CN102764750B - 一种油罐清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油罐清洗机器人，包括机体、行走单元、清洗单元、控制单元、传感通讯单元和供电单元；机体包括底板、下壳体和上壳体；行走单元包括三个驱动轮和三个驱动轮液压马达；清洗单元由清扫装置和自激脉冲装置构成，清扫装置包括三个清洗盘刷和三个清洗盘刷液压马达，自激脉冲装置包括脉冲装置液压马达、伸缩梁组件和自激振荡脉冲喷嘴；控制单元由远程控制部分和机体控制部分构成；传感通讯单元包括压力传感器、温度传感器、红外传感器、超声波传感器、水平姿态传感器、浊度传感器、摄像头和油气浓度监测仪。本发明设计新颖，智能化程度高，工作可靠性高，安全性能好，能够实现全方位清洗，节能环保，实用性强，推广应用价值高。

Description

一种油罐清洗机器人

技术领域

本发明涉及油罐清洗技术领域，尤其是涉及一种油罐清洗机器人。

背景技术

目前，在我国石油化工行业中，对于例如储油罐和运油车等原油存储设备，由于油品质量难以保证，平均每年产生80万吨罐底泥、池底泥。油泥的产生和积累不仅影响油品质量，更是影响储油设备的使用。由于高浓度的油气容易因明火或暗火而爆炸，因此对油罐底泥的清洗是一项危险而繁重的工作。过去通常是人工作业，劳动强度大、工作效率低，且容易引发事故。随着我国大型石油油罐的建设、能源的紧张和对环保问题的日益高度重视，传统的人工清洗油罐法已不符合环境和发展的客观要求，必须研发和使用封闭式、无需人进入油罐的全自动机械化的清洗设备，代替人工清洗，以提高原油回收率和清洗效率，提高油罐清洁度，减少污油、污水和废气对环境的污染，同时减少作业事故，实现安全、健康、环保式清洗。

油罐清洗机器人是机械化清灌的重要而有效的工具，机器人在罐内可以自动移动，打散、清扫或吸出沉积物，在国外如英国NESL公司的Moverjet Vehicle，英国Surface Control公司开发的用于清洗储罐的真空槽车，拉格比Hydrovac工业和石油服务有限公司开发的水力推土机罐内作业工具，美国Petroleum Ferment公司开发的用于流化和喷击底泥的完全水利车等。

近些年，国内在罐体的清洗、检查机器人领域也做了大量的研究，并且取得了一定的突破。上海交通大学开发出一种专门用于检测金属油罐容积的机器人，目前已被上海炼油厂用于替代传统的人工检测。除此之外，它还有望应用于储油罐、煤气罐、化学压力容器等危险环境，进行探伤、除锈、喷漆及清洗等工作，将它用于储油罐清罐作业指日可待。哈尔滨工业大学研制出一种核工业用壁面爬行遥控检查机器人，主要用于检查放射性核废液储放罐焊缝，以及时发现因核废液腐蚀原因造成的泄漏隐患并进行清除，确保环境的安全，其关键技术对清罐机器人的研究有很大的促进作用。天津工程师范学院和胜利油田正在合作开发用于储油罐清理的机器人，其关键技术已获得突破。当前，清洗机器人的应用基本集中在壁面清洗、管道清洗、缆索清洗和水下维护、清洗等方面。作为清洗机器人中一个典型代表，清罐清洗机器人的应用尚不广泛，但是它的应用前景很宽。目前，国内的大型储油罐清洗工作已经逐渐向机械化清洗过渡，例如，大庆油田已经从2003年开始更换机械化清洗设备。此外，中海油、中石油、中石化的大部分下属公司都已经着手更新机械化清罐设备。

国内外对于清洗机器人自动化、智能化方面的研究和应用越发深入和广泛，但是，现有技术中的各种清洗机器人还不能很好地对油罐内的油泥进行彻底清洗，且存在着实现成本高、使用操作不便、安全性能不够好等缺陷和不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种油罐清洗机器人，其设计新颖合理，智能化程度高，工作可靠性高，安全性能好，能够实现对油罐的全方位清洗，节能环保，实用性强，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种油罐清洗机器人，其特征在于：包括机体、行走单元、清洗单元、控制单元和传感通讯单元，以及用于为所述行走单元、清洗单元、控制单元和传感通讯单元供电的供电单元；

所述机体包括底板、固定连接在底板上方的下壳体和固定连接在下壳体上方的上壳体;

所述行走单元包括三个驱动轮和分别用于驱动三个驱动轮的三个驱动轮液压马达，三个所述驱动轮呈等边三角形地嵌入安装在所述底板上，三个所述驱动轮液压马达呈等边三角形地布设在所述底板上，所述驱动轮与所述驱动轮液压马达的输出轴相接，所述驱动轮的上方套装有与所述底板连接且用于防止油泥污水进入到所述下壳体内的挡水板；

所述清洗单元由清扫装置和自激脉冲装置构成，所述清扫装置包括三个清洗盘刷和分别用于带动三个清洗盘刷转动的三个清洗盘刷液压马达，三个所述清洗盘刷呈等边三角形地布设在所述底板下方，三个所述清洗盘刷液压马达呈等边三角形地嵌入安装在所述底板上，所述清洗盘刷与所述清洗盘刷液压马达的输出轴相接；所述自激脉冲装置包括伸缩梁组件、与伸缩梁组件一端连接且用于带动伸缩梁组件转动的脉冲装置液压马达和与伸缩梁组件另一端连接且用于喷射脉冲的自激振荡脉冲喷嘴，所述脉冲装置液压马达安装在下壳体内且与下壳体固定连接；

