技术领域
[0001] 本
发明涉及焦炉设备的技术领域，特别涉及一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置。
背景技术
[0002] 焦炉设备在工作过程中，需要不断重复进行装煤和出焦等一系列工序，而由于装煤区域的内外温差较大，其容易导致焦炉装煤口内部形成石墨堆积，若不及时清理堆积的石墨，该焦炉装煤口会由于其孔壁上不断沉积石墨而导致孔径变小，进而影响后续的装煤作业。为了及时清理焦炉装煤口上堆积的石墨，
现有技术都是依靠人工
钢钎清扫的方式来实现相应的石墨清理工序，但是由于焦炉装煤口中石墨堆积速度较快，这需要清理人员频繁地进行清理作业，此外，该焦炉装煤口附近的
温度较高和煤灰粉尘浓度较高，清理人员在清理作业过程中都是处于恶劣环境中，这对清理人员的工作安全和身体健康都存在较大的隐患；还有，该人工钢钎清扫的方式会对焦炉装煤口内部的耐火材料造成损坏，这也会影响整个焦炉的使用寿命。可见，现有的依靠人工钢钎清扫的方式普遍存在作业时间长、劳动强度大、环境污染严重和工作安全性较低等不同方面的
缺陷，这并不能有效地提高焦炉装煤口石墨清扫的效率和安全性。
发明内容
[0003] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置，该焦炉装煤口的智能石墨清扫装置包括控
制模块、
机器人、移动台车和清扫操作模块，其根据不同焦炉装煤口各自的石墨堆积情况并通过移动台车将该智能清扫装置沿预设路径运动至需要进行石墨清扫的目标焦炉装煤口中，并通过该机器人带动该清扫操作模块对该目标焦炉装煤口进行相应的石墨清扫操作。该智能石墨清扫装置采用机器人来替代作业人员进行相应的石墨清扫操作，其能够真正实现焦炉装煤口的无人化石墨清扫作业，并且该智能石墨清扫装置能够快速地在不同焦炉装煤口之间进行运动切换以及时到达需要进行石墨清扫的不同目标焦炉装煤口中，从而提高该智能石墨清扫装置的工作区域
覆盖范围和清扫效率，该机器人能够适应于高温和高粉尘的工作环境、并且还能够以高
频率的动作进行石墨清扫，这样使得该智能石墨清扫装置能够在短时间内进行快速和彻底的石墨清扫操作，从而大大地提高该智能石墨清扫装置的工作可靠性与安全性以及降低其在工作过程中产生的环境污染。
[0004] 本发明提供一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置，其特征在于：
[0005] 所述焦炉装煤口的智能石墨清扫装置包括
控制模块、机器人、移动台车和清扫操作模块；其中，
[0006] 所述控制模块用于分别控制所述机器人的动作状态和所述移动台车的运动状态；
[0007] 所述移动台车用于承载所述机器人，并带动所述机器人沿着预设路径运动；
[0008] 所述机器人用于驱动所述清扫操作模块对所述焦炉装煤口执行适应性的清扫操作；
[0009] 进一步，所述移动台车包括第一
图像采集子模块、运动传感子模块、运动状态调节子模块和第一通信子模块；其中，
[0010] 所述第一通信子模块用于实现所述第一图像采集子模块、所述运动
传感器子模块和所述运动状态调节子模块分别与所述控制模块之间的数据交互传输；
[0011] 所述第一图像采集子模块用于获取所述移动台车沿所述预设路径运动过程中对应的外界环境图像；
[0012] 所述运动传感子模块用于采集所述移动台车沿所述预设路径运动过程中的若干不同运动参数；
[0013] 所述控制模块用于根据所述外界环境图像和/或所述若干不同运动参数，生成运动指示
信号；
[0014] 所述运动状态调节子模块用于根据所述运动指示信号，实时调整所述移动台车沿所述预设路径的运动状态；
[0015] 进一步，所述第一图像采集子模块包括图像拍摄单元和拍摄动作控制单元；其中，[0016] 所述图像拍摄单元用于拍摄所述移动台车沿所述预设路径运动过程中关于焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像，以此作为所述外界环境图像；
[0017] 所述拍摄动作控制单元用于根据所述关于焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像的
分辨率和/或所述若干不同运动参数，控制所述图像拍摄单元执行关于曝光时间、图像拍摄频率和图像拍摄焦距中至少一者的改变；
