【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统及其监测方法，属于工业烟气参数检测。
技术介绍
1、严格控制工业烟气在达到排放标准的允许浓度后再排放是有效治理工业烟气污染城市环境的重要策略之一。有效控制烟囱中烟气排放达标化的前提是实时准确地检测烟囱中的烟气参数。同时，实时监测烟气参数对保障设备的正常运行、评估烟囱内部的安全风险和确保工业过程的合规性均具有重要意义。
2、目前针对工业烟囱中烟气参数的实时监测系统和方法大多是基于固定传感器检测开发而来。采用基于固定传感器检测的系统和方法虽然集成了多种传感器可以对多种烟气参数进行测量，如烟气排放连续监测系统。但这种系统或方法具有测点数量有限、位置固定且管路和配套设备均固定等局限性。此外，由于烟囱内部的流动紊乱不均且复杂多变，且烟气参数具有连续变化的特性，数量有限且位置固定的传感器测量并不能真实反映整个烟囱中烟气参数的变化状态，这就需要提供一种能够对整个烟囱中烟气参数进行远程实时检测的智能监测系统。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是由于烟囱内部的流动紊乱不均且复杂多变，且烟气参数具有连续变化的特性，数量有限且位置固定的传感器测量并不能真实反映整个烟囱中烟气参数的变化状态的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统及其监测方法，可以适应烟囱内烟气参数的连续变化，真实的反应整个烟囱中烟气参数的变化状态。
3、为实现上述技术目的，达到上述
4、第一方面，本专利技术提供了一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，包括：
5、数据采集模块，用于采集烟气参数信息并进行数据传输；
6、移动机器人平台，用于搭载所述数据采集模块在工业烟囱内进行移动及路径规划；
7、机器人攀爬模块，设置有多组，用于实现所述移动机器人平台在工业烟囱内壁进行高度方向的移动；
8、远程控制模块，与所述数据采集模块及移动机器人平台信号连接，用于实时接收和处理所述数据采集模块发送的环境参数信息以及移动机器人平台的移动状态，以启停控制机器人移动、路径规划和检测结果实时显示。
9、优选的，所述移动机器人平台包括机器人底盘、工控机、驱动轮、螺柱、支撑板、保护件及磁吸块，所述驱动轮设置有多个并分设在所述机器人底盘外壁上以实现移动机器人平台整体在烟囱内壁上的平滑移动，机器人底盘内置驱动和电源系统，为所述移动机器人平台提供能量和动力，所述工控机设置在机器人底盘外壁上并与所述数据采集模块及远程控制模块信号连接，用于提供路径规划算法和避障算法的运行环境、接收并处理所述数据采集模块的数据以及与远程控制系统进行实时信息交互，所述螺柱和支撑板用于在机器人底盘上搭载各种传感器组件；
10、烟囱顶部设置有安全绳索，所述保护件设置有两个，两个所述保护件分别位于机器人底盘的上面和底面并分别连接固定于烟囱顶部和顶部的安全绳索，用于保护所述移动机器人平台在烟囱内部平稳安全地移动；
11、所述磁吸块设置在所述机器人底盘底部且对称分布有多个，用于辅助机器人平台吸附在烟囱内壁。
12、进一步的，所述机器人攀爬模块包括第一电源、控制器、第一舵机、短臂、第二舵机、长臂及微型多刺手掌，所述第一电源设置在所述机器人底盘上，用于为所述控制器、第一舵机及微型多刺手掌的运行提供能源，所述控制器与所述工控机信号连接并通过控制算法处理工控机发出的攀爬指令控制第一舵机、第二舵机和微型多刺手掌的运动，所述第一舵机设置在所述机器人底盘侧壁上并与所述短臂一端动力连接，所述第二舵机设置在短臂另一端并所述长臂一端动力连接，所述微型多刺手掌与所述长臂另一端相连接用于抓握烟囱内壁墙面。
13、更进一步的，所述微型多刺手掌包括多刺片、掌托、驱动推板、弹簧及柔性轴，所述多刺片设置有多个且均匀分布在所述掌托上表面，所述驱动推板设置在所述掌托背离多刺片的一侧，所述弹簧及柔性轴与所述多刺片对应设置有多个并设置在所述驱动推板朝向掌托的侧壁上，所述柔性轴穿设掌托以连接每一个多刺片。