所述控制单元由远程控制部分和机体控制部分构成，所述远程控制部分包括人工控制模块和智能作业模块，所述人工控制模块包括依次相接的示教操纵板、第一处理器模块和第一I/O接口，所述智能作业模块包括依次相接的数据存储器、第二处理器模块和第二I/O接口；所述机体控制部分包括控制器模块和与所述控制器模块相接的第三I/O接口，所述控制器模块的输出端接有用于驱动驱动轮液压马达的第一液压马达驱动器、用于驱动清洗盘刷液压马达的第二液压马达驱动器和用于驱动脉冲装置液压马达的第三液压马达驱动器，所述驱动轮液压马达与第一液压马达驱动器的输出端相接，所述清洗盘刷液压马达与第二液压马达驱动器的输出端相接，所述脉冲装置液压马达与第三液压马达驱动器的输出端相接，所述第一I/O接口和第二I/O接口均与第三I/O接口相接；

所述传感通讯单元包括用于对所述油罐清洗机器人发生碰撞进行检测的压力传感器、用于对油罐内温度进行检测的温度传感器、用于感测所述油罐清洗机器人与油罐内壁接近程度的红外传感器、用于感测所述油罐清洗机器人与油罐内壁或障碍物距离的超声波传感器、用于感测所述油罐清洗机器人倾角的水平姿态传感器、用于检测油罐罐底清洁度的浊度传感器、用于感测所述油罐清洗机器人周围环境的摄像头、用于照明的探照灯和用于检测油罐内油气浓度的油气浓度监测仪，所述压力传感器、红外传感器和超声波传感器均安装在所述下壳体的外壁上，所述水平姿态传感器和浊度传感器均安装在所述底板的底端，所述温度传感器安装在所述上壳体内部，所述摄像头、探照灯和油气浓度监测仪均安装在所述上壳体的上部；所述压力传感器、温度传感器、红外传感器、超声波传感器、水平姿态传感器、浊度传感器、摄像头和油气浓度监测仪均与所述控制器模块的输入端相接。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述上壳体的上部设置有球状壳体，所述油气浓度监测仪设置在所述球状壳体的表面上，所述摄像头和探照灯均设置在所述球状壳体内且外露在所述球状壳体的表面上，所述球状壳体内还设置有工作状态指示灯和蜂鸣器，所述工作状态指示灯和蜂鸣器均外露在所述球状壳体的表面上，所述工作状态指示灯和蜂鸣器均与所述控制器模块的输出端相接。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述机体外轮廓的形状为圆柱形，所述上壳体的上部对称安装有两个提手，所述上壳体的上部设置有用于安装所述供电单元的电源盒，所述上壳体的侧壁上开有检修孔，所述检修孔处安装有检修孔盖，位于所述检修孔斜上方的上壳体上设置有通孔，所述上壳体的上部对称安装有两个用于向油罐内补充保护性惰性气体的惰性气体喷嘴。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述驱动轮由轮架和并排设置在所述轮架上的两圈辊子构成，所述辊子由钢制骨架和包裹在所述钢制骨架外的软橡胶构成，所述软橡胶上布设有多个凹腔室。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述清洗盘刷由与所述清洗盘刷液压马达的输出轴相接的刷杆、连接在刷杆底端的刷盘和设置在刷盘下表面上的多簇刷毛构成。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：多簇所述刷毛在所述刷盘下表面上呈螺旋多角星形分布，所述刷毛的长度从所述刷盘的外围到所述刷盘的中心逐渐减小，所述刷毛由钢丝软轴和包裹在所述钢丝软轴表面的聚乙烯层构成。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述刷盘的中心一体成型有向上伸出的套管，所述刷毛的中心设置有与所述套管相配合且供油罐内的油泥和污水通过的抽吸孔，所述刷杆包括与所述清洗盘刷液压马达的输出轴相接的条杆和设置在所述条杆底端且用于固定连接所述套管的连杆，所述条杆上套装有顶端与所述底板固定连接的套筒，所述套筒的侧壁上设置有用于连接抽油管的抽油管接口，所述套筒的上部安装有用于安装所述条杆的第一轴承，位于所述第一轴承下方的套筒内安装有第一油封，所述套筒的下部安装有用于安装所述套管的第二轴承，位于所述第二轴承上方的套筒内安装有第二油封，所述底板上设置有供抽油管穿过的抽油管孔。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述自激振荡脉冲喷嘴包括谐振腔室和设置在谐振腔室内部且用于将谐振腔室内部空间分隔为三个谐振腔的三叶轮，所述谐振腔室的顶端中心位置处设置有用于将水流分向三个谐振腔的入水口，所述谐振腔室的底端设置有三个分别与三个所述谐振腔室相配合的出水口。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述自激振荡脉冲喷嘴的上方安装有与所述伸缩梁组件连接且用于对油罐内壁和底部的油泥进行刮铲的刮铲装置。

上述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述伸缩梁组件包括第一伸缩梁、与所述第一伸缩梁铰接的第二伸缩梁和与所述第二伸缩梁铰接的第三伸缩梁，所述第一伸缩梁的底端固定连接有转盘，所述转盘连接在所述脉冲装置液压马达的输出轴上，所述第二伸缩梁与所述脉冲装置液压马达之间连接有第一液压伸缩缸，所述第二伸缩梁与所述第三伸缩梁之间连接有第二液压伸缩缸，所述自激振荡脉冲喷嘴与所述第三伸缩梁的端部固定连接；所述控制器模块的输出端接有用于控制第一液压伸缩缸伸缩的第一液压控制阀和用于控制第二液压伸缩缸伸缩的第二液压控制阀，所述第一液压控制阀接在第一液压伸缩缸的供油管路上，所述第二液压控制阀接在第二液压伸缩缸的供油管路上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用三个等边三角形布局的驱动轮作为行走机构，结构紧凑、移动灵活，通过远程控制可以使机器人在油罐体内自由全方位地移动，实现对油罐的全方位清洗。

