用于隧道内巡检的轨道机器人制造技术

本发明专利技术公开了用于隧道内巡检的轨道机器人，用于对隧道内的病害进行自动检测，去除人工检测成本及检测危险。轨道机器人能够沿隧道内预设的轨道行走，包括走行机构、随动支架、伸展机构、信息采集组件和控制器，信息采集组件固定在伸展机构的伸展杆上。在机器人沿轨道行走时，伸展杆纵向收拢，不受空间和障碍物的限制，能够快速到达指定位置。探测时，伸展杆能够横向展开并旋转，可以实现对隧道顶部一个较大范围的监测。范围的监测。范围的监测。

【技术实现步骤摘要】
用于隧道内巡检的轨道机器人


[0001]本专利技术涉及巡检机器人领域，尤其涉及一种用于隧道内巡检的轨道机器人，适用于对隧道结构变形及渗漏水等病害的检测。

技术介绍

[0002]盾构隧道由管片拼装而成，管片之间通过螺栓连接而成，整个隧道内部存在大量的环缝与纵缝，盾构管片接缝的变形，宏观上看为横断面的收敛变形以及纵向的不均匀沉降，细观上看是管片的错台与接缝的张开。
[0003]同时，隧道衬砌结构存在大量的环缝、纵缝、螺栓孔和注浆孔，这些接缝和孔洞是盾构隧道中潜在的渗漏水通道。盾构隧道变形所引起的管片接缝的张开、错台等会对盾构隧道的防水效果产生巨大影响。当错台量超过一定的量值时，防水密封垫不再重叠，防水失效，有关隧道结构安全所引发的运营事故对人民生命财产安全造成了极大威胁。因此定期检测隧道是一项必要的工作。
[0004]由于隧道直径较大，检测隧道顶部的某些位置十分困难。现有常规检测方法为检测员在装载机上的铲斗中，托举检测设备，让设备紧贴隧道衬砌表面，实现采集数据。在高空作业不仅对检测员的技术要求极高，而且十分危险。灵活度不够，不仅检测时间长，而且花费的人力物力也十分巨大。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于隧道内巡检的轨道机器人，检测效率高，不受空间限制且图像采集清晰准确。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]用于隧道内巡检的轨道机器人，其特征在于，包括：
[0008]走行机构，能够沿隧道内的轨道驱动行走；
[0009]随动支架，位于走行机构的前方、并通过轮组可移动的位于轨道上；
[0010]伸展机构，连接走行机构和随动支架，所述伸展机构包括伸展杆，所述伸展杆的第一端自由设置，第二端与伸展机构可转动连接，所述伸展杆在第一驱动组件的驱动下能够与轨道呈夹角横向展开或纵向收拢，在第二驱动组件的驱动下能够以第二端为原点、绕纵向轴线在空间内旋转；
[0011]信息采集组件，固定于伸展杆的第一端，包括图像采集传感器和定位传感器；及
[0012]控制器，其信号输入端连接信息采集组件，控制出端连接走行机构、第一驱动组件和第二驱动组件。
[0013]进一步的技术方案在于，所述第二驱动组件包括：
[0014]第二电机，固定于随动支架上；及
[0015]第二连接件，固定于第二电机的电机轴上，所述伸展杆的第二端可转动的固定于第二连接件上；
[0016]所述第一驱动组件包括：
[0017]第一电机，可转动的悬吊于走行机构上；
[0018]驱动螺杆，与第一电机和第二电机的电机轴均同轴设置，所述驱动螺杆的一端与第一电机的电机轴固定，另一端可转动的固定于第二连接件上；
[0019]第一连接件，螺纹连接于驱动螺杆上；及
[0020]连杆，其一端可转动的固定于第一连接件，另一端可转动的固定有滑套，所述滑套滑接于伸展杆上。
[0021]进一步的技术方案在于，所述图像采集传感器包括灰度相机，所述灰度相机通过两个第一舵机固定于伸展杆上、并可实现两个自由度的转动，两个第一舵机与控制器的控制输出端连接。
[0022]进一步的技术方案在于，所述伸展杆具有两根，两根伸展杆以纵向轴线对称设置；其中
[0023]一根伸展杆的第一端设有灰度相机；
[0024]另一根伸展杆的第一端设有红外热成像仪和激光位移传感器，所述红外热成像仪和激光位移传感器同样过两个第二舵机固定于伸展杆上、并可实现两个自由度的转动，两个第二舵机与控制器的控制输出端连接。
[0025]进一步的技术方案在于，所述隧道内的轨道为工字钢结构，具有上顶板、下底板、及连接上顶板和下底板的腹板；
[0026]所述走行机构包括：
[0027]托架，置于轨道的下方，于托架上向上具有至少四个呈矩形布置的支梁，四个支梁并分置于腹板的两侧；及
[0028]走行轮，可转动的固定于每一支梁上，并能够沿轨道的下底板行走，同侧的两走行轮之间通过履带传动，所述走行轮上连接有驱动其旋转的驱动部。
[0029]进一步的技术方案在于，同侧的两支梁间间通过连接梁固定，于连接梁上固定有伸入履带内的支撑轮轴，所述支撑轮轴上可转动的固定有对履带上、下进行支撑的支撑轮。
[0030]进一步的技术方案在于，所述走行机构还包括：
[0031]后导向组件，具有两组，分设于托架的前后两端，每一后导向组件中具有两个后导向轮，两个后导向轮可转动的分置于下底板的两侧，能够夹持住下底板的外缘、并沿下底板行走。
