一种悬挂式隧道巡检机器人、系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种悬挂式隧道巡检机器人、系统及方法，悬挂安装于悬挂轨道上进行工作，该机器人包括：行走机构、巡检组件；行走机构包括悬挂车体、行走组件、清理组件、定位组件，其中，行走组件用于驱动悬挂车体沿悬挂轨道运动，清理组件用于在行走过程中清理悬挂轨道，定位组件用于悬挂车体自身以及隧道病害的位置定位；巡检组件包括激光模块、相机模块、红外模块，其中，激光模块用于对隧道横截面轮廓进行测量，检测隧道变形情况，相机模块用于拍摄隧道的图像并识别其病害点，红外模块用于采集隧道的热图像并识别其病害点。本发明专利技术不仅提高了隧道巡检的稳定性，而且实现了多层次的综合隧道病害检测，大大提高了病害巡检的准确性、全面性。

【技术实现步骤摘要】
一种悬挂式隧道巡检机器人、系统及方法
本专利技术属于隧道病害检测领域，尤其涉及一种悬挂式隧道巡检机器人、系统及方法。
技术介绍
铁路隧道建成时，部分区段存在拱墙背后空洞、衬砌厚度不足等施工缺陷，经过运营期列车荷载作用，极易引发其他各类病害，如衬砌渗漏水、开裂、掉块，隧底裂损等。这些病害恶化了铁路隧道服役性能，降低了隧道结构的安全可靠度和稳定性，威胁线路行车安全。铁路隧道病害的原因涉及到环境、设计、施工、运营维护等多个方面，铁路隧道检测、监测已经成为继铁路建设之后的重要任务。传统的人工巡道作业模式存在作业效率低、检测结果因人而异、占用天窗时间、人力成本逐年增加等诸多弊端。因此，隧道检测行业对高效、自动化、智能化的隧道轨道机器人的需求日益迫切。现有的隧道巡检机器人多采用在隧道地面路径行走的轮式或履带式机器人、以及在隧道轨道上行走的地面轨道机器人，前者隧道巡检速度非常的慢，并且由于隧道狭窄、距离长、工作环境差，这对其隧道巡检造成了巨大的影响，导致检测的效果非常差，并且稳定性也非常的差，而后者在隧道巡检上与正常在铁轨上运行的设备相冲突，无法在空窗期之外的时间工作，工作时间、工作效率需要严格要求，这不仅导致设备的设计要求高、成本高，而且在空窗期运行隧道巡检对于隧道内的工作人员也具有一定的安全隐患。另外，现有的轨道巡检机器人由于隧道狭窄、距离长、工作环境差，使得其长期运行下不稳定、检测效果变差，并且相对日常维护也十分不方便，另外，隧道病害检测技术不全面，无法全面多层次地进行隧道病害检测，隧道病害定位也不精准等技术缺陷，很难对病害进行追溯复检，同时，安装、运行的安全性也很难保证。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种悬挂式隧道巡检机器人、系统及方法。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种悬挂式隧道巡检机器人，悬挂安装于悬挂轨道上进行工作，包括：行走机构、设于行走机构上的巡检组件；行走机构包括悬挂车体、设于悬挂车体上的行走组件、清理组件、定位组件，其中，行走组件用于驱动悬挂车体沿悬挂轨道运动，清理组件用于在行走过程中清理悬挂轨道，定位组件用于悬挂车体自身以及隧道病害的位置定位；巡检组件固定于悬挂车体上，包括激光模块、相机模块、红外模块，配合用于隧道病害的多层次综合检测，其中，激光模块用于对隧道横截面轮廓进行测量，检测隧道变形情况，相机模块用于拍摄隧道的图像并识别其病害点，红外模块用于采集隧道的热图像并识别其病害点。在其中一个实施例中，行走组件包括电机、齿轮组、差速器、轮组，电机经差速器、齿轮组与轮组驱动连接，用于驱动轮组带动悬挂车体沿悬挂轨道运动。在其中一个实施例中，轮组的轮面为与圆形轨道匹配的内凹曲面。在其中一个实施例中，轮组包括主动轮、从动轮、夹紧轮、导向轮，其中，夹紧轮与悬挂轨道的底部接触，分别与主动轮、从动轮配合夹紧悬挂轨道，用于限定主动轮、从动轮与悬挂轨道之间的相对位置；导向轮设有弹性件，导向轮受弹性件的弹力作用与悬挂轨道侧壁接触，用于限定主动轮、从动轮与悬挂轨道之间的相对位置。在其中一个实施例中，清理组件包括滚刷、风枪、以及驱动风枪的空压机，滚刷、风枪的位置均位于悬挂轨道的上方，并且滚刷的位置位于风枪与悬挂车体之间。在其中一个实施例中，风枪沿悬挂轨道的内侧向外侧方向设定其吹扫方向。