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基本信息
- 項目名稱：
- 有害氣體監(jiān)測機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 在我國，石油、化工、煤炭等行業(yè)有毒氣體泄漏時有發(fā)生，這些災(zāi)難發(fā)生后，現(xiàn)場環(huán)境具有復(fù)雜性和危險性。 為降低現(xiàn)場探測時對檢測人員的傷害，并實現(xiàn)對事故現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)計了基于ARM 9的有害氣體監(jiān)測機(jī)器人。 此機(jī)器人可用于對工業(yè)現(xiàn)場有害氣體濃度、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行巡檢，拍攝現(xiàn)場的實時視頻畫面，通過無線傳輸功能，能夠?qū)F(xiàn)場的數(shù)據(jù)實時傳送給指揮中心。
- 詳細(xì)介紹：
- 在我國，石油、化工、煤炭等行業(yè)有毒氣體泄漏時有發(fā)生，對人身安全的威脅也越來越大，這些災(zāi)難發(fā)生后，由于現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性和危險性，救援工作往往很難開展，也給救援隊員的生命安全帶來很大隱患。因此需要一種能夠代替救援隊員深入到危險區(qū)域并探測現(xiàn)場有用信息的監(jiān)測機(jī)器人。 目前工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的有害氣體檢測儀器大多是固定式或便攜式的。使用固定式檢測儀器，只能在安裝點及其附近進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，檢測范圍小，局限性大；使用便攜式檢測儀器，仍需人員手持到現(xiàn)場進(jìn)行操作。在石油、化工、煤炭等行業(yè)，生產(chǎn)車間在發(fā)生氣體泄漏后，現(xiàn)場環(huán)境變得高危，不宜人員進(jìn)入，而做出及時、正確的判斷和決定又依賴于及時、準(zhǔn)確的事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)。還有一些本身就需在高危環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)的特種行業(yè)，如多晶硅行業(yè)，釩鈦行業(yè)等，在這些行業(yè)的生產(chǎn)車間人員巡檢困難、投入大、人員安全不能得到有效保障。 基于上述情況設(shè)計了有害氣體監(jiān)測機(jī)器人，可以使用此平臺對現(xiàn)場有害氣體濃度、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行巡檢。主要著重于有害氣體監(jiān)測機(jī)器人的數(shù)據(jù)檢測與視頻實時傳輸功能，實現(xiàn)將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)實時傳送給指揮中心。 本系統(tǒng)分為既定巡檢和手動巡檢兩種工作模式。既定巡檢模式下，機(jī)器人可以在車間按指定路線行進(jìn)，實時檢測沿線有害氣體濃度和環(huán)境溫度，獲取現(xiàn)場實時圖像，通過無線技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，實現(xiàn)自動檢測。在有害氣體超標(biāo)或環(huán)境溫度異常的情況下會報警，將異常數(shù)據(jù)上報至上位機(jī)，自動切換為手動模式。手動巡檢模式下，控制人員可以在控制室通過上位機(jī)遠(yuǎn)程控制移動監(jiān)測裝置的運動路徑，在需要檢測的地點獲取實時參數(shù)和現(xiàn)場圖像。它是一種在企業(yè)自動化生產(chǎn)和自動化巡檢系統(tǒng)中的自動控制系統(tǒng)。 有害氣體監(jiān)測機(jī)器人包括硬件電路制作和軟件開發(fā)。 硬件方面，對監(jiān)測裝置的電路進(jìn)行了模塊化處理，監(jiān)測裝置主要由控制器模塊、傳感器模塊（氣體濃度傳感器模塊、紅外傳感器模塊、溫度傳感器模塊）、圖像采集模塊、無線通信模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊組成。控制模塊的核心采用的是SAMSUNG公司推出的ARM9處理芯片SC2440，是 16／32位RISC嵌入式微處理器，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制和調(diào)度管理。主要用于對傳感器模塊采集的溫度、氣體濃度和攝像頭采集的現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，輸出信號去控制電機(jī)驅(qū)動模塊，從而完成對機(jī)器人的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、現(xiàn)場有害氣體的檢測、溫度的實時測量、現(xiàn)場圖像的抓拍和無線傳輸數(shù)據(jù)的控制。 