[发明专利]一种输煤皮带巡检机器人及运行异常识别方法

摘要

本发明提出一种输煤皮带巡检机器人及检测方法，所述机器人由红外传感器、可见光传感器、声音传感器、激光传感器、机器人控制电路、24V直流稳压电源组成，可将各种传感器采集回来的信息(红外、图像、声音、激光等)进行计算处理，并将结果直观的呈现在监控人员面前，并对异常结果进行报警，实现自动巡检；所述运行异常识别方法在收集大量煤粉堆积量异常、煤粉温度异常、声音异常等实际样本数据的基础上，对数据进行特征提取，并通过主成分分析方法对特征信息进行降维，再利用k近邻法训练分类器，实现输煤皮带异常状态的识别。本发明能够替代运行人员对输煤皮带进行巡检，在减轻巡检人员工作量的同时保证输煤皮带的稳定运行，从而提高生产效率。

主权项

1.一种输煤皮带巡检机器人，其特征在于：所述巡检机器人包括红外传感器、可见光传感器、声音传感器、激光传感器、机器人控制电路，24V直流稳压电源；机器人控制电路通过SPI通讯接口与红外传感器相连接，机器人控制电路通过RS485通讯接口与激光传感器相连接，机器人控制电路通过I2C通讯接口与声音传感器相连接，机器人控制电路通过100M以太网接口与可见光传感器相连接；24V直流稳压电源分别与机器人控制电路、红外传感器、可见光传感器、声音传感器、激光传感器相连接；机器人控制电路从红外传感器、可见光传感器、声音传感器、激光传感器中获取现场信息，并进行计算处理，实现异常识别的功能；所述红外传感器，由场镜、光电型红外感光阵列、恒流偏置放大电路、AD转换采集电路、SPI通讯接口构成；场镜与光电型红外感光阵列相连接；光电型红外感光阵列与场镜相连接，还与恒流偏置放大电路相连接；恒流偏置放大电路与光电型红外感光阵列相连接，还与AD转换采集电路相连接；AD转换采集电路与恒流偏置放大电路相连接，还与SPI通讯接口相连接；SPI通讯接口与AD转换采集电路相连接，还与所述机器人控制电路相连接；所述场镜焦距为50mm；所述光电型红外感光阵列分辨率为320×240；红外光通过场镜后在光电型红外感光阵列上成像，使光电型红外感光阵列的电导发生变化，生成相应的电信号，该电信号经过恒流偏置放大电路处理后转换为0到12V的模拟信号，AD转换采集电路将该模拟信号转换为十二位的数字信号，该数字信号通过SPI通讯接口输出，实现红外测量功能；所述可见光传感器，包括光学镜头、CMOS感光阵列、模拟信号处理电路、AD转换电路、数字信号处理电路、100M以太网接口；光学镜头与CMOS感光阵列相连接；CMOS感光阵列与光学镜头相连接；还与模拟信号处理电路相连接；模拟信号处理电路与CMOS感光阵列相连接，还与AD转换电路相连接；AD转换电路与模拟信号处理电路相连接，还与数字信号处理电路相连；数字信号处理电路与AD转换电路相连接，还与100M以太网接口相连接；100M以太网接口与数字信号处理电路相连接，并与所述机器人控制电路相连；所述CMOS感光阵列分辨率为1920x1080；可见光通过光学镜头后在CMOS感光阵列上成像，生成图像的点阵模拟信号，该模拟信号经过模拟信号处理电路处理后，分为R、B、G三路信号进入AD转换电路，转换为十二位的数字信号，该数字信号传入数字信号处理电路，经过牛顿插值、二维高通滤波处理，得到十位的数字信号，并由100M以太网接口以ONVIF协议发出；所述声音传感器，包括压电式超声波探头，数字式超声波震荡电路，晶体管超声波接收电路，声音信号处理DSP，I2C通讯接口；压电式超声波探头与晶体管超声波接收电路以及数字式超声波震荡电路相连接；晶体管超声波接收电路与声音信号处理DSP以及压电式超声波探头相连接；数字式超声波震荡电路与声音信号处理DSP以及压电式超声波探头相连接；声音信号处理DSP与晶体管超声波接收电路、数字式超声波震荡电路以及I2C通讯接口相连；I2C通讯接口与声音信号处理DSP相连接，并与机器人控制电路相连接；声音传感器利用数字式超声波震荡电路产生电压信号，电压信号施加在压电式超声波探头上时，超声波探头将发生震动而产生超声波；压电式超声波探头采集0至40kHz的声音信息，并将声音信息转换为电压信号，该电压信号经过晶体管超声波接收电路后，放大为0到9伏的电压信号，该电压信号在声音信号处理DSP中经8196个点的快速傅里叶变换算法处理，得到8196个频段下的声音信号的分量，并将各个频段下的声音信号的分量通过I2C通讯接口输出；所述激光传感器，包括激光发射器、激光探测器、激光控制器、RS485通讯接口；激光控制器与激光发射器、激光探测器以及RS485通讯接口相连接；RS485通讯接口与激光控制器相连接，并与所述机器人控制电路相连；所述机器人控制电路通过RS485通讯接口向激光控制器发射扫描信号后，激光控制器控制激光发射器发射一段脉冲激光，脉冲激光被物体反射到激光探测器中，激光探测器将接收到的激光信号转换为电信号，并传入激光控制器中，激光控制器对该电信号进行放大、滤波，由该电信号与发射扫描信号的时间差的一半乘以光速得到激光传感器与被测点的距离，并通过RS485通讯接口输出该距离信息；所述机器人控制电路，包括机器人控制MCU，SPI通讯接口，100M以太网接口，I2C通讯接口，RS485通讯接口，zigbee无线通讯模块；机器人控制MCU与SPI通讯接口、RS485通讯接口、I2C通讯接口、100M以太网接口、zigbee无线通讯模块相连接；机器人控制MCU通过SPI通讯接口与红外传感器通讯，通过100M以太网接口与可见光传感器通讯，通过I2C通讯接口与声音传感器通讯，通过RS485通讯接口与激光传感器通讯，并通过zigbee无线通讯模块与远端通讯；所述24V直流稳压电源，将220V的交流电转换为24V的直流电，并为所述红外传感器、可见光传感器、声音传感器、激光传感器、机器人控制电路提供24V的直流电。