一种用于锅炉膜式壁面的爬壁机器人路径校直装置及方法与流程

本发明涉及爬壁机器人领域，具体涉及一种用于锅炉膜式壁面的爬壁机器人路径校直装置及方法。

背景技术：

1、在大型发电供热企业中，由于锅炉壁面长期受到液体侵蚀、磨损，使其壁厚变薄，所以需定期检测壁面磨损程度以保证锅炉的安全可靠。目前，锅炉壁面大多为膜式壁(锅炉膜式水冷壁，一种扁钢和管子拼排焊成的气密管屏所组成的水冷壁)，如图1所示，对其的磨损检测主要由人工搭建脚手架完成检测，而人工检测效率低，费用高且危险系数高，因此一种能自动化检测壁面厚度和状态的爬壁机器人在检修中逐步得到应用。

2、在锅炉内部，爬壁机器人的作业环境较为复杂，为了精确测量管排厚度和表面状态，需要爬壁机器人严格按照的管子长度方向精准行走。在理想情况下，爬壁机器人在正常工作爬行过程中，轮组左右两个电机的速度完全相同，则可以始终直线爬行；但实际上由于制造误差以及环境等因素的影响，爬壁机器人的位姿会出现偏差，从而无法自动达到指定的地点进行作业。因此如何确保爬壁机器人按照预定的直线轨迹行走是必需解决的问题。

3、目前，爬壁机器人采用的路径规划方式如下：摄像机实时拍摄水冷壁图像并进行图像处理，提取设定的直行路径，而后利用视觉识别的方法获取爬壁机器人的实时位置和行走方向，最后根据实时位置和行走方向与期望值的偏差智能控制爬壁机器人沿着指定的直行路径行走。但是，受制于锅炉水冷壁中的环境，现存在以下问题：

4、1、锅炉内部光线不足，且水冷壁管表面存在积灰和腐蚀，导致利用摄像机拍摄的图片在提取直行路径时容易产生巨大的误差；

5、2、采用视觉识别的方法需要建立庞大的匹配数据库并且需要前期大量的训练，通过将摄像机拍摄的图像与数据库中的图像进行匹配从而确定爬壁机器人当前的位置和行驶方向，这会造成算法复杂，计算量庞大、控制动作不够敏捷且成本较大。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种用于锅炉膜式壁面的爬壁机器人路径校直装置，解决爬壁机器人沿锅炉水冷壁管排长度方向直线行走过程中的路径校准问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于锅炉膜式壁面的爬壁机器人路径校直装置，包括：

4、激光发射单元：设置在锅炉膜式壁面上，其包括激光发射器、准直镜，所述的准直镜设置在所述的激光发射器的正前方；

5、激光接收单元：设置在爬壁机器人上，其包括光电传感器组件、凸透镜，所述的凸透镜设置在所述的光电传感器组件的正前方，且所述的凸透镜在所述的光电传感器组件设置面所在的投影覆盖所述的光电传感器组件，所述的光电传感器组件包括中间光电传感器、侧部光电传感器，所述的侧部光电传感器分别位于所述的中间光电传感器的两侧；

6、行程开关单元：设置在爬壁机器人上，其包括驱动组件、螺杆、行程开关，所述的驱动组件与所述的螺杆传动连接，所述的行程开关连接在所述的螺杆上且可相对所述的螺杆在其长度方向上移动；

7、控制单元：与所述的光电传感器组件、行程开关信号连接，用于根据所述的光电传感器组件、行程开关的信号控制爬壁机器人轮组的偏转。

8、上述技术方案优选地，所述的校直装置在初始设定状态下：所述的激光发射器的中心、中间光电传感器的中心以及凸透镜的中心共线，且与所述的中间光电传感器、侧部光电传感器中心的连线共面。

9、上述技术方案优选地，所述的激光发射器的中心与所述的准直镜的中心的连线垂直于所述的准直镜的中分面。

10、上述技术方案优选地，所述的凸透镜的中心与所述的中间光电传感器的距离为所述的凸透镜的焦距。

11、上述技术方案优选地，所述的激光发射单元还包括安装座组件，所述的安装座组件包括底板、支撑座、发射器安装座以及准直镜安装座，所述的支撑座连接在所述的底板上，所述的发射器安装座连接在所述的支撑座上且可相对所述的支撑座在其延伸方向上移动，所述的准直镜安装座连接在所述的发射器安装座上，所述的激光发射器设置在所述的发射器安装座上，所述的准直镜设置在所述的准直镜安装座上。

