基於圖像分析的天然氣洩露檢測機器人系統的製作方法
2023-05-17 23:09:01
本實用新型涉及石油石化安全設備領域，特別是涉及一種基於圖像分析的天然氣洩露檢測機器人系統。
背景技術：
頁巖氣藏為高壓高產氣藏，產出氣主要為甲烷的天然氣，並且包含有H2S、 CO2等氣體，天然氣中高濃度的H2S對氣田的鑽井設備、集輸管線等有強烈的腐蝕作用，易導致洩漏從而引發火災爆炸事故，造成人員傷亡和重大財產損失。集氣站是天然氣集輸系統的重要組成部分，站內設備林立，管道密集，極易發生洩漏，天然氣洩漏後果主要有硫化氫中毒、蒸氣雲爆炸等重大事故，由於硫化氫密度比空氣大，在擴散過程中終究要沉降到地面，進而對公共安全產生嚴重影響，國際國內均有這類事故的深刻教訓，因此提出針對高含硫集氣站天然氣洩漏事故的檢測報警技術具有重要意義。目前生產現場應用的天然氣洩漏檢測裝置種類繁多，但都是固定式安裝，覆蓋範圍有限，功能單一，且存在監測死角的問題。
技術實現要素：
本實用新型的目的是針對現有技術的不足進行改進，提供一種基於圖像分析的天然氣洩露檢測機器人系統，該系統能夠監測天然氣洩漏並實現報警，能降低檢測死角，實現無人巡檢。
本實用新型提供的技術方案是：
一種基於圖像分析的天然氣洩露檢測機器人系統，包括機座，以及安裝在機座上的行走裝置、操作裝置、氣體傳感器、攝像裝置、陀螺儀、警示燈、無線收發器、控制電路板和電源；所述機座包括頂盤、底盤以及連接在頂盤和底盤之間的支撐柱，所述行走裝置能實現360度全方位行走；氣體傳感器包括檢測多種氣體的傳感器模塊，所述攝像裝置包括雲臺、高清攝像頭和紅外攝像頭，所述氣體傳感器和攝像裝置能將氣體含量數據、圖像數據傳輸到遠程控制臺，遠程控制臺能通過無線網絡遠程操控機器人系統的運作；所述行走裝置、操作裝置、氣體傳感器、攝像裝置、陀螺儀、警示燈和無線收發器與控制電路板和電源連接。
進一步地，所述行走裝置包括三組電機、主動全向輪、光電編碼器和避障用傳感器，所述底盤上周向均布設置三臺電機，電機的輸出軸呈120度夾角，各電機輸出軸上安裝有一主動全向輪，主動全向輪伸出所述底盤並與地面接觸，光電編碼器用於檢測行走裝置的速度和轉角，所述避障用傳感器安裝在所述機座外周，用於檢測運動路徑上的障礙物，光電編碼器和避障用傳感器均與控制電路板連接。
進一步地，為便於檢測行走裝置的速度和轉角，還包括從動全向輪，光電編碼器的轉軸與從動全向輪連接，所述底盤中部設有開孔，光電編碼器靠近開孔安裝在底盤上，從動全向輪位於開孔內並且與地面接觸。
進一步地，所述避障用傳感器是設置在各支撐柱上的超聲波傳感器。
進一步地，所述操作裝置包括安裝在所述頂盤上的鍵盤和顯示器。
進一步地，為快速收集到目標檢測氣體，所述氣體傳感器的各傳感器模塊上方設有收集氣體用的對流風扇。
進一步地，所述攝像裝置通過所述雲臺安裝在所述機座的頂盤上，雲臺能實現上下和左右方向的轉動，雲臺通過機械轉軸分別與高清攝像頭和紅外攝像頭連接，雲臺、高清攝像頭和紅外攝像頭分別與控制電路板連接。高清攝像頭和紅外攝像頭能分別獲得高清圖像和紅外圖像，即使天氣不好能見度差或夜間也能獲得圖像數據，通過機器人系統機座的轉向以及雲臺上下和左右方向的轉動，實現全方位無死角地監測。
進一步地，為了使結構更加緊湊，並且提高機器人的通過性和靈活性，所述機座的頂盤和底盤皆為六邊形並且六邊形相鄰兩邊的夾角相等，所述開孔為正三角形，開孔的三條邊與頂盤和底盤的其中三條邊相平行，所述電機的輸出軸分別垂直於正三角形的三條邊。
進一步地，所述底盤與電機相垂直的三條邊上開有缺口，缺口內安裝有所述主動全向輪。這樣能縮小機器人的外圍尺寸，獲得更佳的通過性，同時還能保護主動全向輪。
本實用新型設置有行走裝置、操作裝置、氣體傳感器、攝像裝置、陀螺儀、警示燈和無線收發器，通過氣體傳感器檢測目標氣體的含量，通過攝像裝置實時獲得圖像數據，根據目標氣體如天然氣的含量和圖像數據綜合判斷是否發生危險氣體洩漏，並且通過高清圖像進行初步事故診斷，同時能夠通過無線網絡將機器人系統的位置數據、氣體含量數據、高清圖像數據、紅外圖像數據傳輸到遠程控制臺，遠程控制臺也能夠通過無線網絡遠程操控機器人系統的運動以及雲臺的轉動，而作為行走裝置的避障用超聲波傳感器能夠檢測運動路徑上的障礙物，以避開障礙物。陀螺儀和警示燈分別用於定位導航和報警用，本實用新型的定位導航、避障和全方向運動能力確保了機器人系統能夠滿足在足夠大面積廠區的巡檢的任務，降低檢測死角。