2、本发明多簇刷毛在刷盘下表面上呈螺旋多角星形分布，刷毛的特殊螺旋花纹布局配合转动可以形成朝向中心的负压涡流，被清洗盘刷清扫疏松的油泥和污水能够在负压涡流的作用下自动流向设置在刷毛中心位置处的抽吸孔内，能够方便地将油泥和污水抽出，便于油泥和污水的收集。

3、本发明的机体上设置有提手，方便携带和移动，机体上开有检修孔，便于安装和检修。

4、本发明中驱动轮的辊子采用钢制骨架和软橡胶的复合结构，利用了仿生学原理，当所述油罐清洗机器人行走时，在重力的作用下，软橡胶发生变形，多个凹腔室中的气体排出形成负压吸附力，使所述油罐清洗机器人吸附在油罐底部，此种新颖设计既可以避免驱动轮与钢制的油罐罐底直接摩擦产生火花影响作业安全，又能使所述油罐清洗机器人在工作时保持较好的稳定性，而且相对普通负压吸附不需要外加动力。

5、本发明中的自激脉冲装置具有普通高压直流清洗达不到的清洗效果，同时节约能源，使用自来水而不用清洗剂，可以避免二次污染，利于油泥的后续处理。

6、本发明自激振荡脉冲喷嘴具有一个入口三个出口的优势，能够形成冲击覆盖面，对油罐内油泥进行冲打、疏松和清洗，清洗效果好。

7、本发明实现了清扫装置、刮铲装置和自激脉冲装置三重清洗，清扫装置主要针对油泥沉积的油罐底部，自激脉冲装置针对油罐罐壁或罐底上的油泥进行有效冲散和打碎，刮铲装置针对自激脉冲水射流清洗和盘刷刷洗不彻底的坚固油泥，整体清洗效果良好；刷毛由钢丝软轴和包裹在所述钢丝软轴表面的聚乙烯层构成，具有较好的强度和清洗效果，而且能够避免摩擦产生火花。

8、本发明中机器人整体采用液压驱动，硬件上中具有较高的安全系数，与普遍采用的电驱动相比能减少电火花出现的可能。

9、本发明中的控制单元可使机器人工作在人工控制和智能作业两种模式下，提高了机器人工作的智能化程度，减轻了操作人员的作业难度和强度。

10、本发明传感通讯单元的功能完备，可以及时反馈作业过程中的技术参数，并较好的控制油罐清洗机器人，惰性气体的及时补充可以确保作业过程中的安全，可使油罐清洗机器人在全程密闭的环境下进行作业。

11、本发明采用了有线连接和控制，通讯受外界因素的干扰小，工作可靠性高。

12、本发明的实用性强，推广应用价值高。

综上所述，本发明设计新颖合理，智能化程度高，工作可靠性高，安全性能好，能够实现对油罐的全方位清洗，节能环保，实用性强，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的仰视图。

图3为本发明行走单元和清扫装置在底板上的布设位置示意图。

图4为本发明驱动轮的结构示意图。

图5为本发明辊子的横截面图。

图6为本发明清洗盘刷的结构示意图。

图7为本发明刷杆、连杆和套管的连接关系示意图。

图8为本发明摄像头、探照灯、工作状态指示灯和蜂鸣器在球状壳体上的布设位置示意图。

图9为本发明自激脉冲装置的结构示意图。

图10为本发明自激振荡脉冲喷嘴的结构示意图。

图11为图10的A-A视图。

图12为本发明控制单元的电路原理框图。

图13为本发明的使用状态示意图。

附图标记说明:

1—底板；            2-1—下壳体；         2-2—上壳体；

2-3—球状壳体；      3—驱动轮液压马达；   4—驱动轮；

4-1—轮架；          4-2—辊子；           4-21—钢制骨架；

4-22—软橡胶；       4-23—凹腔室；        5—挡水板；

6—人工控制模块；    6-1—示教操纵板；     6-2—第一处理器模块；

6-3—第一I/O接口；   7—智能作业模块；     7-1—数据存储器；

7-2—第二处理器模块；7-3—第二I/O接口；    8—控制器模块；

9—清洗盘刷；        9-1—条杆；           9-2—刷盘；

9-3—刷毛；          9-4—套管；           9-5—连杆；

9-6—套筒；          9-61—抽油管接口；    9-7—第二轴承；

9-8—第二油封；      9-9—第一轴承；       9-10—第一油封；

10—清洗盘刷液压马达；      11—抽吸孔；

12—脉冲装置液压马达；      13—自激振荡脉冲喷嘴；

13-1—谐振腔室；     13-2—三叶轮；          13-3—入水口；

13-4-出水口；        14-1-第一伸缩梁；       14-2-第二伸缩梁；

14-3—第三伸缩梁；      14-4—转盘；        15-1—第一液压伸缩缸；

15-2—第二液压伸缩缸；  16—刮铲装置；      17—压力传感器；

18—温度传感器；        19—红外传感器；    20—超声波传感器；

21—摄像头；            22—探照灯；        23—油气浓度监测仪；

24—工作状态指示灯；    25—蜂鸣器；        26—电源盒；

27—惰性气体喷嘴；      28—提手；          29—检修孔盖；

30—通孔；              31—水平姿态传感器；32—浊度传感器；

33—第三I/O接口；       34—第一液压马达驱动器；

35—第二液压马达驱动器；36—第三液压马达驱动器；37—抽油管孔；

38—第一液压控制阀；    39—第二液压控制阀；    40—油罐；

41—油罐清洗机器人；    42—水箱；              43—惰性气体储罐；

44—电动液压泵；        45—水泵；              46—惰性气体传输管道；

47—惰性气体电动阀；    48—供油管路；          49—水管；

50—软管线缆卷筒；      51—导电电缆；          52—卷筒电机；

53—螺杆泵；            54—油泥储放池。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明包括机体、行走单元、清洗单元、控制单元和传感通讯单元，以及用于为所述行走单元、清洗单元、控制单元和传感通讯单元供电的供电单元；

