地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统，该系统包括：激光发射单元、激光感光单元、处理单元及激光反射单元；激光发射单元及激光感光单元设置于巡检机器人本体，多个激光反射单元沿轨道方向间隔设置于地铁隧道的侧壁上；激光发射单元用于在巡检机器人沿地铁隧道内的轨道运行时，向地铁隧道的侧壁发射激光；激光感光单元用于接收到激光反射单元反射回的激光；处理单元用于根据反射回的激光的角度信息和距离信息确定巡检机器人的实时位置信息。本发明专利技术实施例通过激光发射单元和激光感光单元获得反射回的激光的角度信息和距离信息，确定巡检机器人的位置信息，从而能够实现对地铁隧道内的巡检机器人进行实时、准确地定位。

Location System of Safety Patrol Robot in Metro Tunnel

The embodiment of the present invention provides a positioning system for a safety inspection robot in a metro tunnel, which includes a laser transmitting unit, a laser sensing unit, a processing unit and a laser reflection unit; a laser transmitting unit and a laser sensing unit are arranged on the inspection robot body, and a plurality of laser reflecting units are spaced along the track direction on the side wall of the Metro tunnel; and a single laser transmitting unit is arranged on the side wall of the Metro tunnel. Element is used to emit laser to the side wall of metro tunnel when the inspection robot runs along the track in Metro tunnel; laser photosensitive unit is used to receive the laser reflected back by the laser reflection unit; processing unit is used to determine the real-time location information of inspection robot according to the angle and distance information of the reflected laser. The embodiment of the invention obtains the angle and distance information of the reflected laser through the laser transmitting unit and the laser photosensitive unit, determines the position information of the inspection robot, and thus realizes the real-time and accurate positioning of the inspection robot in the subway tunnel.