在其中一个实施例中，巡检组件还包括云台，云台包括水平旋转件、垂直旋转件，激光模块设于悬挂车体上，红外模块设于云台上，相机模块为单台相机或相机阵列，其中，单台相机设于云台上，相机阵列设于悬挂车体上。在其中一个实施例中，巡检组件还包括摄像模块，摄像模块设于云台上，用于监控隧道巡检过程、检查隧道内设备的工作状态，以及监控隧道人员作业过程。在其中一个实施例中，定位组件包括编码器、RFID读卡器、若干RFID标签，编码器用于基于行走机构的行进距离进行实时定位，若干RFID标签分别设于隧道的不同位置，RFID读卡器用于基于标签内的位置信息对实时定位进行校准。一种悬挂式隧道巡检系统，包括至少两台如上述任意一项的悬挂式隧道巡检机器人，分别设置于隧道两侧侧壁的悬挂轨道上，配合用于对隧道进行全角度巡检。在其中一个实施例中，还包括自动充电站、数据分析平台、通信基站；数据分析平台经通信基站与悬挂式隧道巡检机器人通信，用于对悬挂式隧道巡检机器人发送控制指令、以及接收悬挂式隧道巡检机器人的运行状态与巡检数据并处理分析；自动充电站设于悬挂轨道上，用于悬挂式隧道巡检机器人的自动充电。一种悬挂式隧道巡检方法，应用如上述任意一项悬挂式隧道巡检系统进行隧道巡检，其包括以下步骤：响应于自动启动指令或外部启动指令，悬挂式隧道巡检系统启动悬挂式隧道巡检机器人进行隧道巡检：根据自动启动指令，悬挂式隧道巡检机器人自动沿悬挂轨道运动并执行隧道病害检测；根据外部启动指令，悬挂式隧道巡检机器人受外部控制沿悬挂轨道运动并执行隧道病害检测。在其中一个实施例中，外部启动指令至少包括手动遥控指令、定点巡检指令，根据外部启动指令，悬挂式隧道巡检机器人受外部控制沿悬挂轨道运动并对隧道进行巡检进一步包括：根据手动遥控指令，悬挂式隧道巡检机器人受外部遥控沿悬挂轨道运动并执行隧道病害检测；根据定点巡检指令，悬挂式隧道巡检机器人自动沿悬挂轨道运动至设定位置并执行隧道病害检测。在其中一个实施例中，自动启动指令至少包括定时巡检指令、定间隔巡检指令、连续周期巡检指令，其中，定时巡检指令为定时触发的巡检指令，定间隔巡检指令为定间隔触发的巡检指令，连续周期巡检指令为多周期连续触发的巡检指令。在其中一个实施例中，悬挂式隧道巡检系统启动悬挂式隧道巡检机器人进行隧道巡检之前，还包括以下步骤：检查悬挂式隧道巡检机器人的电量，若电量低于阈值，则悬挂式隧道巡检机器人自动沿悬挂轨道运动至自动充电站进行自动充电。本专利技术与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1)本专利技术采用自清洁的悬挂式隧道巡检机器人设计，可以在工作的同时实现轨道的清扫，保证了巡检机器人长久运作的稳定性，避免了落在悬挂轨道上的异物引起的巡检异常，保证了巡检机器人长久运作的稳定性，同时采用悬挂式的设计，可以使得悬挂的重心相较于机器人放置在轨道上方的重心低，有利于巡检机器人的行走更加稳定，防止发生机器人倾倒的情况；2)本专利技术的巡检组件采用激光模块、相机模块、红外模块的组合式检测方式，可以实现隧道病害的多层次综合检测，其中，激光模块可扫描隧道轮廓，检测出隧道横截面是否存在形变情况，相机模块可通过拍摄图片并识别中的隧道病害，例如湿迹、渗水、滴漏、和漏泥沙、缺角、掉块、错台、裂纹、以及隧道内管线脱落能力等，红外模块则通过热图像辅助相机模块识别出隧道的病害点，三者配合实现了从整体到局部的全面检测，提高了隧道巡检的全面性，并且实现了对于单一病害点的多层次检测，提高了隧道巡检的准确性；3)本专利技术的行走组件的轮组实现了双向限位，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，悬挂安装于悬挂轨道上进行工作，包括：行走机构、设于所述行走机构上的巡检组件；/n所述行走机构包括悬挂车体、设于所述悬挂车体上的行走组件、清理组件、定位组件，其中，所述行走组件用于驱动所述悬挂车体沿悬挂轨道运动，所述清理组件用于在行走过程中清理悬挂轨道，所述定位组件用于所述悬挂车体自身以及隧道病害的位置定位；/n所述巡检组件固定于所述悬挂车体上，包括激光模块、相机模块、红外模块，配合用于隧道病害的多层次综合检测，其中，所述激光模块用于对隧道横截面轮廓进行测量，检测隧道变形情况，所述相机模块用于拍摄隧道的图像并识别其病害点，所述红外模块用于采集隧道的热图像并识别其病害点。/n

