一种复杂工业环境下皮带机智能巡检装置的制作方法

1.本发明涉及机器视觉识别领域，尤其是复杂工业环境下皮带机的缺陷的识别。


背景技术：

2.炼铁高炉系统是钢铁厂炼铁的核心系统，而高炉输料是炼铁高炉系统中最重要的一环，及时、准确的配料、上料是保证高炉产量和产品质量的前提。输料系统具有设备多、传输距离长、运行方式复杂、运行环境恶劣、故障因素多等特点，极易发生事故，造成经济损失。
3.长期以来，输料系统的巡检工作主要依靠人工进行定时检查，依靠人工检查容易受到个人经验、主观意识的影响，受到监测手段、数据记录、数据分析方面的制约，通常花费大量人力不能得到有效的数据结果，且得到的数据难以形成系统性，参考意义不大；特别是随着设备使用时间越长，设备故障风险越高，需要投入越来越多的人力进行巡检、维护，很大程度上造成生产成本的增加；另外，输料现场粉尘浓度较高，在这样的区域大量重复性的巡检工作也会给作业员带来健康隐患。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：在复杂工业环境下有效监测皮带运行的情况，保证设备安全同时降低巡检作业人员的安全和健康风险。
5.本发明解决技术的方案是：一种复杂工业环境下皮带机智能巡检装置，包括轨道系统以及巡检机器人；所述轨道系统包括轨道和吊架组件；所述轨道通过所述吊架组件进行吊装固定，使轨道与待巡检皮带平行布置；所述巡检机器人通过吊装组件吊装在所述轨道上，用于完成巡检数据的采集；所述的吊装组件由安装在巡检机器人每个支腿上的滑轮组组成，每个滑轮组包括两个与支腿固装的定滑轮，两个定滑轮之间安装轨道，轨道之间安装与轨道平行的齿条；巡检机器人上设置与所述齿条啮合的齿轮，在巡检机器人动力驱动下，齿轮与齿条啮合驱动每个支腿上的两个定滑轮沿轨道转动并向前运动。
6.优选的，所述的吊架组件包括z型支架、主支架；所述主支架的上端面为平面用于通过z型支架与顶部墙体或者钢架固定，主支架的下端面为向内翻边的开口结构，两个向内的翻边分别用于安装固定滑轨，两个滑轨组成所述的轨道，两个滑轨上按照预设的距离设置通孔，通过通孔在两个滑轨之间安装螺杆，所述的螺杆用于安装上述齿条。
7.优选的，滑轨之间通过圆柱形连接轴进行连接，以增加滑轨的长度。
8.优选的，本发明装置还包括弹簧悬挂机构；巡检机器人上作为主驱动的齿轮安装在所述的弹簧悬挂机构里，通过弹簧悬挂机构实时调节所述齿轮与齿条的距离，确保所述齿轮与齿条在任何工况都能够可靠的啮合。
9.优选的，所述巡检机器人通过搭载相机、红外热像仪、拾音器、环境数据采集传感器完成巡检数据的采集；所述的相机在预设的地点拍摄皮带图片，所述红外热像仪跟随巡检机器人进行全过程皮带轴承温度的采集，所述拾音器跟随巡检机器人进行全过程声音的
采集，用于监测异响；所述环境数据采集传感器跟随巡检机器人进行全过程烟雾信息的采集。
10.优选的，巡检机器人采集的巡检数据通过通信系统传输至后台管理系统；由后台管理系统对数据进行存储、分析、展示。
11.优选的，所述的通信系统包括通信基站、无线通信网络和有线通信网络；巡检数据通过无线通信网络传输至通信基站，通信基站通过有线通信网络将数据发送至后台管理系统。
12.优选的，所述的后台管理系统包括图像采集模块、噪声生成模块、抗噪增强系统、缺陷检测系统；
13.图像采集模块，用于定期采集巡检机器人发动的图片，并对图像中的异常位置进行标注，作为模型的原始训练数据；
14.噪声生成模块，用于生成多种随机噪声；
15.抗噪增强模块，将噪声生成模块生成的随机噪声与图像采集模块的原始训练数据进行噪声增广，作为新的训练数据，通过神经网络进行多任务学习训练得到异常检测的输出；
16.异常识别模块，将当前待分析图片利用训练后的神经网络输出并定位异常位置和异常类型，得到当前皮带的损耗状态。
17.本发明与现有技术相比的有益效果是：
18.本发明使用智能巡检机器人系统对输料系统进行巡检，运维人员能够在控制中心通过控制机器人进行巡检，查看机器人采集的实时信息，掌控输料系统的状态，无需频繁的到现场检查，能够在减轻运维人员的工作负担和安全风险的基础上，提升巡检频次和巡检质量，推进钢铁厂的智能化建设，提升钢铁厂的运行维护效率和生产管理水平。
19.本发明的皮带机跨越多个车间和楼层，轨道曲折蜿蜒。本发明能够保证了巡检机器人能在复杂工业环境下顺畅地在轨道上运行，从而保证了巡检机器人携带的相机、红外热像仪、拾音器、环境数据采集传感器能有效采集到皮带的异常状况，能够代替人工实现智能巡检。
附图说明
20.图1为系统架构图；
21.图2为轨道安装实例图；
22.图3为充电控制箱样式和开孔尺寸示意图；
23.图4为充电控制箱接线示意图
24.图5为充电部装安装示意；
25.图6为通信基站总体布置示意图
26.图7为后台管理系统示意图；
27.图8为本发明巡检机器人与轨道吊装示意图。
具体实施方式
28.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