所述机体包括底板1、固定连接在底板1上方的下壳体2-1和固定连接在下壳体2-1上方的上壳体2-2;

所述行走单元包括三个驱动轮4和分别用于驱动三个驱动轮4的三个驱动轮液压马达3，三个所述驱动轮4呈等边三角形地嵌入安装在所述底板1上，三个所述驱动轮液压马达3呈等边三角形地布设在所述底板1上，所述驱动轮4与所述驱动轮液压马达3的输出轴相接，所述驱动轮4的上方套装有与所述底板1连接且用于防止油泥污水进入到所述下壳体2-1内的挡水板5；挡水板5能够使机体密闭，避免油泥污水进入到机体内引起故障；

所述清洗单元由清扫装置和自激脉冲装置构成，所述清扫装置包括三个清洗盘刷9和分别用于带动三个清洗盘刷9转动的三个清洗盘刷液压马达10，三个所述清洗盘刷9呈等边三角形地布设在所述底板1下方，三个所述清洗盘刷液压马达10呈等边三角形地嵌入安装在所述底板1上，所述清洗盘刷9与所述清洗盘刷液压马达10的输出轴相接；所述自激脉冲装置包括伸缩梁组件、与伸缩梁组件一端连接且用于带动伸缩梁组件转动的脉冲装置液压马达12和与伸缩梁组件另一端连接且用于喷射脉冲的自激振荡脉冲喷嘴13，所述脉冲装置液压马达12安装在下壳体2-1内且与下壳体2-1固定连接；

所述控制单元由远程控制部分和机体控制部分构成，所述远程控制部分包括人工控制模块6和智能作业模块7，所述人工控制模块6包括依次相接的示教操纵板6-1、第一处理器模块6-2和第一I/O接口6-3，所述智能作业模块7包括依次相接的数据存储器7-1、第二处理器模块7-2和第二I/O接口7-3；所述机体控制部分包括控制器模块8和与所述控制器模块8相接的第三I/O接口33，所述控制器模块8的输出端接有用于驱动驱动轮液压马达3的第一液压马达驱动器34、用于驱动清洗盘刷液压马达10的第二液压马达驱动器35和用于驱动脉冲装置液压马达12的第三液压马达驱动器36，所述驱动轮液压马达3与第一液压马达驱动器34的输出端相接，所述清洗盘刷液压马达10与第二液压马达驱动器35的输出端相接，所述脉冲装置液压马达12与第三液压马达驱动器36的输出端相接，所述第一I/O接口6-3和第二I/O接口7-3均与第三I/O接口33相接；人工控制模块6和智能作业模块7并联，可以使所述油罐清洗机器人41工作在人工控制和智能作业两种模式下，以提供工作人员更多的休息间隙，减轻了工作强度，提高了智能化；在人工控制模式下，工作人员可以通过操作示教操纵板6-1向所述油罐清洗机器人41发出动作指令，在智能作业模式下，第二处理器模块7-2会根据所述机体控制部分所反馈的油罐清洗机器人41当时的工作状态，自动向油罐清洗机器人41发出下一步的动作指令。具体实施时，第一处理器模块6-2和第二处理器模块7-2可以采用单片机来实现，控制器模块8可以采用可编程逻辑控制器来实现。

所述传感通讯单元包括用于对所述油罐清洗机器人41发生碰撞进行检测的压力传感器17、用于对油罐40内温度进行检测的温度传感器18、用于感测所述油罐清洗机器人41与油罐40内壁接近程度的红外传感器19、用于感测所述油罐清洗机器人41与油罐40内壁或障碍物距离的超声波传感器20、用于感测所述油罐清洗机器人41倾角的水平姿态传感器31、用于检测油罐40罐底清洁度的浊度传感器32、用于感测所述油罐清洗机器人41周围环境的摄像头21、用于照明的探照灯22和用于检测油罐40内油气浓度的油气浓度监测仪23，所述压力传感器17、红外传感器19和超声波传感器20均安装在所述下壳体2-1的外壁上，所述水平姿态传感器31和浊度传感器32均安装在所述底板1的底端，所述温度传感器18安装在所述上壳体2-2内部，所述摄像头21、探照灯22和油气浓度监测仪23均安装在所述上壳体2-2的上部；所述压力传感器17、温度传感器18、红外传感器19、超声波传感器20、水平姿态传感器31、浊度传感器32、摄像头21和油气浓度监测仪23均与所述控制器模块8的输入端相接。具体实施时，将所述水平姿态传感器31安装在所述底板1的底端中部。设置四个所述压力传感器17。将所述驱动轮液压马达3与所述清洗盘刷液压马达10间隔交叉布设，互不干涉。将所述机体控制部分和温度传感器18集成在控制盒内，并将所述控制盒设置在上壳体2-2内。传感通讯单元能够确保所述油罐清洗机器人41的正常工作并保证作业过程的安全。

结合图8，本实施例中，所述上壳体2-2的上部设置有球状壳体2-3，所述油气浓度监测仪23设置在所述球状壳体2-3的表面上，所述摄像头21和探照灯22均设置在所述球状壳体2-3内且外露在所述球状壳体2-3的表面上，所述球状壳体2-3内还设置有工作状态指示灯24和蜂鸣器25，所述工作状态指示灯24和蜂鸣器25均外露在所述球状壳体2-3的表面上，所述工作状态指示灯24和蜂鸣器25均与所述控制器模块8的输出端相接。