12、进一步优选地，所述的安装座组件还包括多个磁吸部件，所述的磁吸部件用于将所述的安装座吸附在锅炉膜式壁面上，所述的磁吸部件与所述的底板固定连接，所述的底板上开设有多个槽，多个所述的槽沿所述的底板的延伸方向开设，所述的磁吸部件一端的磁吸面插入所述的槽，所述的支撑座连接在多个所述的磁吸部件的另一端。

13、进一步优选地，所述的安装座组件还包括直线电机；所述的支撑座上设置有导轨，所述的导轨的延伸方向与所述的支撑座的延伸方向一致，所述的直线电机可移动地设置在所述的导轨上，所述的发射器安装座连接在所述的直线电机的上表面。

14、更进一步优选地，所述的安装座组还包括限位器，所述的限位器设置在所述的支撑板两端，用于限制所述的直线电机在两端的移动位置。

15、更进一步优选地，所述的发射器安装座的底面与所述的直线电机上表面之间的距离可调节。

16、上述技术方案优选地，所述的激光接收单元还包括清扫组件，用于自动清扫所述的光电传感器组件表面的灰尘，所述的清扫组件设置在爬壁机器人上，所述的清扫组件包括毛刷、毛刷电机，所述的毛刷电机与所述的毛刷连接。

17、上述技术方案优选地，所述的激光接收单元还包括传感器安装座、凸透镜安装座，所述的传感器安装座、凸透镜安装座设置在爬壁机器人上，所述的光电传感器组件设置在所述的传感器安装座上，所述的凸透镜设置在所述的凸透镜安装座上。

18、上述技术方案优选地，所述的驱动组件包括驱动电机、减速器以及联轴器，所述的驱动电机设置在爬壁机器人上，所述的驱动电机与所述的减速器传动连接，所述的减速器通过所述的联轴器与所述的螺杆传动连接。

19、上述技术方案优选地，所述的行程开关单元还包括形成开关安装座、滑轨，所述的开关安装座上开设有滑槽，所述的开关安装座与所述的螺杆通过螺纹配合，所述的行程开关连接在所述的开关安装座上；所述的滑轨设置在爬壁机器人上，所述的开关安装座的滑槽与所述的滑轨配合。

20、进一步优选地，所述的滑轨的长度大于水冷壁相邻管子之间的距离且小于两倍的水冷壁相邻管子之间的距离。

21、本发明的另一个目的是提供一种用于锅炉膜式壁面的爬壁机器人路径校直方法。

22、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

23、一种用于锅炉膜式壁面的爬壁机器人路径校直方法，其通过所述的校直装置实现，包括：

24、s1：将所述的激光发射单元、爬壁机器人按照的设定路径设置在水冷壁上，并调节各单元的相对位置，

25、s2：打开所述的激光发射器；调节所述的行程开关的位置及状态值；设定所述的光电传感器组件的输出电流初始值，

26、s3：运行爬壁机器人，所述的控制单元实时读取所述的行程开关的状态值、所述的光电传感器组件的输出电流值，

27、s4：当所述的行程开关的状态值改变、且所述的中间光电传感器的输出电流值小于电流初始值，某一侧所述的侧部光电传感器的输出电流值大于电流初始值，判断爬壁机器人发生偏转，

28、s5：所述的控制单元根据光电传感器组件的电流输出值与初始值的差值，确定爬壁机器人的偏转方向，利用差速原理调节爬壁机器人的轮组向反方向偏转，

29、s6：当所述的行程开关的状态值恢复且所述的光电传感器组件的输出电流回到初始值时，完成校直过程。

30、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

31、本发明与传统的电磁感应校直、磁校直或者光学校直的方法相比，本发明无需事先耗费人力、物力布置电线、磁带或者特殊颜色的色带，更适用于锅炉膜式壁面的高大、垂直甚至负角度的特点，具备算法和结构简单，装置布置便捷的优点；

32、本发明利用激光方向集中、颜色单一的特性，结合准直镜将激光转换为方向高度统一的平行光束，再利用激光亮度高和锅炉内昏暗的特点，使光电传感器能迅速感应到爬壁机器人本体偏转时光线变化，使得控制装置反应敏捷，调节精度高且成本不高。