29.本发明以巡检机器人为核心，配有轨道系统、供电系统、通信系统、后台管理系统。系统架构如图1所示；巡检机器人搭载可见光相机、红外热成像仪、拾音器等信息采集设备，可通过轨道运行自主前往各个巡检位置对相关设备进行信息采集，巡检机器人采集的视频、图像、声音、空气中有害气体的含量、报警等数据等信息通过通信系统传输回系统后台，在系统后台中进行分类存储、分析、展示，实现对钢铁厂炼铁高炉输料系统的全覆盖闭环巡检，为运维人员掌控输料系统设备状态提供有力支持。
30.巡检机器人：巡检机器人是整套系统的核心，主要功能为搭载相机、红外热像仪、拾音器、环境数据采集传感器等设备进行巡检数据的采集；
31.轨道系统：包含轨道吊架组件、轨道本体、齿条等部分，巡检机器人挂载在轨道上行走；
32.供电系统：分布式充电站，安装在巡检线路中的合适位置，为机器人本体蓄电池充电；
33.通信系统：分为无线通信网络和有线通信网络两部分，机器人在输料通道现场与通信基站通过无线网络进行数据交互，通信基站与后台管理系统之间由有线网路连接；
34.后台管理系统：由后台服务器、显示器、交换机等硬件及后台软件构成，是整个巡检系统的数据接收、处理和展示中心。
35.1、轨道基本安装方式
36.机器人轨道通过专用吊架组件固定在中合适位置的顶部墙体或钢架上，轨道吊架的安装间距：直轨1.5米安装一套，弯轨1米安装1套。当安装环境不满足直接使用吊架进行吊装时，需新建轨道支撑横梁或门型架等组件用于轨道系统及机器人的安装。轨道安装样式如图8、2所示：所述巡检机器人通过吊装组件吊装在所述轨道上，用于完成巡检数据的采集；所述的吊装组件由安装在巡检机器人每个支腿上的滑轮组组成，每个滑轮组包括两个与支腿固装的定滑轮，两个定滑轮之间安装轨道，轨道之间安装与轨道平行的齿条；巡检机器人上设置与所述齿条啮合的齿轮，在巡检机器人动力驱动下，齿轮与齿条啮合驱动每个支腿上的两个定滑轮沿轨道转动并向前运动。吊架组件包括z型支架、主支架；所述主支架的上端面为平面用于通过z型支架与顶部墙体或者钢架固定，主支架的下端面为向内翻边的开口结构，两个向内的翻边分别用于安装固定滑轨，两个滑轨组成所述的轨道，两个滑轨上按照预设的距离设置通孔，通过通孔在两个滑轨之间安装螺杆，所述的螺杆用于安装齿条。
37.机器人本体与轨道之间是通过一套弹簧悬挂机构进行连接，机器人本体的主驱动轮(上述齿轮)是安装在弹簧悬挂机构里，通过弹簧悬挂机构的实时调节机器人主驱动齿轮与轨道上齿条的平面距离，确保机器人主驱动齿轮与轨道上的齿条在任何时候都能够可靠的进行啮合。
38.2、供电系统实施方案
39.机器人供电系统主要由充电控制箱和充电部装组成。
40.1)充电控制箱安装
41.充电控制箱安装在墙壁上或钢架上的合适位置，安装高度满足打开箱门后，工作人员正常站姿可操作、测试箱体内的全部器件。充电控制箱从安装位置附近合适的位置取电(220v 50hz)，并通过布置电源线给充电部装供电。充电控制箱样式和开孔尺寸如图3所
示，充电控制箱接线示意图如图4所示。
42.2)充电部装安装
43.充电部装安装如图5所示，在轨道的c型吊架内侧，同时保证出线侧与吊架对齐，便于走线。
44.机器人通过无线wifi接入网络从而与后台管理系统通信，现场通信基站设备主要为通信控制箱和基站天线。通信基站总体布置示意图6所示。
45.3、后台管理系统实施方案
46.本次项目共安装1套后台管理系统，后台系统安装硬件主要包含服务器及其配件(显示器、键鼠、话筒、音箱等)、光电混合交机。
47.如图7所示，系统包括有：图像采集模块、噪声生成模块、抗噪增强模块、异常检测模块。
48.图像采集模块，用于定期采集工业元器件图像，并对图像中的异常位置进行标注，作为模型的原始训练数据。
49.噪声生成模块，用于生成多种噪声，与图像数据结合增广，通过抗噪增强系统中的辅助排序任务帮助模型训练。
50.抗噪增强模块，通过神经网络进行多任务学习得到异常检测的输出，使用图像采集装置的数据和标注进行检测任务的训练，同时使用噪声采集模块的数据进行结合进行辅助排序任务的训练。
51.异常识别模块，用于处理神经网络的输出，定位异常位置和异常类型，得到当前工业元器件的损耗状态。
52.具体设备安装说明如下：
53.服务器：预装正版windows操作系统，并配置好后台系统软件；将显示器、键鼠、话筒、音箱等配件接到服务器上，并调试正常；所用配件连接线缆均需理顺，并使用扎带扎好；
54.光电混合交换机：服务器、通信基站均接入交换机中，所有网络线缆两端需有标签(说明对端所接设备及接口)；同时交换机中做好mac绑定、访问控制、端口隔离等安全配置；
55.设备取电需求：ac220v 50hz。
56.需要说明的是，图1中的巡检机器人与轨道之间的安装方式为另外一种实现方式。
57.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
58.本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