軟件方面，基于Windows API，通過socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)編寫了上位機(jī)軟件，采用嵌入式linux多線程編程技術(shù)編寫了在有害氣體監(jiān)測機(jī)器人上運行的應(yīng)用程序。 有害氣體監(jiān)測機(jī)器人在完成設(shè)計功能的前提下，充分考慮到了實用性、能耗、成本等問題，在性能和價格之間作了比較好的平衡。由于在電路中增加冗余的功能，所以設(shè)計比較復(fù)雜，保留了各種硬件接口和軟件子程序接口，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步開發(fā)。本作品具有較高的實用價值，適用于工業(yè)生產(chǎn)過程中各種易造成氣體泄漏場合的自動監(jiān)控，具有較高的創(chuàng)新意義和推廣價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的： 石油、化工、煤炭等行業(yè)有毒氣體泄漏時有發(fā)生，為降低現(xiàn)場探測時對檢測人員的傷害，并實現(xiàn)對事故現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)計了有害氣體監(jiān)測機(jī)器人。 基本思路： 該監(jiān)測平臺由基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)測機(jī)器人與上位機(jī)構(gòu)成，將在危險區(qū)域獲得的視頻圖像與監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送給上位機(jī)終端設(shè)備。在上位機(jī)界面可實時顯示采集的數(shù)據(jù)及圖像，以便操作人員對危險現(xiàn)場下一步要開展的工作作出決策。 創(chuàng)新點： (1)代替人員進(jìn)入危險區(qū)域，動態(tài)監(jiān)測有害氣體濃度、現(xiàn)場溫度和危險環(huán)境的視頻圖像，減少了工作危險性和勞動強(qiáng)度； (2)建立基于無線局域網(wǎng)的實時圖像、氣體濃度、溫度監(jiān)測系統(tǒng)和自主開發(fā)的基于嵌入式Linux多線程技術(shù)的應(yīng)用程序，整個監(jiān)測平臺具有靈活的數(shù)據(jù)采集性。 (3)可實現(xiàn)既定控制方式和遙控方式的無擾切換。在功能上實現(xiàn)對監(jiān)測機(jī)器人的遠(yuǎn)程無線控制，可以實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境的視頻畫面，提高準(zhǔn)確性，縮短時間，提高效率。 技術(shù)關(guān)鍵： 整個監(jiān)測平臺基于嵌入式linux技術(shù)，采用嵌入式多線程編程技術(shù)，使得整個平臺能夠同時處理多個傳感器信號和圖像數(shù)據(jù)，基于Windows API接口，使用socket套接字網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)自主開發(fā)出了上位機(jī)軟件，在802.11g無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，制定了整個平臺的通信協(xié)議，實現(xiàn)了上位機(jī)和移動監(jiān)測裝置的通信。 主要技術(shù)指標(biāo)： 探測范圍：100-10000ppm LPG，丁烷，丙烷，LNG（在實驗過程中考慮安全性，采用丁烷氣體為測試樣品）
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)先進(jìn)性： (1)彌補(bǔ)了固定式檢測裝置數(shù)據(jù)檢測的局限性。固定式檢測裝置安裝于有毒氣體最易泄露的地點，并只能在安裝點及其附近進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，檢測局限性大。本監(jiān)測裝置體積小，操作方便，可沿既定路線監(jiān)測，也可通過遠(yuǎn)程遙控移動裝置，進(jìn)入不同的生產(chǎn)位置測量，使得數(shù)據(jù)測量具有靈活性。 (2)提高監(jiān)測的安全性，減少人員傷亡。便攜式有害氣體檢測裝置仍需人員到現(xiàn)場操作檢測，而一些高危環(huán)境下或已發(fā)生氣體泄漏不宜人員進(jìn)入的場合，該裝置可代替人員進(jìn)入進(jìn)行檢測，通過無線網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)及圖像實時上傳至上位機(jī)。降低了檢測人員的危險性。 (3)縮短了救援準(zhǔn)備時間，提高救援效率。常規(guī)固定裝置監(jiān)測到氣體泄漏，在主控制室報警，指揮人員一般會二次派人員攜帶便攜式檢測裝置在允許情況下進(jìn)入現(xiàn)場檢測后再做出救援決策。而本裝置在此情況下可自動由既定模式無擾切換到手動模式，由主控室指揮人員立刻無線遠(yuǎn)程操控該裝置進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和圖像傳輸，為制定救援決策提供可靠的數(shù)據(jù)，提高了救援效率。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月在校科技節(jié)活動中獲科技創(chuàng)新一等獎