14、进一步的，所述数据采集模块包括第二电源、污染物浓度传感器集成盒子、温湿度传感器、激光雷达、风速风向仪、林格曼黑度仪、压力传感器和数据读取面板，所述第二电源用于为整个数据采集模块提供能源，所述污染物浓度传感器集成盒子、温湿度传感器、激光雷达、风速风向仪、林格曼黑度仪、压力传感器均设置在所述机器人底盘上并与所述数据读取面板信号连接用于对烟囱内对应参数进行监测记录，所述数据读取面板与所述工控机信号连接，用于读取所有传感器感知的环境参数并将读取后的数据发送至工控机，所述激光雷达用于检测所述移动机器人平台的位置参数并实现环境地图的构建以实现移动机器人平台的精准移动。
15、更进一步的，所述污染物浓度传感器集成盒子包括但不限于颗粒物传感器、二氧化硫传感器、氮氧化物传感器和汞及其化合物传感器。
16、第二方面，本专利技术提供了一种工业烟气参数实时监测方法，包括如下步骤：
17、构建环境地图，将所述移动机器人平台放置在烟囱内壁并操作所述远程控制模块控制移动机器人平台在烟囱内壁进行移动，通过激光雷达对整个烟囱内壁的环境进行全面的扫描建图，完成地图创建后将地图传输至远程控制模块中并设置好机器人的起点位置；
18、运行检测；
19、监测结束，移动机器人平台自主导航至起点附近的固定充电点进行充电并自动关机。
20、优选的，所述运行检测包括如下步骤：
21、启动系统，开启远程控制模块，远程启动位于烟囱内部的移动机器人平台；
22、设置监测模式，移动机器人平台将自主规划路径逐点进行监测；
23、数据处理及显示，移动机器人平台每步到达目标位置后，会停留5～10s，所携带的传感器会对当前位置的各项烟气参数进行检测，检测数据会被所述数据采集模块自动读取并发送至所述工控机进行储存和处理，并实时发送至所述远程控制模块将数据实时显示在所述数据读取面板上。数据采集完成后，机器人继续向下一个目标点前进。
24、进一步的，启动系统时，所述移动机器人平台会自动移动到设置的起点位置。
25、进一步的，若无特定监测模式，可直接按下启动键，所述移动机器人平台按照默认的“s形”螺旋移动的方式对整个烟囱内部进行检测，移动机器人平台从起点位置出发，螺旋向上移动，直到移动机器人平台到达烟囱顶部，移动机器人平台螺旋向下移动。移动机器人平台从烟囱底部螺旋上升至烟囱顶部，再螺旋下降返回烟囱底部为一个巡检周期。
26、更进一步的，若所述移动机器人平台的电源电量低于10％，移动机器人平台会自主导航返回至起点附近的固定充电点。
27、进一步的，在一次监测过程中需要多次周期性参数监测时，重复设置监测模式和数据处理及显示步骤。
28、本专利技术提供的一种用于工业烟气参数实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述移动机器人平台包括机器人底盘、工控机、驱动轮、螺柱、支撑板、保护件及磁吸块，所述驱动轮设置有多个并分设在所述机器人底盘外壁上以实现移动机器人平台整体在烟囱内壁上的平滑移动，机器人底盘内置驱动和电源系统，为所述移动机器人平台提供能量和动力，所述工控机设置在机器人底盘外壁上并与所述数据采集模块及远程控制模块信号连接，用于提供路径规划算法和避障算法的运行环境、接收并处理所述数据采集模块的数据以及与远程控制系统进行实时信息交互，所述螺柱和支撑板用于在机器人底盘上搭载各种传感器组件；
3.如权利要求2所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述机器人攀爬模块包括第一电源、控制器、第一舵机、短臂、第二舵机、长臂及微型多刺手掌，所述第一电源设置在所述机器人底盘上，用于为所述控制器、第一舵机及微型多刺手掌的运行提供能源，所述控制器与所述工控机信号连接并通过控制算法处理工控机发出的攀爬指令控制第一舵
4.如权利要求3所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述微型多刺手掌包括多刺片、掌托、驱动推板、弹簧及柔性轴，所述多刺片设置有多个且均匀分布在所述掌托上表面，所述驱动推板设置在所述掌托背离多刺片的一侧，所述弹簧及柔性轴与所述多刺片对应设置有多个并设置在所述驱动推板朝向掌托的侧壁上，所述柔性轴穿设掌托以连接每一个多刺片。
5.如权利要求2所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述数据采集模块包括第二电源、污染物浓度传感器集成盒子、温湿度传感器、激光雷达、风速风向仪、林格曼黑度仪、压力传感器和数据读取面板，所述第二电源用于为整个数据采集模块提供能源，所述污染物浓度传感器集成盒子、温湿度传感器、激光雷达、风速风向仪、林格曼黑度仪、压力传感器均设置在所述机器人底盘上并与所述数据读取面板信号连接用于对烟囱内对应参数进行监测记录，所述数据读取面板与所述工控机信号连接，用于读取所有传感器感知的环境参数并将读取后的数据发送至工控机，所述激光雷达用于检测所述移动机器人平台的位置参数并实现环境地图的构建以实现移动机器人平台的精准移动。