其中，球状壳体2-3构成了所述油罐清洗机器人41的头部，具体实现时，将探照灯22设置两个并设置在球状壳体2-3的中上部，类似人的眼睛；将工作状态指示灯24设置在球状壳体2-3的中部，类似人的鼻子，将摄像头21选用CCD摄像头并设置在球状壳体2-3的中下部，类似人的嘴巴。

本实施例中，所述机体外轮廓的形状为圆柱形，所述上壳体2-2的上部对称安装有两个提手28，所述上壳体2-2的上部设置有用于安装所述供电单元的电源盒26，所述上壳体2-2的侧壁上开有检修孔，所述检修孔处安装有检修孔盖29，位于所述检修孔斜上方的上壳体2-2上设置有通孔30，所述上壳体2-2的上部对称安装有两个用于向油罐40内补充保护性惰性气体的惰性气体喷嘴27。

结合图4和图5，本实施例中，所述驱动轮4由轮架4-1和并排设置在所述轮架4-1上的两圈辊子4-2构成，所述辊子4-2由钢制骨架4-21和包裹在所述钢制骨架4-21外的软橡胶4-22构成，所述软橡胶4-22上布设有多个凹腔室4-23。所述辊子4-2采用钢制骨架4-21和软橡胶4-22的复合结构，利用了仿生学原理，当所述油罐清洗机器人41行走时，在重力的作用下，软橡胶4-22发生变形，多个凹腔室4-23中的气体排出形成负压吸附力，使所述油罐清洗机器人41吸附在油罐40底部，此种新颖设计既可以避免驱动轮4与钢制的油罐40罐底直接摩擦产生火花影响作业安全，又能使所述油罐清洗机器人41在工作时保持较好的稳定性。

结合图6和图7，本实施例中，所述清洗盘刷9由与所述清洗盘刷液压马达10的输出轴相接的刷杆、连接在刷杆底端的刷盘9-2和设置在刷盘9-2下表面上的多簇刷毛9-3构成。多簇所述刷毛9-3在所述刷盘9-2下表面上呈螺旋多角星形分布，所述刷毛9-3的长度从所述刷盘9-2的外围到所述刷盘9-2的中心逐渐减小，所述刷毛9-3由钢丝软轴和包裹在所述钢丝软轴表面的聚乙烯层构成。所述刷盘9-2的中心一体成型有向上伸出的套管9-4，所述刷毛9-3的中心设置有与所述套管9-4相配合且供油罐40内的油泥和污水通过的抽吸孔11，所述刷杆包括与所述清洗盘刷液压马达10的输出轴相接的条杆9-1和设置在所述条杆9-1底端且用于固定连接所述套管9-4的连杆9-5，所述条杆9-1上套装有顶端与所述底板1固定连接的套筒9-6，所述套筒9-6的侧壁上设置有用于连接抽油管的抽油管接口9-61，所述套筒9-6的上部安装有用于安装所述条杆9-1的第一轴承9-9，位于所述第一轴承9-9下方的套筒9-6内安装有第一油封9-10，所述套筒9-6的下部安装有用于安装所述套管9-4的第二轴承9-7，位于所述第二轴承9-7上方的套筒9-6内安装有第二油封9-8，所述底板1上设置有供抽油管穿过的抽油管孔37。具体实施时，连杆9-5的数量为三根且均匀地分布在所述条杆9-1底端。清洗盘刷液压马达10带动所述条杆9-1转动时，所述条杆9-1通过连杆9-5带动刷盘9-2和刷毛9-3转动，而套筒9-6保持不动，刷毛9-3的特殊螺旋花纹布局配合转动可以形成朝向中心的负压涡流，被清洗盘刷9清扫疏松的油泥和污水能够在负压涡流的作用下自动流向设置在刷毛9-3中心位置处的抽吸孔11内，并经抽吸孔11进入到套管9-4中，进入到套管9-4中的油泥和污水穿过三根连杆9-5之间的缝隙并进入到套筒9-6内，通过在抽油管接口9-61上连接抽油管，能够方便地将油泥和污水抽出，便于油泥和污水的收集。所述刷毛9-3由钢丝软轴和包裹在所述钢丝软轴表面的聚乙烯层构成，具有较好的强度和清洗效果。

结合图10和图11，本实施例中，所述自激振荡脉冲喷嘴13包括谐振腔室13-1和设置在谐振腔室13-1内部且用于将谐振腔室13-1内部空间分隔为三个谐振腔的三叶轮13-2，所述谐振腔室13-1的顶端中心位置处设置有用于将水流分向三个谐振腔的入水口13-3，所述谐振腔室13-1的底端设置有三个分别与三个所述谐振腔室13-1相配合的出水口13-4。所述自激振荡脉冲喷嘴13的上方安装有与所述伸缩梁组件连接且用于对油罐40内壁和底部的油泥进行刮铲的刮铲装置16。当水流从入水口13-3进入后，分别进入三个谐振腔室13-1并由三个出水口13-4形成冲打面，对油罐40内油泥进行冲打、疏松和清洗，使得本发明不需要添加任何化学药剂，使用自来水即可实现清洗，防止造成污染，并利于油泥的回收和后续处理。具体实施时，刮铲装置16的材料为高强度和硬度的塑料，防止在工作的过程中与油罐40侧壁或底部摩擦产生火花。