[0018] 进一步，所述拍摄动作控制单元根据所述分辨率和/或所述若干运动参数，控制所述图像拍摄单元执行关于曝光时间、图像拍摄频率、图像拍摄焦距和图像拍摄视
角中至少一者的改变具体包括，
[0019] 若所述单目图像和/或所述双目图像的分辨率随着所述图像拍摄单元的拍摄动作推进而逐渐减小，则所述拍摄动作控制单元控制所述拍摄动作执行的曝光时间逐渐减小、或者控制所述拍摄动作的图像拍摄频率逐渐增大、或者控制所述拍摄动作的图像拍摄焦距逐渐增大、或者控制所述拍摄动作的图像拍摄视角逐渐减小；
[0020] 或者，
[0021] 若所述单目图像和/或所述双目图像的分辨率随着所述图像拍摄单元的拍摄动作推进而逐渐增大，则所述拍摄动作控制单元控制所述拍摄动作执行的曝光时间逐渐增大、或者控制所述拍摄动作的图像拍摄频率逐渐减小、或者控制所述拍摄动作的图像拍摄焦距逐渐减小、或者控制所述拍摄动作的图像拍摄视角逐渐增大；
[0022] 进一步，所述第一图像采集子模块用于拍摄所述预设路径沿线对应的焦炉装煤口分布图像；
[0023] 所述运动传感子模块用于采集所述移动台车沿所述预设路径运动过程中对应的速度、
加速度、运动方向和运动
姿态中的至少一者作为所述运动参数；
[0024] 所述控制模块对所述焦炉装煤口分布图像和/或所述运动参数中的至少一者，计算得到所述移动台车与目标焦炉装煤口之间的相对
位置关系，并根据所述相对位置关系生成用于调整所述移动台车速度和/或运动姿态的所述运动指示信号；
[0025] 所述运动状态调节子模块还用于根据所述运动指示信号，对所述移动台车进行速度调整、运动朝向和
刹车动作中至少一者的运动状态调整；
[0026] 进一步，所述机器人包括第二图像采集子模块、结构光
定位子模块、
机械臂子模块和第二通信子块；其中，
[0027] 所述第二通信子模块用于实现所述第二图像采集子模块、所述结构光定位子模块和所述机械臂子模块分别与所述控制模块之间的数据交互传输；
[0028] 所述第二图像采集子模块用于拍摄关于所述机器人的目标焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像；
[0029] 所述结构光定位子模块用于获取关于所述机器人的目标焦炉装煤口的结构光定位参数；
[0030] 所述控制模块用于根据关于所述目标焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像和/或所述结构光定位参数，生成六
自由度指示信号；
[0031] 所述机械臂子模块用于根据所述六自由度指示信号，实时调整驱动所述清扫操作模块的清扫操作；
[0032] 进一步，所述机器人还包括工具更换子模块；
[0033] 所述清扫操作模块包括石墨清扫子模块和焦
炉盖搬运子模块；
[0034] 所述工具更换子模块分别与所述石墨清扫子模块和所述焦炉盖搬运子模块进行可拆卸连接；
[0035] 所述控制模块还用于根据关于所述目标焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像和/或所述结构光定位参数，生成工具更换指示信号；
[0036] 所述工具更换子模块用于根据所述工具更换指示信号，实时调整与所述石墨清扫子模块或者所述焦炉盖搬运子模块之间的连接状态；
[0037] 进一步，所述结构光定位子模块包括结构光发射扫描单元、结构光反射接收单元和反射
光信号分析单元；其中，
[0038] 所述结构光发射扫描单元用于向所述目标焦炉装煤口发射并周期性扫描具有预设模式的结构光；
[0039] 所述结构光反射接收单元用于接收所述目标焦炉装煤口反射的结构光；
[0040] 所述反射光信号分析单元用于根据所述反射的结构光，计算得出所述结构光定位参数；
[0041] 进一步，所述机器人还包括接近感应子模块和保护屏蔽子模块；其中，[0042] 所述接近感应子模块用于在所述机器人的工作面一侧进行接近感应操作，以此获得关于所述工作面一侧的人或物接近感应信号；
[0043] 所述保护屏蔽子模块用于根据所述人或物接近感应信号，对所述机器人执行物理隔离操作；
[0044] 进一步，所述机器人还包括
隔热子模块，所述隔热子模块覆盖于所述机器人的外露表面；
[0045] 或者；