[0032]进一步的技术方案在于，所述后导向轮可转动的固定于一后导向臂上，所述后导向臂可转动的固定于托架上，每组中的两后导向臂之间通过拉伸状态的弹簧连接。
[0033]进一步的技术方案在于，所述隧道内的轨道为工字钢结构，具有上顶板、下底板、及连接上顶板和下底板的腹板；
[0034]所述随动支架上的轮组包括：
[0035]两个万向轮，分置于轨道腹板的两侧，可转动的固定于随动支架上，并能够沿轨道的下底板行走；及
[0036]前导向组件，具有两组，分设于万向轮的前后两端，每一前导向组件中具有两个前导向轮，两个前导向轮可转动的分置于下底板的两侧，能够夹持住下底板的外缘、并沿下底板行走。
[0037]进一步的技术方案在于，所述前导向轮可转动的固定于一前导向臂上，所述前导向臂可转动的固定于随动支架上，每组中的两前导向臂之间通过拉伸状态的弹簧连接。
[0038]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0039]在机器人沿轨道行走时，伸展杆纵向收拢，降低了机器人整体的宽度，使机器人不受空间和障碍物的限制，能够快速到达指定位置，同时也对信息采集组件进行了保护，避免与障碍物或隧道内壁发生碰撞，进而保证了检测信息的准确性。
[0040]当机器人沿轨道到达指定位置后停止，伸展杆横向展开伸出轨道外，在伸展杆张开过程中，图像采集传感器可以实现对隧道顶部一个较大范围的监测，当伸展杆展开打开至90
°
时为扫描监测的最大范围，即伸展杆展开到位。
[0041]伸展杆展开后，通过第二驱动组件驱动伸展杆第二端为原点、绕纵向轴线在空间内旋转，可使伸展杆末端的图像采集传感器向隧道顶部表面靠近，可以适应不同相机的焦距，得到更加清晰的图片和更加准确的扫描数据。
[0042]伸展杆旋转复位并合拢后，第二驱动组件驱动伸展杆旋转180
°
后，图像采集传感器移动至轨道的另一侧，伸展杆再次展开、旋转，可对轨道另一侧的隧道顶部进行扫描。
[0043]综上，通过伸展杆的展开及旋转，可使图像采集传感器的扫描轨迹以伸展杆第二端为中心在水平面和竖直面内各扫描180
°
的范围，监测范围广，巡检效率和精度得到提高，可用于对隧道内的病害进行自动检测，去除人工检测成本及检测危险。
附图说明
[0044]下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于隧道内巡检的轨道机器人，其特征在于，包括：走行机构(1)，能够沿隧道内的轨道(100)驱动行走；随动支架(2)，位于走行机构(1)的前方、并通过轮组可移动的位于轨道(100)上；伸展机构(3)，连接走行机构(1)和随动支架(2)，所述伸展机构(3)包括伸展杆(301)，所述伸展杆(301)的第一端自由设置，第二端与伸展机构(3)可转动连接，所述伸展杆(301)在第一驱动组件的驱动下能够与轨道(100)呈夹角横向展开或纵向收拢，在第二驱动组件的驱动下能够以第二端为原点、绕纵向轴线在空间内旋转；信息采集组件(4)，固定于伸展杆(301)的第一端，包括图像采集传感器和定位传感器；及控制器，其信号输入端连接信息采集组件(4)，控制出端连接走行机构(1)、第一驱动组件和第二驱动组件。2.根据权利要求1所述的轨道机器人，其特征在于，所述第二驱动组件包括：第二电机(321)，固定于随动支架(2)上；及第二连接件(322)，固定于第二电机(321)的电机轴上，所述伸展杆(301)的第二端可转动的固定于第二连接件(322)上；所述第一驱动组件包括：第一电机(311)，可转动的悬吊于走行机构(1)上；驱动螺杆(312)，与第一电机(311)和第二电机(321)的电机轴均同轴设置，所述驱动螺杆(312)的一端与第一电机(311)的电机轴固定，另一端可转动的固定于第二连接件(322)上；第一连接件(313)，螺纹连接于驱动螺杆(312)上；及连杆(314)，其一端可转动的固定于第一连接件(313)，另一端可转动的固定有滑套，所述滑套滑接于伸展杆(301)上。3.根据权利要求1所述的轨道机器人，其特征在于，所述图像采集传感器包括灰度相机(401)，所述灰度相机(401)通过两个第一舵机固定于伸展杆(301)上、并可实现两个自由度的转动，两个第一舵机与控制器的控制输出端连接。4.根据权利要求3所述的轨道机器人，其特征在于，所述伸展杆(301)具有两根，两根伸展杆(301)以纵向轴线对称设置；其中一根伸展杆(301)的第一端设有灰度相机(401)；另一根伸展杆(301)的第一端设有红外热成像仪(402)和激光位移传感器(403)，所述红外热成像仪(402)和激光位移传感器(403)同样过两个第二舵机固定于伸展杆(301)上、并可实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈赛旋，姚柏强，崔国华，张振山，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：