本實(shí)用新型涉及嵌入式傳感器技術(shù)、GPS定位技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種探測石化氣體泄漏的搜索定位機(jī)器人裝置。

背景技術(shù)：

在石油化工的生產(chǎn)環(huán)境下展開石化作業(yè)具有高溫高壓，伴隨有毒氣體與存在腐蝕性等危險(xiǎn)因素。近來頻頻發(fā)生石化生產(chǎn)安全事故，尤其是石化危險(xiǎn)氣體泄漏事故。石化危險(xiǎn)氣體泄漏事故，是誘發(fā)生產(chǎn)設(shè)備爆炸與生產(chǎn)工作人員吸入有毒氣體的直接原因，危害大，影響面廣，造成二次生產(chǎn)事故連續(xù)發(fā)生的可能性大。

當(dāng)石化危險(xiǎn)氣體泄漏事故發(fā)生并引發(fā)生產(chǎn)工作人員中毒且尚未導(dǎo)致二次火災(zāi)時(shí)，除了快速展開救援工作外，對(duì)于石化氣體泄漏的源頭區(qū)域的確定顯得尤為重要。當(dāng)故障排除的搜救人員進(jìn)入事故區(qū)域展開長時(shí)間、大規(guī)模的搜救，對(duì)故障排除人員和搜救人員存在生命安全的威脅。

由于現(xiàn)有的石化生產(chǎn)廠區(qū)的儲(chǔ)運(yùn)管道有輸送距離長與分布密集度高等特點(diǎn)，因此當(dāng)石化廠區(qū)氣體泄漏事故發(fā)生時(shí)，如何在現(xiàn)場開展大范圍氣源探測和石化危險(xiǎn)氣體泄漏的具體區(qū)域定位的問題亟待解決，如何為事故現(xiàn)場搶救和人員撤離提供有效的位置信息、爭取搶救時(shí)間、降低搜救成本和提高故障排除效率也顯得尤為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種搜索定位效率較高、靈活性較好、適用區(qū)域范圍較廣，并能實(shí)現(xiàn)無線傳輸通訊與石化危險(xiǎn)氣體泄漏區(qū)域定位反饋的一種探測石化氣體泄漏的搜索定位機(jī)器人裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種探測石化氣體泄漏的搜索定位機(jī)器人裝置，包括行進(jìn)機(jī)器人本體，其特征在于：所述機(jī)器人為基于金屬履帶式行進(jìn)平臺(tái)的搜索定位機(jī)器人，包括石化氣體傳感器探測裝置；石化氣體濃度標(biāo)向定位裝置(306)；實(shí)時(shí)人員搜索監(jiān)視與報(bào)警裝置；實(shí)時(shí)定位裝置；ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置(102)；主控集成裝置(103)，其中：所述石化氣體傳感器探測裝置，設(shè)置有石化氣體傳感器與環(huán)境監(jiān)測傳感器，分別與所述ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置(102)和所述主控集成裝置(103)連接，并實(shí)時(shí)開展采集石化氣體濃度的探測任務(wù)；所述石化氣體濃度標(biāo)向定位裝置(306)與所述主控集成裝置(103)連接，并實(shí)時(shí)開展石化氣體來源的濃度辨向檢測任務(wù)；所述實(shí)時(shí)人員搜索監(jiān)視與報(bào)警裝置，設(shè)置有紅外避障傳感器(104)、紅外防墜落傳感器(111)、高清監(jiān)控取景攝像頭(105)、人體感應(yīng)模塊(109)、溫濕度傳感器(204)，分別與ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置(102)和所述主控集成裝置(103)連接，并向終端發(fā)送環(huán)境參數(shù)與進(jìn)行監(jiān)控視頻傳輸；所述實(shí)時(shí)定位裝置，設(shè)置有GPS定位模塊(101)與主控集成裝置(103)連接，并向監(jiān)控終端實(shí)時(shí)傳送位置信號(hào)；所述ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置(102)與主控集成裝置(103)連接，并進(jìn)行實(shí)時(shí)通信數(shù)據(jù)傳輸；所述主控集成裝置(103)，設(shè)置在機(jī)器人平臺(tái)中部的集成盒中，采用ARM核心控制芯片，架設(shè)嵌入式數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，處理各個(gè)傳感器采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過程序運(yùn)算后輸出相應(yīng)的通信信號(hào)與電機(jī)執(zhí)行信號(hào)。