[0046] 所述移动台车还包括冷却子模块，所述冷却子模块用于对所述移动台车和/或所述机器人进行冷却操作；
[0047] 或者，
[0048] 所述清扫操作模块还包括压缩空气生成子模块，所述压缩空气生成子模块用于生成
对流式或者单向流动式的压缩空气。
[0049] 相比于现有技术，该焦炉装煤口的智能石墨清扫装置包括控制模块、机器人、移动台车和清扫操作模块，其根据不同焦炉装煤口各自的石墨堆积情况并通过移动台车将该智能清扫装置沿预设路径运动至需要进行石墨清扫的目标焦炉装煤口中，并通过该机器人带动该清扫操作模块对该目标焦炉装煤口进行相应的石墨清扫操作。该智能石墨清扫装置采用机器人来替代作业人员进行相应的石墨清扫操作，其能够真正实现焦炉装煤口的无人化石墨清扫作业，并且该智能石墨清扫装置能够快速地在不同焦炉装煤口之间进行运动切换以及时到达需要进行石墨清扫的不同目标焦炉装煤口中，从而提高该智能石墨清扫装置的工作区域覆盖范围和清扫效率，该机器人能够适应于高温和高粉尘的工作环境、并且还能够以高频率的动作进行石墨清扫，这样使得该智能石墨清扫装置能够在短时间内进行快速和彻底的石墨清扫操作，从而大大地提高该智能石墨清扫装置的工作可靠性与安全性以及降低其在工作过程中产生的环境污染。
[0050] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、
权利要求书、以及
附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0051] 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
[0052] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053] 图1为本发明提供的一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置的结构
框图。
[0054] 图2为本发明提供的一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置中机器人驱动清扫操作模块的工作
流程图。
具体实施方式
[0055] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056] 参阅图1，为本发明实施例提供的一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置的结构框图。该焦炉装煤口的智能石墨清扫装置包括控制模块、机器人、移动台车和清扫操作模块；其中，
[0057] 该控制模块用于分别控制该机器人的动作状态和该移动台车的运动状态；
[0058] 该移动台车用于承载该机器人，并带动该机器人沿着预设路径运动；
[0059] 该机器人用于驱动该清扫操作模块对该焦炉装煤口执行适应性的清扫操作。
[0060] 优选地，该移动台车包括第一图像采集子模块、运动传感子模块、运动状态调节子模块和第一通信子模块；
[0061] 优选地，该第一通信子模块用于实现该第一图像采集子模块、该运动传感器子模块和该运动状态调节子模块分别与该控制模块之间的数据交互传输；
[0062] 优选地，该第一图像采集子模块用于获取该移动台车沿该预设路径运动过程中对应的外界环境图像；
[0063] 优选地，该运动传感子模块用于采集该移动台车沿该预设路径运动过程中的若干不同运动参数；
[0064] 优选地，该控制模块用于根据该外界环境图像和/或该若干不同运动参数，生成运动指示信号；
[0065] 优选地，该运动状态调节子模块用于根据该运动指示信号，实时调整该移动台车沿该预设路径的运动状态；
[0066] 优选地，该第一图像采集子模块包括图像拍摄单元和拍摄动作控制单元；
[0067] 优选地，该图像拍摄单元用于拍摄该移动台车沿该预设路径运动过程中关于焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像，以此作为该外界环境图像；
