基于图像分析的天然气泄露检测机器人系统的制作方法

本实用新型涉及石油石化安全设备领域，特别是涉及一种基于图像分析的天然气泄露检测机器人系统。

背景技术：

页岩气藏为高压高产气藏，产出气主要为甲烷的天然气，并且包含有H2S、 CO2等气体，天然气中高浓度的H2S对气田的钻井设备、集输管线等有强烈的腐蚀作用，易导致泄漏从而引发火灾爆炸事故，造成人员伤亡和重大财产损失。集气站是天然气集输系统的重要组成部分，站内设备林立，管道密集，极易发生泄漏，天然气泄漏后果主要有硫化氢中毒、蒸气云爆炸等重大事故，由于硫化氢密度比空气大，在扩散过程中终究要沉降到地面，进而对公共安全产生严重影响，国际国内均有这类事故的深刻教训，因此提出针对高含硫集气站天然气泄漏事故的检测报警技术具有重要意义。目前生产现场应用的天然气泄漏检测装置种类繁多，但都是固定式安装，覆盖范围有限，功能单一，且存在监测死角的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足进行改进，提供一种基于图像分析的天然气泄露检测机器人系统，该系统能够监测天然气泄漏并实现报警，能降低检测死角，实现无人巡检。

本实用新型提供的技术方案是：

一种基于图像分析的天然气泄露检测机器人系统，包括机座，以及安装在机座上的行走装置、操作装置、气体传感器、摄像装置、陀螺仪、警示灯、无线收发器、控制电路板和电源；所述机座包括顶盘、底盘以及连接在顶盘和底盘之间的支撑柱，所述行走装置能实现360度全方位行走；气体传感器包括检测多种气体的传感器模块，所述摄像装置包括云台、高清摄像头和红外摄像头，所述气体传感器和摄像装置能将气体含量数据、图像数据传输到远程控制台，远程控制台能通过无线网络远程操控机器人系统的运作；所述行走装置、操作装置、气体传感器、摄像装置、陀螺仪、警示灯和无线收发器与控制电路板和电源连接。

进一步地，所述行走装置包括三组电机、主动全向轮、光电编码器和避障用传感器，所述底盘上周向均布设置三台电机，电机的输出轴呈120度夹角，各电机输出轴上安装有一主动全向轮，主动全向轮伸出所述底盘并与地面接触，光电编码器用于检测行走装置的速度和转角，所述避障用传感器安装在所述机座外周，用于检测运动路径上的障碍物，光电编码器和避障用传感器均与控制电路板连接。

进一步地，为便于检测行走装置的速度和转角，还包括从动全向轮，光电编码器的转轴与从动全向轮连接，所述底盘中部设有开孔，光电编码器靠近开孔安装在底盘上，从动全向轮位于开孔内并且与地面接触。

进一步地，所述避障用传感器是设置在各支撑柱上的超声波传感器。

进一步地，所述操作装置包括安装在所述顶盘上的键盘和显示器。

进一步地，为快速收集到目标检测气体，所述气体传感器的各传感器模块上方设有收集气体用的对流风扇。

进一步地，所述摄像装置通过所述云台安装在所述机座的顶盘上，云台能实现上下和左右方向的转动，云台通过机械转轴分别与高清摄像头和红外摄像头连接，云台、高清摄像头和红外摄像头分别与控制电路板连接。高清摄像头和红外摄像头能分别获得高清图像和红外图像，即使天气不好能见度差或夜间也能获得图像数据，通过机器人系统机座的转向以及云台上下和左右方向的转动，实现全方位无死角地监测。

进一步地，为了使结构更加紧凑，并且提高机器人的通过性和灵活性，所述机座的顶盘和底盘皆为六边形并且六边形相邻两边的夹角相等，所述开孔为正三角形，开孔的三条边与顶盘和底盘的其中三条边相平行，所述电机的输出轴分别垂直于正三角形的三条边。

进一步地，所述底盘与电机相垂直的三条边上开有缺口，缺口内安装有所述主动全向轮。这样能缩小机器人的外围尺寸，获得更佳的通过性，同时还能保护主动全向轮。

本实用新型设置有行走装置、操作装置、气体传感器、摄像装置、陀螺仪、警示灯和无线收发器，通过气体传感器检测目标气体的含量，通过摄像装置实时获得图像数据，根据目标气体如天然气的含量和图像数据综合判断是否发生危险气体泄漏，并且通过高清图像进行初步事故诊断，同时能够通过无线网络将机器人系统的位置数据、气体含量数据、高清图像数据、红外图像数据传输到远程控制台，远程控制台也能够通过无线网络远程操控机器人系统的运动以及云台的转动，而作为行走装置的避障用超声波传感器能够检测运动路径上的障碍物，以避开障碍物。陀螺仪和警示灯分别用于定位导航和报警用，本实用新型的定位导航、避障和全方向运动能力确保了机器人系统能够满足在足够大面积厂区的巡检的任务，降低检测死角。