6.如权利要求5所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述污染物浓度传感器集成盒子包括但不限于颗粒物传感器、二氧化硫传感器、氮氧化物传感器和汞及其化合物传感器。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统的工业烟气参数实时监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.如权利要求7所述的一种工业烟气参数实时监测方法，其特征在于，所述运行检测包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的一种工业烟气参数实时监测方法，其特征在于，启动系统时，所述移动机器人平台会自动移动到设置的起点位置。
10.如权利要求8所述的一种工业烟气参数实时监测方法，其特征在于，若无特定监测模式，可直接按下启动键，所述移动机器人平台按照默认的“S形”螺旋移动的方式对整个烟囱内部进行检测，移动机器人平台从起点位置出发，螺旋向上移动，直到移动机器人平台到达烟囱顶部，移动机器人平台螺旋向下移动。移动机器人平台从烟囱底部螺旋上升至烟囱顶部，再螺旋下降返回烟囱底部为一个巡检周期。
11.如权利要求10所述的一种工业烟气参数实时监测方法，其特征在于，在巡检过程中，若所述移动机器人平台的电源电量低于10％，移动机器人平台会自主导航返回至起点附近的固定充电点。
12.如权利要求8所述的一种工业烟气参数实时监测方法，其特征在于，在一次监测过程中需要多次周期性参数监测时，重复设置监测模式和数据处理及显示步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述移动机器人平台包括机器人底盘、工控机、驱动轮、螺柱、支撑板、保护件及磁吸块，所述驱动轮设置有多个并分设在所述机器人底盘外壁上以实现移动机器人平台整体在烟囱内壁上的平滑移动，机器人底盘内置驱动和电源系统，为所述移动机器人平台提供能量和动力，所述工控机设置在机器人底盘外壁上并与所述数据采集模块及远程控制模块信号连接，用于提供路径规划算法和避障算法的运行环境、接收并处理所述数据采集模块的数据以及与远程控制系统进行实时信息交互，所述螺柱和支撑板用于在机器人底盘上搭载各种传感器组件；
3.如权利要求2所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述机器人攀爬模块包括第一电源、控制器、第一舵机、短臂、第二舵机、长臂及微型多刺手掌，所述第一电源设置在所述机器人底盘上，用于为所述控制器、第一舵机及微型多刺手掌的运行提供能源，所述控制器与所述工控机信号连接并通过控制算法处理工控机发出的攀爬指令控制第一舵机、第二舵机和微型多刺手掌的运动，所述第一舵机设置在所述机器人底盘侧壁上并与所述短臂一端动力连接，所述第二舵机设置在短臂另一端并所述长臂一端动力连接，所述微型多刺手掌与所述长臂另一端相连接用于抓握烟囱内壁墙面。
4.如权利要求3所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述微型多刺手掌包括多刺片、掌托、驱动推板、弹簧及柔性轴，所述多刺片设置有多个且均匀分布在所述掌托上表面，所述驱动推板设置在所述掌托背离多刺片的一侧，所述弹簧及柔性轴与所述多刺片对应设置有多个并设置在所述驱动推板朝向掌托的侧壁上，所述柔性轴穿设掌托以连接每一个多刺片。
5.如权利要求2所述的一种用于工业烟气参数实时监测的移动机器人系统，其特征在于，所述数据采集模块包括第二电源、污染物浓度传感器集成盒子、温湿度传感器、激光雷达、风速风向仪、林格曼黑度...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建麟，廖禹，王珲，王少文，褚于颉，钟佳定，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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