[0068] 优选地，该拍摄动作控制单元用于根据该关于焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像的分辨率和/或该若干不同运动参数，控制该图像拍摄单元执行关于曝光时间、图像拍摄频率和图像拍摄焦距中至少一者的改变，由于该图像拍摄单元随着该移动台车运动的过程中会发生颠簸或者抖动等情况，该拍摄动作控制单元根据该若干不同运动参数适应性地调整该图像拍摄单元的拍摄工作，从而避免发生图像拍摄模糊或者失焦等情况；
[0069] 优选地，该拍摄动作控制单元根据该分辨率和/或该若干运动参数，控制该图像拍摄单元执行关于曝光时间、图像拍摄频率、图像拍摄焦距和图像拍摄视角中至少一者的改变具体包括，
[0070] 若该单目图像和/或该双目图像的分辨率随着该图像拍摄单元的拍摄动作推进而逐渐减小，则该拍摄动作控制单元控制该拍摄动作执行的曝光时间逐渐减小、或者控制该拍摄动作的图像拍摄频率逐渐增大、或者控制该拍摄动作的图像拍摄焦距逐渐增大、或者控制该拍摄动作的图像拍摄视角逐渐减小；
[0071] 优选地，该拍摄动作控制单元根据该分辨率和/或该若干运动参数，控制该图像拍摄单元执行关于曝光时间、图像拍摄频率、图像拍摄焦距和图像拍摄视角中至少一者的改变还可具体包括，
[0072] 若该单目图像和/或该双目图像的分辨率随着该图像拍摄单元的拍摄动作推进而逐渐增大，则该拍摄动作控制单元控制该拍摄动作执行的曝光时间逐渐增大、或者控制该拍摄动作的图像拍摄频率逐渐减小、或者控制该拍摄动作的图像拍摄焦距逐渐减小、或者控制该拍摄动作的图像拍摄视角逐渐增大；
[0073] 通过上述两种能够保证该拍摄动作控制单元可根据该图像拍摄单元当前的不同运动状态，对该图像拍摄单元的拍摄动作进行适应性的补偿，从而使得该图像拍摄单元能够在不同运动模式下也能够实现正常的图像拍摄动作，以此提高该图像拍摄单元的图像拍摄可靠性。
[0074] 优选地，该第一图像采集子模块用于拍摄该预设路径沿线对应的焦炉装煤口分布图像；
[0075] 优选地，该运动传感子模块用于采集该移动台车沿该预设路径运动过程中对应的速度、加速度、运动方向和运动姿态中的至少一者作为该运动参数；
[0076] 优选地，该控制模块对该焦炉装煤口分布图像和/或该运动参数中的至少一者，计算得到该移动台车与目标焦炉装煤口之间的相对位置关系，并根据该相对位置关系生成用于调整该移动台车速度和/或运动姿态的该运动指示信号；
[0077] 优选地，该运动状态调节子模块还用于根据该运动指示信号，对该移动台车进行速度调整、运动朝向和刹车动作中至少一者的运动状态调整；
[0078] 由于该移动台车需要将智能石墨清扫装置整体运输至相应的目标焦炉装煤口中才能便于机器人就近进行石墨清扫操作，该第一图像采集模块能够对还目标焦炉装煤口进行持续的视觉定位，并且该控制模块能够根据该视觉定位的结果和该移动台车当前的运动状态实时地调整该移动台车的运动模式，从而使得该移动台车能够精确地、快速地和稳定地运动至该目标焦炉装煤口对应的作业区域附近。
[0079] 优选地，该机器人包括第二图像采集子模块、结构光定位子模块、机械臂子模块和第二通信子块；
[0080] 优选地，该第二通信子模块用于实现该第二图像采集子模块、该结构光定位子模块和该机械臂子模块分别与该控制模块之间的数据交互传输；
[0081] 优选地，该第二图像采集子模块用于拍摄关于该机器人的目标焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像；
[0082] 优选地，该结构光定位子模块用于获取关于该机器人的目标焦炉装煤口的结构光定位参数；
[0083] 优选地，该控制模块用于根据关于该目标焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像和/或该结构光定位参数，生成六自由度指示信号；
[0084] 优选地，该机械臂子模块用于根据该六自由度指示信号，实时调整驱动该清扫操作模块的清扫操作；
[0085] 该机械臂子模块是用于连接或者握持该清扫操作模块，并驱动该清扫操作模块进行清扫动作来实现对焦炉装煤口中堆积石墨的清扫，由于该焦炉装煤口的孔径尺寸会随着石墨的堆积而发生变化，为了保证该清扫操作模块能够准确地对准该焦炉装煤口进行清扫，该机械臂子模块根据该二图像采集子模块对该目标焦炉装煤口的视觉定位结果和/或该结构光定位子模块对该目标焦炉装煤口的结构光定位结果，适应性地驱动该清扫操作模块执行相应的清扫动作，其能够提高该清扫操作模块的清扫效率和准确性。
