单元包括定位传感器，例如陀螺仪传感器，以实现定位，当摄像头拍摄到管道破损或有泄露的地方，会随时获知故障发生点。

超声波传感器检测及避障、摄像头获取图像及故障定位，可以采用开源的人工智能算法实现，可以在开源的人工智能算法基础上改进实现，也可以自行编程实现。

如图2和图3所示，水垢剥离手臂5可以由手臂本体511及用于驱动手臂本体 511动作的驱动器512组成，手臂本体511的顶端与车体1底部铰接连接，手臂本体511的底端呈弯曲状，且端部锋利，用于将气化设备6内壁的水垢铲除，驱动器 512为用于带动手臂本体511上下摆动的气缸或液压缸，如图3所示，显示的是采用气缸作为驱动器512的例子。底部摄像机构可以由底部摄像头521和LED灯522 组成。

现有技术中，一般都是要打开整个气化设备6进行检查，有些气化设备6壁面的水垢不是太厚，还不用到清理的阶段，本发明可以极大的节省人力物力。在检修机器人到达气化设备6底部开始工作时，根据气化设备6底部与水垢剥离手臂4 的高度，检修机器人自动调节手臂本体511末端的高度，在检修机器人运动的过程中，水垢剥离手臂5会铲除气化设备6内壁面上的一些水垢，再通过底部摄像头 521观察剥离下来水垢的分量，然后得出气化设备6内水垢的厚度，看是否达到需要清洁的程度，再决定进行开罐清洁。这样极大的方便了操作工作。

本发明在工作时：

首先在检修机器人进入到气化设备内部时，无线通讯器41和超声波传感器3 开始工作，基本将气化设备6内部的构造整个模型模拟出来，然后将信号源传输到车体1顶部的伸缩臂42上，伸缩臂42会根据自身的需求调节高度，摄像头43旋转， 360°无死角转动，从而清楚的看到气化设备内部的情况，有破损或者损伤的部位及时的传输出来。底部的水垢检测单元可以将水垢剥离手臂5向下伸，剥离附着在气化设备内壁的水垢，然后再拍照通过无线通讯器41传输到工作人员的电脑端，十分的人工智能化。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，包括车体(1)及设置于车体(1)上的行走单元、超声检测单元、图像采集传输单元和水垢检测单元；

所述的超声检测单元包括多个超声波传感器(3)，用于检测气化设备(6)内空间大小及管道分布；

所述的图像采集传输单元设置于车体(1)顶部，由无线通讯器(41)、可伸缩的伸缩臂(42)及设置于伸缩臂(42)顶端的摄像头(43)组成，所述的无线通讯器(41)用于将摄像头(43)采集到的图像信息向外界传输；

所述的水垢检测单元设置于车体(1)底部，由水垢剥离手臂(5)及底部摄像机构组成。

2.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的行走单元包括设置于车体(1)两侧的车轮(2)或履带。

3.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，多个超声波传感器(3)分布于车体(1)顶部。

4.根据权利要求3所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的超声波传感器(3)设有三个，无线通讯器(41)及三个超声波传感器(3)分居车体(1)顶部四个角处。

5.根据权利要求1或4所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的无线通讯器(41)包括WIFI通讯器或移动数据网络通讯器。

6.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的摄像头(43)为可360°旋转的摄像头。

7.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的伸缩臂(42)为可折叠的伸缩臂。

8.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的水垢剥离手臂(5)由手臂本体(511)及用于驱动手臂本体(511)动作的驱动器(512)组成，所述的手臂本体(511)的顶端与车体(1)底部铰接连接，手臂本体(511)的底端呈弯曲状，且端部锋利，用于将气化设备(6)内壁的水垢铲除，所述的驱动器(512)为用于带动手臂本体(511)上下摆动的气缸或液压缸。

9.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的底部摄像机构由底部摄像头(521)和LED灯(522)组成。

10.根据权利要求1所述的一种气化设备内部的检修机器人，其特征在于，所述的气化设备(6)为卧式气化设备，具有卧式的筒体(61)、设置于筒体(61)内上部的被加热管束(62)以及设置于筒体(61)内下部的烟筒束(63)和火筒(64)组成，筒体(61)顶部设有透光孔，所述的检修机器人通过透光孔进入气化设备(6)内。

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