【技术特征摘要】
1.一种悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，悬挂安装于悬挂轨道上进行工作，包括：行走机构、设于所述行走机构上的巡检组件；
所述行走机构包括悬挂车体、设于所述悬挂车体上的行走组件、清理组件、定位组件，其中，所述行走组件用于驱动所述悬挂车体沿悬挂轨道运动，所述清理组件用于在行走过程中清理悬挂轨道，所述定位组件用于所述悬挂车体自身以及隧道病害的位置定位；
所述巡检组件固定于所述悬挂车体上，包括激光模块、相机模块、红外模块，配合用于隧道病害的多层次综合检测，其中，所述激光模块用于对隧道横截面轮廓进行测量，检测隧道变形情况，所述相机模块用于拍摄隧道的图像并识别其病害点，所述红外模块用于采集隧道的热图像并识别其病害点。


2.根据权利要求1所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述行走组件包括电机、齿轮组、差速器、轮组，所述电机经所述差速器、所述齿轮组与所述轮组驱动连接，用于驱动所述轮组带动所述悬挂车体沿悬挂轨道运动。


3.根据权利要求2所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述轮组的轮面为与圆形轨道匹配的内凹曲面。


4.根据权利要求2所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述轮组包括主动轮、从动轮、夹紧轮、导向轮，其中，
所述夹紧轮与悬挂轨道的底部接触，分别与所述主动轮、所述从动轮配合夹紧悬挂轨道，用于限定所述主动轮、所述从动轮与悬挂轨道之间的相对位置；
所述导向轮设有弹性件，所述导向轮受所述弹性件的弹力作用与悬挂轨道侧壁接触，用于限定所述主动轮、所述从动轮与悬挂轨道之间的相对位置。


5.根据权利要求1所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述清理组件包括滚刷、风枪、以及驱动所述风枪的空压机，所述滚刷、所述风枪的位置均位于悬挂轨道的上方，并且所述滚刷的位置位于所述风枪与所述悬挂车体之间。


6.根据权利要求5所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述风枪沿悬挂轨道的内侧向外侧方向设定其吹扫方向。


7.根据权利要求1所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述巡检组件还包括云台，所述云台包括水平旋转件、垂直旋转件，所述激光模块设于所述悬挂车体上，所述红外模块设于所述云台上，所述相机模块为单台相机或相机阵列，其中，所述单台相机设于所述云台上，所述相机阵列设于所述悬挂车体上。


8.根据权利要求7所述的悬挂式隧道巡检机器人，其特征在于，所述巡检组件还包括摄像模块，所述摄像模块设于所述云台上，用于监控隧道巡检过程、检查隧道内设备的工作状态，以及监控隧道人员作业过程。


9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：余天乐，姚继东，吴宴华，郭建志，杜长远，廉凯，沈海钢，吴毅贤，
申请(专利权)人：上海市东方海事工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31