[0086] 优选地，该机器人还包括工具更换子模块；
[0087] 优选地，该清扫操作模块包括石墨清扫子模块和焦炉盖搬运子模块；
[0088] 优选地，该工具更换子模块分别与该石墨清扫子模块和该焦炉盖搬运子模块进行可拆卸连接，其中，该可拆卸连接可为但不限于是
磁性吸附的可拆卸连接；
[0089] 优选地，该控制模块还用于根据关于该目标焦炉装煤口的单目图像和/或双目图像和/或该结构光定位参数，生成工具更换指示信号；
[0090] 优选地，该工具更换子模块用于根据该工具更换指示信号，实时调整与该石墨清扫子模块或者该焦炉盖搬运子模块之间的连接状态；
[0091] 优选地，该结构光定位子模块包括结构光发射扫描单元、结构光反射接收单元和反射光信号分析单元；
[0092] 优选地，该结构光发射扫描单元用于向该目标焦炉装煤口发射并周期性扫描具有预设模式的结构光；
[0093] 优选地，该结构光反射接收单元用于接收该目标焦炉装煤口反射的结构光；
[0094] 优选地，该反射光信号分析单元用于根据该反射的结构光，计算得出该结构光定位参数；
[0095] 优选地，该机器人还包括接近感应子模块和保护屏蔽子模块；
[0096] 优选地，该接近感应子模块用于在该机器人的工作面一侧进行接近感应操作，以此获得关于该工作面一侧的人或物接近感应信号；
[0097] 优选地，该保护屏蔽子模块用于根据该人或物接近感应信号，对该机器人执行物理隔离操作，从而避免人员或者其他物体出现在该机器人的工作半径范围内和提高该机器人的工作安全性；
[0098] 优选地，该机器人还包括隔热子模块，该隔热子模块覆盖于该机器人的外露表面，其中，该隔热子模块可为但不限是套设在该机器人不同外露表面的隔热防护衣；
[0099] 优选地，该移动台车还包括冷却子模块，该冷却子模块用于对该移动台车和/或该机器人进行冷却操作，其中，该冷却子模块可为但不限是
风冷
散热器或者
水冷
散热器；
[0100] 优选地，该清扫操作模块还包括压缩空气生成子模块，该压缩空气生成子模块用于生成对流式或者单向流动式的压缩空气，该压缩空气生成子模块用于在该清扫操作模块执行物理清扫的过程中，向焦炉装煤口处输送压缩空气，从而进一步提高石墨清扫的彻底性。
[0101] 参阅图2，为本发明提供的一种焦炉装煤口的智能石墨清扫装置中机器人驱动清扫操作模块的工作流程图。该机器人驱动清扫操作模块的工作流程主要包括下面几个步骤：
[0102] 步骤(S1)，该机器人根据来自该控制模块的工具更换指示信号和六自由度指示信号，将其机械臂子模块吸附连接该焦炉盖搬运子模块，以此将焦炉装煤口的焦炉盖掀开；
[0103] 步骤(S2)，该机器人根据来自该控制模块的工具更换指示信号和六自由度指示信号，将其机械臂子模块吸附连接该石墨清扫子模块，以此对该焦炉装煤口堆积的石墨进行清扫；
[0104] 步骤(S3)，该机器人根据来自该控制模块的工具更换指示信号和六自由度指示信号，将其机械臂子模块再次吸附连接该焦炉盖搬运子模块，以此将该焦炉盖重新覆盖于该焦炉装煤口上。
[0105] 从上述实施例的内容可知，该焦炉装煤口的智能石墨清扫装置包括控制模块、机器人、移动台车和清扫操作模块，其根据不同焦炉装煤口各自的石墨堆积情况并通过移动台车将该智能清扫装置沿预设路径运动至需要进行石墨清扫的目标焦炉装煤口中，并通过该机器人带动该清扫操作模块对该目标焦炉装煤口进行相应的石墨清扫操作。该智能石墨清扫装置采用机器人来替代作业人员进行相应的石墨清扫操作，其能够真正实现焦炉装煤口的无人化石墨清扫作业，并且该智能石墨清扫装置能够快速地在不同焦炉装煤口之间进行运动切换以及时到达需要进行石墨清扫的不同目标焦炉装煤口中，从而提高该智能石墨清扫装置的工作区域覆盖范围和清扫效率，该机器人能够适应于高温和高粉尘的工作环境、并且还能够以高频率的动作进行石墨清扫，这样使得该智能石墨清扫装置能够在短时间内进行快速和彻底的石墨清扫操作，从而大大地提高该智能石墨清扫装置的工作可靠性与安全性以及降低其在工作过程中产生的环境污染。
[0106] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些
修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