作品所處階段
- 模型階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)合作，成果轉(zhuǎn)化
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.技術(shù)特點和優(yōu)勢 1）本作品成本低，操作簡單，性能可靠。2）數(shù)據(jù)采集范圍廣，靈活性強(qiáng)，適用性強(qiáng)。3）該機(jī)器人推廣使用能夠降低人員傷害，提高高危環(huán)境操作的安全系數(shù)。 2.適用范圍： 1）各種易產(chǎn)生有毒易燃?xì)怏w泄漏的車間及高危場所。2）已發(fā)生氣體泄漏，需要進(jìn)行救援、事故處理但人員無法進(jìn)入的場所。3）可放在指定位置代替有線固定檢測裝置進(jìn)行檢測。4）對環(huán)境危險程度不明確的情況下，監(jiān)測機(jī)器人可先行進(jìn)入探測。如野外鉆探，地下管道巡檢、維護(hù)等。 3.市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 我國石油化工、煤化工企業(yè)發(fā)展迅速，生物化工、農(nóng)用化工等大型化工制造園區(qū)的大量形成，都對氣體報警器有廣泛的需求。隨著國家安檢總局對化工、?；芳庸ゎI(lǐng)域安全工作要求不斷提高，氣體檢測設(shè)備的需求量會逐年增加。本產(chǎn)品比較適合于石油、化工等行業(yè)使用，具有較廣的應(yīng)用前景。若以每年1萬套，每套5000元計算，其市場規(guī)?？蛇_(dá)5000萬元，經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。
同類課題研究水平概述
- 目前有害氣體檢測裝置與儀表大多是固定式和便攜式兩種。 固定式氣體探測器一般安裝在廠房、倉庫等固定的檢測點，需和報警控制器配合使用，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對各監(jiān)測點進(jìn)行控制。固定式檢測裝置探測器安裝于有害氣體最易泄露的地點，一般需要在現(xiàn)場安裝的數(shù)量比較多，這就導(dǎo)致成本大大增加，且只能在安裝點及其附近進(jìn)行檢測，導(dǎo)致測量的參數(shù)不具任意性。 有害氣體監(jiān)測機(jī)器人可以實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場任意地點任意時刻的環(huán)境參數(shù)檢測，數(shù)據(jù)采集具有很強(qiáng)的靈活性，并可將采集到的數(shù)據(jù)以無線方式上傳至上位機(jī)。 便攜式儀器操作方便，體積小巧，可以攜帶至不同的生產(chǎn)部位。電化學(xué)檢測儀采用堿性電池供電，可連續(xù)使用1000小時;新型LEL檢測儀、PID和復(fù)合式儀器采用可充電池(有些已采用無記憶的鎳氫或鋰離子電池)，使得它們一般可以連續(xù)工作近12小時，所以，這類儀器在各類工廠和衛(wèi)生部門的應(yīng)用越來越廣。但便攜式檢測裝置也有其缺陷，比如仍需要檢測人員以手持方式到現(xiàn)場進(jìn)行檢測。在某些氣體濃度嚴(yán)重超標(biāo)，對人身造成傷害甚至可能會導(dǎo)致死亡的情況下，人員就不能進(jìn)入到現(xiàn)場進(jìn)行測量。在這種情況下，監(jiān)測機(jī)器人可以使用手動檢測模式進(jìn)入現(xiàn)場，通過遠(yuǎn)程控制的方式在需要檢測的地點進(jìn)行檢測，這就保障了人身安全。 目前國內(nèi)工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控有組態(tài)監(jiān)控和攝像監(jiān)控。組態(tài)監(jiān)控有其弊端，比如只能模擬出現(xiàn)場畫面，不能真實地反映現(xiàn)場的場景。而有線攝像監(jiān)控系統(tǒng)在需要防爆隔爆的場合又存在因線路短路而引起火花的隱患，并且攝像監(jiān)控裝置只能安裝在固定位置，受攝像頭擺動角度限制，易造成監(jiān)控死角。本作品為此提供了一個很好的解決方案，采用移動式監(jiān)控，無死角無盲區(qū)?；谇度胧絣inux技術(shù)，采用嵌入式多線程編程，使得整個監(jiān)測平臺能夠同時處理多個傳感器信號和圖像數(shù)據(jù)，使用socket套接字網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)自主開發(fā)出了上位機(jī)軟件，在802.11g無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，制定了整個平臺的通信協(xié)議，從而實現(xiàn)了上位機(jī)和監(jiān)測機(jī)器人的無線數(shù)據(jù)傳輸，產(chǎn)生了有害氣體監(jiān)測機(jī)器人。