本實(shí)用新型設(shè)置有基于金屬履帶式行進(jìn)機(jī)構(gòu)，由帶有此輪的高精度直流電機(jī)(113)驅(qū)動(dòng)的搜索定位機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)在所述高精度直流電機(jī)(113)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪旁邊設(shè)置霍爾測速傳感器模塊(112)，對(duì)所述高精度直流電機(jī)(113)在當(dāng)機(jī)器人行進(jìn)過程中通過直流電機(jī)進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)速檢測、速度控制、方向控制、制動(dòng)控制。

本實(shí)用新型如果將所述石化氣體濃度標(biāo)向定位裝置(306)設(shè)置在機(jī)器人的進(jìn)行正前部，另一安裝有中間煙霧氣敏傳感器(203)、左側(cè)煙霧氣敏傳感器(201)、右側(cè)煙霧氣敏傳感器(202)以同樣三角狀態(tài)分布的如說明書附圖所述圖2的三傳感器三角濃度差值定位模型設(shè)置在機(jī)器人的進(jìn)行正后部，本實(shí)用新型設(shè)置所述石化氣體濃度標(biāo)向定位裝置(306)均應(yīng)視為如說明書附圖所述圖2的安裝方式的等同安裝方案。

本實(shí)用新型在所述主控集成裝置上部安裝有24V聚合物鋰電池組(118)、GPS定位模塊(101)、ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置(102)。

本實(shí)用新型在機(jī)器人的進(jìn)行正前部、所述石化氣體濃度標(biāo)向定位裝置(306)的下部設(shè)置有人體感應(yīng)模塊(109)、LED照明燈(110)、紅外防墜落傳感器(111)，其中：所述人體感應(yīng)模塊(109)向機(jī)器人的正前部正中方向進(jìn)行生命跡象探測；所述LED照明燈(110)安裝在機(jī)器人的正前部左右兩側(cè)，當(dāng)光照條件不理想的條件下為機(jī)器人進(jìn)行與攝像頭前部取景監(jiān)視進(jìn)行輔助光照加持；所述紅外防墜落傳感器(111)安裝在機(jī)器人的正前部并方向朝下，在當(dāng)機(jī)器人遭遇復(fù)雜懸崖地形或者行走平面的起伏過大時(shí)，可以為了防止墜落造成機(jī)器人的損傷進(jìn)而觸發(fā)自動(dòng)緊急制動(dòng)機(jī)制。

本實(shí)用新型在所述主控集成裝置(103)下方的履帶托載平臺(tái)機(jī)身內(nèi)設(shè)有安全急救儲(chǔ)存自救藥盒，并設(shè)有外界求救信號(hào)按鈕與尋求周圍機(jī)器人裝置集群救援和位置報(bào)警按鈕。

優(yōu)選的，所述車前高清監(jiān)控取景攝像頭(105)采用720P高清紅外夜視攝像頭。

優(yōu)選的，所述一氧化碳?xì)饷魝鞲衅鞑捎迷O(shè)置有寬電壓LM393比較器、具有雙路信號(hào)輸出(模擬量輸出及TTL電平輸出)和氣敏材料為二氧化錫的MQ-7氣體傳感器。

優(yōu)選的，所述煙霧氣敏傳感器，特點(diǎn)是具有開關(guān)信號(hào)(TTL)輸出和模擬信號(hào)輸出，對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的可燃性氣體的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測亦能達(dá)到理想的水平的MQ-2氣體傳感器。

優(yōu)選的，所述溫濕度傳感器為濕度測量范圍在20％-95％，濕度測量誤差為±5％，溫度測量范圍在0-80℃，溫度測量誤差：±2℃，工作電壓為3.3V-5V的DHT11溫濕度傳感器模塊。

優(yōu)選的，所述紅外避障傳感器(104)、紅外防墜落傳感器(111)采用光學(xué)分辨率為20∶1，響應(yīng)時(shí)間為50ms的工業(yè)級(jí)不銹鋼紅外避障傳感器。

優(yōu)選的，所述主控集成裝置(103)的的控制核心為基于ARM920T架構(gòu)的S3C2410處理器。

優(yōu)選的，所述ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置(102)，包括有：Zigbee(CC2530)和RT5350，RT5350運(yùn)行于360MHz系統(tǒng)主頻并采用32MByte RAM和8MByte flash，嵌入OpenWRT架構(gòu)可選擇內(nèi)置和外置兩種天線，包括Zigbee和RT5350。可作為組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置通信調(diào)試口，包括：Wifi和Zigbee，實(shí)現(xiàn)Wifi和Zigbee的協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行視頻傳輸與數(shù)據(jù)共享。