技术特征：
1.一种复杂工业环境下皮带机智能巡检装置，其特征在于：包括轨道系统以及巡检机器人；所述轨道系统包括轨道和吊架组件；所述轨道通过所述吊架组件进行吊装固定，使轨道与待巡检皮带平行布置；所述巡检机器人通过吊装组件吊装在所述轨道上，用于完成巡检数据的采集；所述的吊装组件由安装在巡检机器人每个支腿上的滑轮组组成，每个滑轮组包括两个与支腿固装的定滑轮，两个定滑轮之间安装轨道，轨道之间安装与轨道平行的齿条；巡检机器人上设置与所述齿条啮合的齿轮，在巡检机器人动力驱动下，齿轮与齿条啮合驱动每个支腿上的两个定滑轮沿轨道转动并向前运动。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的吊架组件包括z型支架、主支架；所述主支架的上端面为平面用于通过z型支架与顶部墙体或者钢架固定，主支架的下端面为向内翻边的开口结构，两个向内的翻边分别用于安装固定滑轨，两个滑轨组成所述的轨道，两个滑轨上按照预设的距离设置通孔，通过通孔在两个滑轨之间安装螺杆，所述的螺杆用于安装上述齿条。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：滑轨之间通过圆柱形连接轴进行连接，以增加滑轨的长度。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括弹簧悬挂机构；巡检机器人上作为主驱动的齿轮安装在所述的弹簧悬挂机构里，通过弹簧悬挂机构实时调节所述齿轮与齿条的距离，确保所述齿轮与齿条在任何工况都能够可靠的啮合。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述巡检机器人通过搭载相机、红外热像仪、拾音器、环境数据采集传感器完成巡检数据的采集；所述的相机在预设的地点拍摄皮带图片，所述红外热像仪跟随巡检机器人进行全过程皮带轴承温度的采集，所述拾音器跟随巡检机器人进行全过程声音的采集，用于监测异响；所述环境数据采集传感器跟随巡检机器人进行全过程烟雾信息的采集。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：巡检机器人采集的巡检数据通过通信系统传输至后台管理系统；由后台管理系统对数据进行存储、分析、展示。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述的通信系统包括通信基站、无线通信网络和有线通信网络；巡检数据通过无线通信网络传输至通信基站，通信基站通过有线通信网络将数据发送至后台管理系统。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的后台管理系统包括图像采集模块、噪声生成模块、抗噪增强系统、缺陷检测系统；图像采集模块，用于定期采集巡检机器人发动的图片，并对图像中的异常位置进行标注，作为模型的原始训练数据；噪声生成模块，用于生成多种随机噪声；抗噪增强模块，将噪声生成模块生成的随机噪声与图像采集模块的原始训练数据进行噪声增广，作为新的训练数据，通过神经网络进行多任务学习训练得到异常检测的输出；异常识别模块，将当前待分析图片利用训练后的神经网络输出并定位异常位置和异常类型，得到当前皮带的损耗状态。

技术总结
一种复杂工业环境下皮带机智能巡检装置，包括轨道系统以及巡检机器人；所述轨道系统包括轨道和吊架组件；所述轨道通过所述吊架组件进行吊装固定，使轨道与待巡检皮带平行布置；所述巡检机器人通过吊装组件吊装在所述轨道上，用于完成巡检数据的采集；所述的吊装组件由安装在巡检机器人每个支腿上的滑轮组组成，每个滑轮组包括两个与支腿固装的定滑轮，两个定滑轮之间安装轨道，轨道之间安装与轨道平行的齿条；巡检机器人上设置与所述齿条啮合的齿轮，在巡检机器人动力驱动下，齿轮与齿条啮合驱动每个支腿上的两个定滑轮沿轨道转动并向前运动。前运动。前运动。


技术研发人员：贾师强 陈宁 落海伟 喻晓浩 谢辰 陆天远 卜潇箫 赵洪杰 刘争 张泽 何万林 张素燕 李晓彬
受保护的技术使用者：首都航天机械有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8