本实用新型的有益效果是：该系统能够监测天然气泄漏并实现报警，能将检测到的气体信息、图像信息和位置信息传输到远程控制台，远程控制台也能够通过无线网络实现对机器人系统的控制，降低检测死角，实现无人巡检。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的俯视方向的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的仰视方向的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。如图1和图2所示，本实用新型提供了一种基于图像分析的天然气泄露检测机器人系统，包括机座，以及安装在机座上的行走装置、操作装置、气体传感器6、摄像装置、陀螺仪7、警示灯8、无线收发器4、控制电路板1和电源5。所述行走装置、操作装置、气体传感器6、摄像装置、陀螺仪7、警示灯8和无线收发器4与控制电路板1和电源5连接，气体传感器6和摄像装置能将气体含量数据、图像数据传输到远程控制台，远程控制台能通过无线网络远程操控机器人系统的运作。所述机座包括顶盘17、底盘16以及垂直连接在顶盘17和底盘16之间的支撑柱，为了使结构更加紧凑，并且提高机器人的通过性和灵活性，所述机座的顶盘17和底盘16皆为六边形并且六边形相邻两边的夹角相等为120度，底盘16的六边形上的其中三条边相间隔地设置有缺口，支撑柱为三根，呈正三角形地对称分布在机座外周，并且支撑柱位于底盘16上没有缺口的三条边上。

如图1至图3所示，所述行走装置的行走轮安装在所述底盘16上，能实现 360度全方位行走。行走装置包括三组电机12、主动全向轮141、光电编码器 15和避障用传感器13，所述底盘16上周向均布设置三台电机12，电机12的输出轴呈120度夹角，电机12的输出轴分别垂直于底盘16上开有缺口的三条边，各电机12的输出轴上安装有一主动全向轮141，主动全向轮141伸出所述底盘16并与地面接触，主动全向轮141位于缺口中，这样能缩小机器人的外围尺寸，获得更佳的通过性，同时还能保护主动全向轮141。所述底盘16中部设有正三角形开孔，开孔的三条边分别与电机12的输出轴垂直，光电编码器15 的转轴轴线的相交点通过底盘16的中心，光电编码器15呈正三角分布，光电编码器15用于检测行走装置的速度和转角，光电编码器15靠近开孔安装在底盘16上，光电编码器15的转轴与从动全向轮142连接，从动全向轮142位于开孔内并且与地面接触。所述避障用传感器13安装在所述机座外周，用于检测运动路径上的障碍物，光电编码器15和避障用传感器13均与控制电路板1连接。本实施例中，避障用传感器13是设置在三根支撑柱上的超声波传感器。

如图1和图2所示，控制电路板1、操作装置、无线收发器4、电源5、气体传感器6、陀螺仪7和警示灯8均安装在顶盘17上。气体传感器6包括检测多种气体的传感器模块，为快速收集到目标检测气体，所述气体传感器6的各传感器模块上方设有收集气体用的对流风扇，操作装置包括安装在所述顶盘17 上的键盘2和显示器3。陀螺仪7和警示灯8分别用于定位导航和报警用。所述摄像装置包括云台11、高清摄像头9和红外摄像头10，摄像装置通过所述云台11安装在所述机座的顶盘17一侧，云台11能实现上下和左右方向的转动，云台11通过机械转轴分别与高清摄像头9和红外摄像头10连接，云台11、高清摄像头9和红外摄像头10分别与控制电路板1连接。高清摄像头9和红外摄像头10能分别获得高清图像和红外图像，即使天气不好能见度差或夜间也能获得图像数据，通过机器人系统机座的转向以及云台11上下和左右方向的转动，实现全方位无死角地监测。

本实用新型设置有行走装置、操作装置、气体传感器6、摄像装置、陀螺仪7、警示灯8和无线收发器4，通过气体传感器6检测目标气体的含量，通过摄像装置实时获得图像数据，根据目标气体如天然气的含量和图像数据综合判断是否发生危险气体泄漏，并且通过高清图像进行初步事故诊断，同时能够通过无线网络将机器人系统的位置数据、气体含量数据、高清图像数据、红外图像数据传输到远程控制台，远程控制台也能够通过无线网络远程操控机器人系统的运动以及云台11的转动，而作为行走装置的避障用超声波传感器能够检测运动路径上的障碍物，以避开障碍物。本实用新型的定位导航、避障和全方向运动能力确保了机器人系统能够满足在足够大面积厂区的巡检的任务，降低检测死角。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。