结合图9，本实施例中，所述伸缩梁组件包括第一伸缩梁14-1、与所述第一伸缩梁14-1铰接的第二伸缩梁14-2和与所述第二伸缩梁14-2铰接的第三伸缩梁14-3，所述第一伸缩梁14-1的底端固定连接有转盘14-4，所述转盘14-4连接在所述脉冲装置液压马达12的输出轴上，所述第二伸缩梁14-2与所述脉冲装置液压马达12之间连接有第一液压伸缩缸15-1，所述第二伸缩梁14-2与所述第三伸缩梁14-3之间连接有第二液压伸缩缸15-2，所述自激振荡脉冲喷嘴13与所述第三伸缩梁14-3的端部固定连接；所述控制器模块8的输出端接有用于控制第一液压伸缩缸15-1伸缩的第一液压控制阀38和用于控制第二液压伸缩缸15-2伸缩的第二液压控制阀39，所述第一液压控制阀38接在第一液压伸缩缸15-1的供油管路上，所述第二液压控制阀39接在第二液压伸缩缸15-2的供油管路上。具体实施时，所述第二伸缩梁14-2通过圆柱铰链与所述第一伸缩梁14-1铰接，所述第三伸缩梁14-3通过圆柱铰链与所述第二伸缩梁14-2铰接。所述脉冲装置液压马达12作用于自激脉冲装置的底部，带动自激脉冲装置的整体转动，实现了自激振荡脉冲喷嘴13的轴向环顾喷射，所述第一液压伸缩缸15-1和第二液压伸缩缸15-2用于调整自激振荡脉冲喷嘴13喷射脉冲的角度和距离。自激脉冲装置工作时的俯仰旋转角度为120°，水平旋转角度为120°，可以形成较大的工作覆盖面积。当遇到较坚硬的油泥时，可以通过控制伸缩梁组件的俯仰角和水平旋转角的角度变化，利用刮铲装置16实施对油罐40侧壁和底部油泥的刮铲。

使用本发明对油罐40内油泥进行清洗时，首先，准备好所述油罐清洗机器人41需要外接的电动液压泵44、水箱42、惰性气体储罐43、螺杆泵53和油泥储放池54，在水箱42上连接用于为油罐清洗机器人41提供清洗水流的水泵45，在惰性气体储罐43上连接惰性气体传输管道46，并在惰性气体传输管道46上连接用于调节惰性气体传输管道46中惰性气体流量的惰性气体电动阀47，在螺杆泵53上连接伸入到油泥储放池54中的抽油管，并在螺杆泵53上连接伸入到油罐40底部的抽油管，且将螺杆泵53通过穿过抽油管孔37和通孔30的抽油管连接到三个清洗盘刷9的抽油管接口9-61上；接着，将三个驱动轮液压马达3、三个清洗盘刷液压马达10、脉冲装置液压马达12、第一液压伸缩缸15-1和第二液压伸缩缸15-2通过穿过通孔30的供油管路48与电动液压泵44连接，将自激振荡脉冲喷嘴上的入水口13-3通过穿过通孔30的水管49与水泵45连接，将惰性气体传输管道46穿过通孔并连接到惰性气体喷嘴27上，其中，连接第一液压伸缩缸15-1的供油管路48上连接有第一液压控制阀38，连接第二液压伸缩缸的供油管路48上连接有第二液压控制阀39；然后，将电动液压泵44、水泵45、螺杆泵53、惰性气体电动阀47、第一液压控制阀38、第二液压控制阀39连接到外设的与所述控制器模块8相接并通信的另一控制器上，或者直接连接到所述控制器模块8上；最后，将所述油罐清洗机器人41放入油罐40中，通过操作人工控制模块6或智能作业模块7向所述油罐清洗机器人41发送操作指令，使所述油罐清洗机器人41在油罐40中移动工作，所述油罐清洗机器人41通过摄像头21和照明灯22找出油罐40内的油泥，首先通过自激脉冲装置对一个部位的油泥进行脉冲射流冲打或者刮铲，待油泥疏松后用清扫装置进行深层次的刷洗，一个部位清洗干净后，人工控制油罐清洗机器人41或者油罐清洗机器人41智能移动到下一个需要清洗的部位进行清洗作业，清洗的油腻和污水可以随时通过抽油管和螺杆泵53抽出；如此，便能方便地完成对整个油罐40内油泥的清洗工作。

所述油罐清洗机器人41在进行清洗工作的过程中，所述压力传感器17可以检测到所述油罐清洗机器人41发生碰撞的情况，所述温度传感器18对油罐40内温度进行实时检测，所述红外传感器19可以感测所述油罐清洗机器人41与油罐40内壁的接近程度，所述超声波传感器20可以感测所述油罐清洗机器人41与油罐40内壁或障碍物的距离，所述水平姿态传感器31可以感测所述油罐清洗机器人41的倾角，防止发生倾倒和侧翻，浊度传感器32用于检测油罐40罐底清洁度，避免所述油罐清洗机器人41对一个区域的重复长时间清洗，摄像头21可以作为所述油罐清洗机器人41的视觉感测所述油罐清洗机器人41周围的环境，探照灯22在黑暗或光线不足的环境下提供照明，油气浓度监测仪23实时检测油罐40内油气浓度，所述控制器模块8采集压力传感器17、温度传感器18、红外传感器19、超声波传感器20、水平姿态传感器31、浊度传感器32、摄像头21和油气浓度监测仪23所检测到的信号并进行分析处理后对所述油罐清洗机器人41的清洗作业进行控制。具体地，通过协调三个驱动轮液压马达3的驱动方式可以实现所述油罐清洗机器人41的全向移动，使所述油罐清洗机器人41工作移动灵活，当控制其中任意两个驱动轮4的转速同步时，所述油罐清洗机器人41将沿着另外一个驱动轮4的轴线方向直线行走移动，当控制三个驱动轮4同时同速顺时针或逆时针转动时，可以实现所述油罐清洗机器人41沿其几何中心的原地旋转；通过控制三个清洗盘刷液压马达10，能够根据作业需要和油泥的特点调节清洗盘刷9的转速和力矩的大小；通过控制脉冲装置液压马达12的转动，能够改变自激振荡脉冲喷嘴13的作业位置和方向，所述控制器模块8还可以根据油气浓度监测仪23所检测到的油罐40内的油气浓度，调节惰性气体电动阀47的开度，控制惰性气体的通入，当油气浓度监测仪23检测到油罐40内的安全系数不满足要求时，加大惰性气体的通入量，通过惰性气体喷嘴27及时地补充保护性惰性气体，确保所述油罐清洗机器人41长时间工作的准确、稳定和安全。