【技术实现步骤摘要】
地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统
本专利技术实施例涉及机器人
，更具体地，涉及一种地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统。
技术介绍
随着经济的快速发展，城市化进程不断加快，城市交通需求的总量也在急剧增长，城市交通运输矛盾日益突出。与传统的地面交通模式相比，地铁作为城市交通的重要工具，具有运量大、速度快、准时、方便、节能环保等优点，在改善城市交通环境方面发挥着越来越大的作用，在许多城市得到广泛应用。为了对地铁隧道进行巡检，目前在隧道内主要依靠人工进行巡检以及仪器巡检，即依靠人眼检测以及人工仪器检测。这两种方法的优点是技术成熟可靠，但同时存在对检测人员要求较高，检测人员的安全作业难以保证的缺点。随着机器人技术的发展，出现了采用安全巡检机器人对地铁隧道进行安全检查的技术，但由于地铁隧道狭长，机器人巡检的时间较长，因此难以实时对机器人进行准确定位及隧道变形测量。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统。本专利技术实施例提供一种地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统，该系统包括：激光发射单元、激光感光单元、处理单元及激光反射单元；激光发射单元及激光感光单元设置于巡检机器人本体，多个激光反射单元沿轨道方向间隔设置于地铁隧道的侧壁上；激光发射单元用于在巡检机器人沿地铁隧道内的轨道运行时，向地铁隧道的侧壁发射激光；激光感光单元用于接收到激光反射单元反射回的激光；处理单元用于根据反射回的激光的角度信息和距离信息确定巡检机器人的实时位置信息。本专利技术实施例提供的系统，通过沿轨道方向在地铁隧道的侧壁上设置多个激光反射单元，并在巡检机器人在进行巡检时，通过激光发射单元和激光感光单元获得反射回的激光的角度信息和距离信息，确定巡检机器人的位置信息，从而能够实现对地铁隧道内的巡检机器人进行实时、准确地定位。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统的俯视结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统的侧视结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的扫描坐标系示意图；图4为本专利技术实施例提供的单反射条示意图；图5为本专利技术实施例提供的双反射条示意图；图6为本专利技术实施例提供的巡检机器人本体的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的提取集合特征的方法的流程示意图；图8为本专利技术实施例提供的机器人避障系统的结构示意图；图中，1：激光反射单元；2：机器人本体；3：激光；4：超声波发射传感器；5：超声波接收传感器；6：摄像头。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在已建或在建的城市中，在地铁隧道沿线附近或上方进行非地铁施工的建设项目越来越多，这些项目存在卸载、加载、抽水、降水或振动等施工程序或因素，它们可能对地铁隧道结构产生一定的结构变形、倾斜、位移、隆起或沉降等等影响。而结构变形可能会降低列车的运营性能和效率；可能会增大列车车轮与轮轨之间的摩擦，从而加快列车车轮和轮轨的损耗；当地铁道床隆起或沉降3mm以上时，需对路轨进行调整。在变形严重而检测不到位的情况下，甚至会颠覆高速运行的列车，引发严重的交通安全事故，因此对地铁隧道安全进行巡检是地铁安全运营的一个重要工作。地铁隧道结构裂缝主要分为道床裂缝、边墙裂缝和拱顶裂缝等，这些结构裂缝的产生是设计施工、运营荷载、外部环境改变等多因素导致，大致可归纳为以下6类因素：1)地基差异沉降，地铁隧道结构在建设期如工程设计方案不合理，则可能导致地基加固效果不明显、不均衡，在后期运营荷载作用下，导致地基出现差异沉降现象，当沉降程度远超出设计和实际工程结构允许范围时，进而出现大量的结构病害性裂缝。2)隧道结构周边土地变位，地铁运营隧道周边存在深基坑开挖时，在基坑降水及支护结构水平位移的共同作用下，容易导致地铁隧道结构周边土地产生变位，使得地铁隧道结构侧限土压力不足，隧道断面水平收敛不断增大，继而导致隧道结构产生拱顶裂缝及道床与衬砌结构的剥离裂缝，同时伴随管片边角部位的崩角掉块现象。3)变形缝的设置，变形缝主要包括沉降缝和伸缩缝两种，而考虑到地铁结构的整体道床基础可承受的垂直错位最大值，除特殊要求外，基本不设置沉降缝。但是在土质较为松软的地区，为达到增加结构的纵向刚度的目的，通常设置数量有限的伸缩缝。这也导致当地基加固效果不好或遭受外部环境影响时，施工后的沉降程度增加，使得结构应力集中度增大，易导致结构裂缝的出现。4)结构强度不足，在地铁隧道设计和施工过程中，如果工程设计有问题或者施工过程中壁后回填土压实程度不足等，会导致结构强度和质量没有达到相关设计施工要求，同样易产生隧道结构裂缝。5)列车振动影响，地铁列车发车频率较高，使得地铁隧道结构长期受到低频连续振动，这种状态易使得软土下卧层地基出现较大程度的纵向沉降，易在隧道结构应力集中区段产生裂缝。对于现有裂缝，长时间的地铁运营荷载易导致道床上下振动而出现倒吸现象，倒吸现象使得水不停的潜蚀裂缝，易使得裂缝扩大。6)渗漏水问题，渗漏水是地铁隧道结构另一种较为普遍的病害，会导致并加速隧道结构衬砌风化和剥蚀，如果渗漏水中含有腐蚀物质，会进一步腐蚀损坏衬砌混凝土，导致衬砌可承载量下降，严重影响地铁隧道结构的耐久性。一般而言，渗漏水出现的位置在环缝、纵缝和区间联络通道等部位，产生原因主要在于结构裂缝持续发展，以及结构防水层出现问题导致防水体系失效等。由于人工或仪器对地铁隧道巡检存在安全不确定性，同时人工检测具有较大的主观性，即使经验丰富的检测人员也难以保证检测结果的完整性与准确性。随着当前检测工作量的不断增大，这种人工加仪器的方式越来越难以满足检测的需求，完成全部检测所需时间也越来越长，检测人员的安全性也无法得到保证。而近年来出现的隧道小车进行安全监测时采用人工操作的方式，也受制与人员素质，特别巡检常在夜间、凌晨开展，工作效率较低。因此，采用机器人自动对地铁隧道进行巡检能够避免上述人工巡检存在的缺陷。为了解决由于地铁隧道狭长，机器人巡检的时间较长导致的难以实时对机器人进行准确定位的缺陷，本专利技术实施例提供一种地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统，参见图1和图2，该系统包括：激光发射单元、激光感光单元、处理单元及激光反射单元1；激光发射单元及激光感光单元设置于巡检机器人本体2，多个激光反射单元1沿轨道方向间隔设置于地铁隧道的侧壁上；激光发射单元用于在巡检机器人沿地铁隧道内的轨道运行时，向地铁隧道的侧壁发射激光；激光感光单元用于接收到激光反射单元1反射回的激光；处理单元用于根据反射回的激光的角度信息和距离信息确定巡检机器人的实时位置信息。其中，巡检机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统，其特征在于，包括：激光发射单元、激光感光单元、处理单元及激光反射单元；所述激光发射单元及所述激光感光单元设置于巡检机器人本体，多个所述激光反射单元沿轨道方向间隔设置于地铁隧道的侧壁上；所述激光发射单元用于在所述巡检机器人沿所述地铁隧道内的轨道运行时，向所述地铁隧道的侧壁发射激光；所述激光感光单元用于接收到所述激光反射单元反射回的激光；所述处理单元用于根据所述反射回的激光的角度信息和距离信息确定所述巡检机器人的实时位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道内安全巡检机器人的定位系统，其特征在于，包括：激光发射单元、激光感光单元、处理单元及激光反射单元；所述激光发射单元及所述激光感光单元设置于巡检机器人本体，多个所述激光反射单元沿轨道方向间隔设置于地铁隧道的侧壁上；所述激光发射单元用于在所述巡检机器人沿所述地铁隧道内的轨道运行时，向所述地铁隧道的侧壁发射激光；所述激光感光单元用于接收到所述激光反射单元反射回的激光；所述处理单元用于根据所述反射回的激光的角度信息和距离信息确定所述巡检机器人的实时位置信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：电机转速监控单元；所述电机转速监控单元用于对所述巡检机器人的电机进行监控，并将监控获得的电机转速信息发送至所述处理单元；所述处理单元用于根据所述电机转速信息计算所述巡检机器人的机器人位置信息，并根据所述实时位置信息和/或所述机器人位置信息确定所述巡检机器人的目标位置信息。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光反射单元的外表面设置有激光反射条，所述激光反射条中反射条的数量由所述地铁隧道的侧壁的垂直度确定。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：传感器单元，所述传感器单元设置于所述巡检机器人本体上；所述传感器单元用于对所述巡检机器人的周围环境进行扫描测距，获得用于表征被测对象与所述巡检机器人之间距离的数据点集；所述处理单元用于从所述数据点集中提取几何特征，并根据所述几何特征，构建所述地铁隧道的地下空间地图；并根...

【专利技术属性】
技术研发人员：史聪灵，胡鹄，车洪磊，王文伟，李建，胥旋，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11