介绍一种移动式水泥库清库机器人系统

        由于水泥库中的水泥是粉状物，当水泥库使用一段时间后，水泥这种粉状物很容易粘在库壁上，形成库壁挂料，这些附着物随着时间的增长越来越厚，导致水泥库的容积变小，即水泥库的使用效率变低。有时还会自行脱落成为大小不一的块状物或片状物混在水泥粉中，轻者堵死下料器，重者在库内漏斗上结拱起蓬，把物料架空无法泄出，造成断料停产，因此需要定期进行清理。

        目前，水泥库的清库方法主要是采用人工清理，该方法清库效率低，费时费力，而且容易造成安全事故，危险程度相当高；由于水泥库内环境恶劣，并且存在很大的安全隐患，愿意从事清库工作的工人越来越少。而机械清库，目前也并没有大量使用，主要存在以下技术难点：①大型设备很难进入水泥库操作。②业主出于防雨的考虑，一般不同意在水泥库顶开孔进行清库工作。库顶能够进入库内的通道只有一个800 mm×800 mm的人孔门。③机械清库很难完全避免人员进库工作，无法保证人员的安全问题。基于此，用机器人清库可避免上述问题。中信重工工程技术有限责任公司总包（EPC）的缅甸MCL 5 000t/d水泥线，设计了4个1万吨储量的水泥库，规格为Φ18 m×57 m，在生产实践中，自主研发了一种移动式水泥库清库机器人系统，为水泥行业智能化发展做出了努力。

1　工作原理

        机器人通过入库辅助机构从库顶人孔门进入水泥库中。入库辅助机构先将移动式吸盘车固定在水泥库的库壁上（水泥库库顶以下2 m左右的库壁上一般为无料区，此处库壁上无结块水泥），挂上保险绳，再将机器臂送入水泥库中，并将其底座固定在移动式吸盘车的正中心，然后再将刮刀系统送入水泥库中，刮刀固定在机器臂上，保险绳系统主要是为了防止发生移动式吸盘车吸不紧库壁或者机器人故障时的安全问题，同时也是为了方便机器人入库和出库的安全操作。移动式吸盘车可以上下左右移动，当移动式吸盘车不动时，机器臂开始工作，机器臂可以围绕移动式吸盘车做360°旋转，机器臂通过装在其端部的刮刀来清理水泥库壁挂料。其清库方式可以沿库中心线，环形清库，也可以自上而下垂直清理。刮刀系统通过旋转刀头，对水泥库挂料进行清理，其工作范围可以达到1~3m，刮刀可以前后伸缩，前后的伸缩距离为0~0.2m，主要是为了避免破坏水泥库的库壁。机器人通过刮刀将水泥库库壁上的结块水泥刮下，随后落入库底。设备上设计了照明系统和图像采集系统，以方便使用。定位系统采用超声波或者雷达测距的原理，使用时先将库的直径、库顶标高等参数输入设备中，便可定位出机器人在库中的位置，同时也为机器臂的运行距离、高度、轨迹提供参数。环境检测系统检测现场环境，机器人搭载环境探测传感器，可实时监测现场温度、湿度、粉尘含量、有害气体含量、空气含氧量、光照度等；在机器人故障或者停机时，为库外检修人员进库维修提供依据。

        机器人运行方式应当遵循从上往下的原则。机器人通过控制箱在水泥库外面控制操作，通信采用WiFi通信。

        清库机器人系统结构及工作原理见图1~图6。

2　产品特点

        清库机器人除了具备必要的清库功能外，还可以具备以下特点，用户可以用可选配的方式，来选择自己需要的功能。

        1）可接入工业以太网环网，实现在中控室内对设备进行远程移动监视。

        2）机器人采用精准里程定位，实时上传自身位置信息，通过GIS地图实现精准定位，同时也可关联百度地图实现精准位置锁定。

        3）姿态分析功能，自主判断库壁情况，自动调整刮刀运行姿态。

        4）自动报警及短信通知功能，机器人发现异常或自身出现问题时，可以通过上位机进行声音报警，并通过短信或邮件形式通知用户。

        5）交互式对讲指挥功能，通过高增益拾音器和高清摄像机实现平台与现场人员的音视频信息交互，对现场环境声音实时监控，监听到异常及时报警。

        6）图像采集功能，基于全方位云台的防抖动可见光视频监控和热成像监控，可实现对工作环境视频；解决了关联于位置信息的图像的采集、传输与存储，尤其在移动过程中采集图像，并且在低照度、含有大量粉尘的极端恶劣环境下，保证了图像的有效性；图像通过WiFi通讯，传输至控制箱显示并存储，通过对图像的浏览分析，确定设备是否存在异常、损坏程度、故障位置，确认是否需要停机检修等情况。

        7）系统的控制和显示集中于一体，多种运行方式，操控简单，保护完备，控制系统选用工控机，界面显示内容丰富、形象逼真，实时显示机器人运行速度、位置、温度、电流和电量等数据。

        8）机器人留有通讯口，可以方便地集成各种具有标准通讯口的检测仪器，以实现对特殊场所的特定检测。

        9）工业级防尘设计。

        10）可实现远距离语音通信。

        11）定制外观：可以根据客户的不同要求，整合开发不同形状、不同元素的机器人，并设计适宜场所环境、体现场所文化特点的外观。

作者单位：中信重工工程技术有限责任公司