優(yōu)選的，所述的人體感應(yīng)模塊(109)為工作的電壓為DC5～20V，靜態(tài)功耗為65mA，可調(diào)延時(shí)時(shí)長為0.3s～10min，封鎖時(shí)間為0.2s，感應(yīng)范圍為小于120°錐角的半徑7m以內(nèi)距離能感應(yīng)人體跡象的檢測模塊。

下面結(jié)合附圖進(jìn)行說明。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的外觀示意左視圖。

圖2是設(shè)置在機(jī)器人正后部的三傳感器三角濃度差值定位模型的正視圖。

圖3是設(shè)置在機(jī)器人正前部的三傳感器三角濃度差值定位模型與所述石化氣體濃度標(biāo)向定位裝置(306)的正視圖。

如圖1、圖2、圖3所示，標(biāo)注101為GPS定位模塊；標(biāo)注102為ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)RT5350基載裝置；標(biāo)注103為主控集成裝置；標(biāo)注104、標(biāo)注305同為紅外避障傳感器；標(biāo)注105、標(biāo)注304同為高清監(jiān)控取景攝像頭；標(biāo)注106、標(biāo)注303同為中間一氧化碳?xì)饷魝鞲衅?；?biāo)注107、標(biāo)注301同為左側(cè)一氧化碳?xì)饷魝鞲衅?；?biāo)注108、標(biāo)注302同為右側(cè)一氧化碳?xì)饷魝鞲衅鳎粯?biāo)注109為人體感應(yīng)模塊；標(biāo)注110為LED照明燈；標(biāo)注111為紅外防墜落傳感器；標(biāo)注112為霍爾測速傳感器模塊；標(biāo)注113為高精度直流電機(jī)；標(biāo)注114為金屬履帶；標(biāo)注115、標(biāo)注201同為左側(cè)煙霧氣敏傳感器；標(biāo)注116、標(biāo)注202同為右側(cè)煙霧氣敏傳感器；標(biāo)注117、標(biāo)注203同為中間煙霧氣敏傳感器；標(biāo)注118為聚合物鋰電池組；標(biāo)注204為溫濕度傳感器。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理、基本用途與改進(jìn)創(chuàng)新之處，現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，然而所述實(shí)施例僅為提供說明與解釋之用，不能用來限制本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍。

一種探測石化氣體泄漏的搜索定位機(jī)器人裝置，可由控制終端發(fā)出搜索指令，通過無線通信模塊傳輸?shù)剿阉鞫ㄎ粰C(jī)器人，開始無序搜索。

首先，機(jī)器人在搜索過程中，通過環(huán)境傳感器采集當(dāng)前石化氣體濃度與環(huán)境參數(shù)信息，并且利用三傳感器三角濃度差值定位模型進(jìn)行濃度辨向后執(zhí)行動(dòng)作并將數(shù)據(jù)反饋至終端，終端可對(duì)采集到的石化氣體濃度與環(huán)境參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。此時(shí)機(jī)器人裝置的行進(jìn)原則為向石化氣體濃度高的方向進(jìn)行。

然后，在終端的控制命令下實(shí)現(xiàn)多探測石化氣體泄漏的搜索定位機(jī)器人裝置通過通信裝置組網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)于高濃度的石化氣體的趨近移動(dòng)，進(jìn)而判斷石化危險(xiǎn)氣體泄漏的具體區(qū)域定位和通過取景監(jiān)控?cái)z像頭觀察實(shí)時(shí)畫面。當(dāng)機(jī)器人裝置通過人體熱釋電紅外傳感器檢測到生命跡象時(shí)，便將在當(dāng)前坐標(biāo)定位一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，并將該標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)信息反饋至終端，急救程序結(jié)束后便繼續(xù)搜索石化氣體泄漏的大致區(qū)域。

最后，無線通信模塊通過GPS對(duì)當(dāng)前機(jī)器人進(jìn)行定位并將其坐標(biāo)信息反饋至終端的上位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)繪制各個(gè)機(jī)器人裝置進(jìn)行濃度辨向后的運(yùn)行軌跡圖，實(shí)時(shí)分析當(dāng)前搜索路線與確定石化氣體泄漏的區(qū)域，為下一步的人工搶救爭取時(shí)間，縮小搜索區(qū)域。