为了在所述油罐清洗机器人41移动工作时，使供油管路48、水管49和惰性气体传输管道46能够井然有序地排布，可以设置一个软管线缆卷筒50，并在软管线缆卷筒50上连接一个用于带动软管线缆卷筒50转动的卷筒电机52，在需要缠绕到软管线缆卷筒50的位置处，将供油管路48、水管49、惰性气体传输管道46和抽油管集中起来并装在一个粗管中，缠绕在软管线缆卷筒50上并穿过通孔与所述油罐清洗机器人41中的各部件连接，将卷筒电机52通过导电电缆51连接到外设的与所述控制器模块8相接并通信的另一控制器上，或者直接通过导电电缆51连接到所述控制器模块8上，根据实际需要控制卷筒电机52带动软管线缆卷筒50转动，调整供油管路48、水管49、惰性气体传输管道46和导电电缆51的长度，以免影响所述油罐清洗机器人41的移动和工作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种油罐清洗机器人，包括机体、行走单元、清洗单元、控制单元和传感通讯单元，以及用于为所述行走单元、清洗单元、控制单元和传感通讯单元供电的供电单元；其特征在于：

所述机体包括底板（1）、固定连接在底板（1）上方的下壳体（2-1）和固定连接在下壳体（2-1）上方的上壳体（2-2）;

所述行走单元包括三个驱动轮（4）和分别用于驱动三个驱动轮（4）的三个驱动轮液压马达（3），三个所述驱动轮（4）呈等边三角形地嵌入安装在所述底板（1）上，三个所述驱动轮液压马达（3）呈等边三角形地布设在所述底板（1）上，所述驱动轮（4）与所述驱动轮液压马达（3）的输出轴相接，所述驱动轮（4）的上方套装有与所述底板（1）连接且用于防止油泥污水进入到所述下壳体（2-1）内的挡水板（5）；

所述清洗单元由清扫装置和自激脉冲装置构成，所述清扫装置包括三个清洗盘刷（9）和分别用于带动三个清洗盘刷（9）转动的三个清洗盘刷液压马达（10），三个所述清洗盘刷（9）呈等边三角形地布设在所述底板（1）下方，三个所述清洗盘刷液压马达（10）呈等边三角形地嵌入安装在所述底板（1）上，所述清洗盘刷（9）与所述清洗盘刷液压马达（10）的输出轴相接；所述自激脉冲装置包括伸缩梁组件、与伸缩梁组件一端连接且用于带动伸缩梁组件转动的脉冲装置液压马达（12）和与伸缩梁组件另一端连接且用于喷射脉冲的自激振荡脉冲喷嘴（13），所述脉冲装置液压马达（12）安装在下壳体（2-1）内且与下壳体（2-1）固定连接；

所述控制单元由远程控制部分和机体控制部分构成，所述远程控制部分包括人工控制模块（6）和智能作业模块（7），所述人工控制模块（6）包括依次相接的示教操纵板（6-1）、第一处理器模块（6-2）和第一I/O接口（6-3），所述智能作业模块（7）包括依次相接的数据存储器（7-1）、第二处理器模块（7-2）和第二I/O接口（7-3）；所述机体控制部分包括控制器模块（8）和与所述控制器模块（8）相接的第三I/O接口（33），所述控制器模块（8）的输出端接有用于驱动驱动轮液压马达（3）的第一液压马达驱动器（34）、用于驱动清洗盘刷液压马达（10）的第二液压马达驱动器（35）和用于驱动脉冲装置液压马达（12）的第三液压马达驱动器（36），所述驱动轮液压马达（3）与第一液压马达驱动器（34）的输出端相接，所述清洗盘刷液压马达（10）与第二液压马达驱动器（35）的输出端相接，所述脉冲装置液压马达（12）与第三液压马达驱动器（36）的输出端相接，所述第一I/O接口（6-3）和第二I/O接口（7-3）均与第三I/O接口（33）相接；

所述传感通讯单元包括用于对所述油罐清洗机器人（41）发生碰撞进行检测的压力传感器（17）、用于对油罐（40）内温度进行检测的温度传感器（18）、用于感测所述油罐清洗机器人（41）与油罐（40）内壁接近程度的红外传感器（19）、用于感测所述油罐清洗机器人（41）与油罐（40）内壁或障碍物距离的超声波传感器（20）、用于感测所述油罐清洗机器人（41）倾角的水平姿态传感器（31）、用于检测油罐（40）罐底清洁度的浊度传感器（32）、用于感测所述油罐清洗机器人（41）周围环境的摄像头（21）、用于照明的探照灯（22）和用于检测油罐（40）内油气浓度的油气浓度监测仪（23），所述压力传感器（17）、红外传感器（19）和超声波传感器（20）均安装在所述下壳体（2-1）的外壁上，所述水平姿态传感器（31）和浊度传感器（32）均安装在所述底板（1）的底端，所述温度传感器（18）安装在所述上壳体（2-2）内部，所述摄像头（21）、探照灯（22）和油气浓度监测仪（23）均安装在所述上壳体（2-2）的上部；所述压力传感器（17）、温度传感器（18）、红外传感器（19）、超声波传感器（20）、水平姿态传感器（31）、浊度传感器（32）、摄像头（21）和油气浓度监测仪（23）均与所述控制器模块（8）的输入端相接。