本實用新型的有益效果是：該系統能夠監測天然氣洩漏並實現報警，能將檢測到的氣體信息、圖像信息和位置信息傳輸到遠程控制臺，遠程控制臺也能夠通過無線網絡實現對機器人系統的控制，降低檢測死角，實現無人巡檢。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式，下面將對具體實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
圖1為本實用新型實施例的立體結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例的俯視方向的結構示意圖；
圖3為本實用新型實施例的仰視方向的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。如圖1和圖2所示，本實用新型提供了一種基於圖像分析的天然氣洩露檢測機器人系統，包括機座，以及安裝在機座上的行走裝置、操作裝置、氣體傳感器6、攝像裝置、陀螺儀7、警示燈8、無線收發器4、控制電路板1和電源5。所述行走裝置、操作裝置、氣體傳感器6、攝像裝置、陀螺儀7、警示燈8和無線收發器4與控制電路板1和電源5連接，氣體傳感器6和攝像裝置能將氣體含量數據、圖像數據傳輸到遠程控制臺，遠程控制臺能通過無線網絡遠程操控機器人系統的運作。所述機座包括頂盤17、底盤16以及垂直連接在頂盤17和底盤16之間的支撐柱，為了使結構更加緊湊，並且提高機器人的通過性和靈活性，所述機座的頂盤17和底盤16皆為六邊形並且六邊形相鄰兩邊的夾角相等為120度，底盤16的六邊形上的其中三條邊相間隔地設置有缺口，支撐柱為三根，呈正三角形地對稱分布在機座外周，並且支撐柱位於底盤16上沒有缺口的三條邊上。
如圖1至圖3所示，所述行走裝置的行走輪安裝在所述底盤16上，能實現 360度全方位行走。行走裝置包括三組電機12、主動全向輪141、光電編碼器 15和避障用傳感器13，所述底盤16上周向均布設置三臺電機12，電機12的輸出軸呈120度夾角，電機12的輸出軸分別垂直於底盤16上開有缺口的三條邊，各電機12的輸出軸上安裝有一主動全向輪141，主動全向輪141伸出所述底盤16並與地面接觸，主動全向輪141位於缺口中，這樣能縮小機器人的外圍尺寸，獲得更佳的通過性，同時還能保護主動全向輪141。所述底盤16中部設有正三角形開孔，開孔的三條邊分別與電機12的輸出軸垂直，光電編碼器15 的轉軸軸線的相交點通過底盤16的中心，光電編碼器15呈正三角分布，光電編碼器15用於檢測行走裝置的速度和轉角，光電編碼器15靠近開孔安裝在底盤16上，光電編碼器15的轉軸與從動全向輪142連接，從動全向輪142位於開孔內並且與地面接觸。所述避障用傳感器13安裝在所述機座外周，用於檢測運動路徑上的障礙物，光電編碼器15和避障用傳感器13均與控制電路板1連接。本實施例中，避障用傳感器13是設置在三根支撐柱上的超聲波傳感器。
如圖1和圖2所示，控制電路板1、操作裝置、無線收發器4、電源5、氣體傳感器6、陀螺儀7和警示燈8均安裝在頂盤17上。氣體傳感器6包括檢測多種氣體的傳感器模塊，為快速收集到目標檢測氣體，所述氣體傳感器6的各傳感器模塊上方設有收集氣體用的對流風扇，操作裝置包括安裝在所述頂盤17 上的鍵盤2和顯示器3。陀螺儀7和警示燈8分別用於定位導航和報警用。所述攝像裝置包括雲臺11、高清攝像頭9和紅外攝像頭10，攝像裝置通過所述雲臺11安裝在所述機座的頂盤17一側，雲臺11能實現上下和左右方向的轉動，雲臺11通過機械轉軸分別與高清攝像頭9和紅外攝像頭10連接，雲臺11、高清攝像頭9和紅外攝像頭10分別與控制電路板1連接。高清攝像頭9和紅外攝像頭10能分別獲得高清圖像和紅外圖像，即使天氣不好能見度差或夜間也能獲得圖像數據，通過機器人系統機座的轉向以及雲臺11上下和左右方向的轉動，實現全方位無死角地監測。
本實用新型設置有行走裝置、操作裝置、氣體傳感器6、攝像裝置、陀螺儀7、警示燈8和無線收發器4，通過氣體傳感器6檢測目標氣體的含量，通過攝像裝置實時獲得圖像數據，根據目標氣體如天然氣的含量和圖像數據綜合判斷是否發生危險氣體洩漏，並且通過高清圖像進行初步事故診斷，同時能夠通過無線網絡將機器人系統的位置數據、氣體含量數據、高清圖像數據、紅外圖像數據傳輸到遠程控制臺，遠程控制臺也能夠通過無線網絡遠程操控機器人系統的運動以及雲臺11的轉動，而作為行走裝置的避障用超聲波傳感器能夠檢測運動路徑上的障礙物，以避開障礙物。本實用新型的定位導航、避障和全方向運動能力確保了機器人系統能夠滿足在足夠大面積廠區的巡檢的任務，降低檢測死角。
以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的範圍當中。