2.按照权利要求1所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述上壳体（2-2）的上部设置有球状壳体（2-3），所述油气浓度监测仪（23）设置在所述球状壳体（2-3）的表面上，所述摄像头（21）和探照灯（22）均设置在所述球状壳体（2-3）内且外露在所述球状壳体（2-3）的表面上，所述球状壳体（2-3）内还设置有工作状态指示灯（24）和蜂鸣器（25），所述工作状态指示灯（24）和蜂鸣器（25）均外露在所述球状壳体（2-3）的表面上，所述工作状态指示灯（24）和蜂鸣器（25）均与所述控制器模块（8）的输出端相接。

3.按照权利要求1所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述机体外轮廓的形状为圆柱形，所述上壳体（2-2）的上部对称安装有两个提手（28），所述上壳体（2-2）的上部设置有用于安装所述供电单元的电源盒（26），所述上壳体（2-2）的侧壁上开有检修孔，所述检修孔处安装有检修孔盖（29），位于所述检修孔斜上方的上壳体（2-2）上设置有通孔（30），所述上壳体（2-2）的上部对称安装有两个用于向油罐（40）内补充保护性惰性气体的惰性气体喷嘴（27）。

4.按照权利要求1所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述驱动轮（4）由轮架（4-1）和并排设置在所述轮架（4-1）上的两圈辊子（4-2）构成，所述辊子（4-2）由钢制骨架（4-21）和包裹在所述钢制骨架（4-21）外的软橡胶（4-22）构成，所述软橡胶（4-22）上布设有多个凹腔室（4-23）。

5.按照权利要求1所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述清洗盘刷（9）由与所述清洗盘刷液压马达（10）的输出轴相接的刷杆、连接在刷杆底端的刷盘（9-2）和设置在刷盘（9-2）下表面上的多簇刷毛（9-3）构成。

6.按照权利要求5所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：多簇所述刷毛（9-3）在所述刷盘（9-2）下表面上呈螺旋多角星形分布，所述刷毛（9-3）的长度从所述刷盘（9-2）的外围到所述刷盘（9-2）的中心逐渐减小，所述刷毛（9-3）由钢丝软轴和包裹在所述钢丝软轴表面的聚乙烯层构成。

7.按照权利要求5或6所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述刷盘（9-2）的中心一体成型有向上伸出的套管（9-4），所述刷毛（9-3）的中心设置有与所述套管（9-4）相配合且供油罐（40）内的油泥和污水通过的抽吸孔（11），所述刷杆包括与所述清洗盘刷液压马达（10）的输出轴相接的条杆（9-1）和设置在所述条杆（9-1）底端且用于固定连接所述套管（9-4）的连杆（9-5），所述条杆（9-1）上套装有顶端与所述底板（1）固定连接的套筒（9-6），所述套筒（9-6）的侧壁上设置有用于连接抽油管的抽油管接口（9-61），所述套筒（9-6）的上部安装有用于安装所述条杆（9-1）的第一轴承（9-9），位于所述第一轴承（9-9）下方的套筒（9-6）内安装有第一油封（9-10），所述套筒（9-6）的下部安装有用于安装所述套管（9-4）的第二轴承（9-7），位于所述第二轴承（9-7）上方的套筒（9-6）内安装有第二油封（9-8），所述底板（1）上设置有供抽油管穿过的抽油管孔（37）。

8.按照权利要求1所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述自激振荡脉冲喷嘴（13）包括谐振腔室（13-1）和设置在谐振腔室（13-1）内部且用于将谐振腔室（13-1）内部空间分隔为三个谐振腔的三叶轮（13-2），所述谐振腔室（13-1）的顶端中心位置处设置有用于将水流分向三个谐振腔的入水口（13-3），所述谐振腔室（13-1）的底端设置有三个分别与三个所述谐振腔室（13-1）相配合的出水口（13-4）。

9.按照权利要求1所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述自激振荡脉冲喷嘴（13）的上方安装有与所述伸缩梁组件连接且用于对油罐（40）内壁和底部的油泥进行刮铲的刮铲装置（16）。

10.按照权利要求1或9所述的一种油罐清洗机器人，其特征在于：所述伸缩梁组件包括第一伸缩梁（14-1）、与所述第一伸缩梁（14-1）铰接的第二伸缩梁（14-2）和与所述第二伸缩梁（14-2）铰接的第三伸缩梁（14-3），所述第一伸缩梁（14-1）的底端固定连接有转盘（14-4），所述转盘（14-4）连接在所述脉冲装置液压马达（12）的输出轴上，所述第二伸缩梁（14-2）与所述脉冲装置液压马达（12）之间连接有第一液压伸缩缸（15-1），所述第二伸缩梁（14-2）与所述第三伸缩梁（14-3）之间连接有第二液压伸缩缸（15-2），所述自激振荡脉冲喷嘴（13）与所述第三伸缩梁（14-3）的端部固定连接；所述控制器模块（8）的输出端接有用于控制第一液压伸缩缸（15-1）伸缩的第一液压控制阀（38）和用于控制第二液压伸缩缸（15-2）伸缩的第二液压控制阀（39），所述第一液压控制阀（38）接在第一液压伸缩缸（15-1）的供油管路上，所述第二液压控制阀（39）接在第二液压伸缩缸（15-2）的供油管路上。

Images