一种挂轨式隧道智能巡检机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种挂轨式隧道智能巡检机器人。主要解决现有巡检装备速度低、定位精度差、功能相对单一等技术问题。智能巡检机器人由机器人本体、机器人检测仓、机器人辅助系统、机器人数据处理系统和机器人管理平台五大部分组成；机器人本体包括机器人机体、控制系统、定位系统、动力系统和通信系统；机器人检测仓包括检测仓机体、检测设备和备用电池；机器人辅助系统包括轨道、轨道吊支架、无线网络系统、RFID定位系统、无线充电系统；机器人数据处理系统包括前端数据处理系统和后端数据处理系统；机器人管理平台用于对巡检机器人采集的数据和分析结果进行远程数字化管理。分析结果进行远程数字化管理。分析结果进行远程数字化管理。

【技术实现步骤摘要】
一种挂轨式隧道智能巡检机器人


[0001]本专利技术涉及一种巡检机器人，特别是公开一种公路、地铁、市政等隧道的挂轨式隧道智能巡检机器人，应用于地下基础设施检测领域。

技术介绍

[0002]随着运动控制、机器视觉、环境感知、结构检测等技术的发展，集成研发智能巡检机器人，搭载机器视觉、红外热成像、激光扫描等高精度设备，及时发现隧道内异物、火灾、结构病害等，为隧道的运营安全保驾护航。
[0003]目前，市面上已有智能巡检机器人，其功能单一、精度低，难以实现隧道内多病害的实时、快速检测。专利CN201610578468.8公开了电力隧道智能巡检机器人，包括其轨道行走机构、底部安装机箱、通话系统、烟雾探测器、无线收发系统等设备，可实现整条隧道的火灾自动报警、视频与环境监控及其配套通信设施；专利CN202111525635.X公开了一种高速公路隧道智能巡检机器人及其控制系统，包括承载组件、传动组件等，可简单的进行录像、查询违规车辆；专利CN201420557938.9公开了一种隧道智能巡检机器人，包括外界信息采集系统、动力与传动系统、壳体和锂电池，能反馈隧道内有害气体浓度，及时发现隐在火灾。但都无法进行隧道结构病害检测，同时其检测速度慢、功能比较单一，难以满足隧道结构与环境，日常和定期巡查。
[0004]综上，迫切需要一种巡检速度高、定位准确、功能多样、防护等级高的隧道智能巡检机器人。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的设计一种挂轨式隧道智能巡检机器人，主要解决现有巡检装备速度低、定位精度差、功能相对单一等技术问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种挂轨式隧道智能巡检机器人，由机器人本体、机器人检测仓、机器人辅助系统、机器人数据处理系统和机器人管理平台五大部分组成；机器人本体包括机器人机体、控制系统、定位系统、动力系统和通信系统；机器人机体是控制系统、定位系统、动力系统和通信系统的承载结构，定位系统通过数据线向控制系统传递位置信号，通信系统通过路由器与控制系统交互，控制系统可对定位系统、动力系统和通信系统进行集成控制，动力系统为控制系统、定位系统和通信系统提供电力；机器人检测仓包括检测仓机体、检测设备和备用电池；机器人辅助系统包括轨道、轨道吊支架、无线网络系统、RFID定位系统、无线充电系统；机器人数据处理系统包括前端数据处理系统和后端数据处理系统；机器人管理平台用于对巡检机器人采集的数据和分析结果进行远程数字化管理。
[0007]机器人检测仓通过转接机构与机器人本体连接，转接机构连接包括机械、通信、通电；机器人本体和机器人检测仓各自通过2对承重轮悬挂于轨道上，确保机器人于轨道上稳定运行；机器人本体内置蓄电池通过轨道上的无线充电系统进行充电，并通过无线网络系
统与外界进行数据通信；机器人辅助系统通过吊支架安装于隧道结构上，其中RFID定位系统、无线充电系统安装于轨道上，通过无线AP于隧道内为机器人架设网络通信系统；机器人本体采集的数据通过机器人数据处理系统进行分析，并通过无线网络系统与机器人管理平台进行数据对接，可接受来自机器人管理平台的任务指令。
[0008]所述的机器人机体包括承载结构基板，承载结构基板通过2对共4个承重轮悬挂于轨道上，每对承重轮的横向间距小于轨道宽度的三分之一，可确保机器人不会从轨道上侧滑出来，承重轮采用高弹PU材质，其轴承采用专业滑板高速轴承，可满足高转速、无噪音、耐磨、不爆轴；进一步，每个承重轮的下方侧向各设置一个导向轮，导向轮沿轨道底部侧面滑动，用于侧向引导机器人于轨道上平稳运行，并进一步确保机器人不会从轨道上侧滑出来；进一步，选取一个承重轮作为测距轮，所选取的承重轮与编码器支座相连，编码器支座内置一个编码器，用于对机器人行驶距离的测量；进一步，4个承重轮通过一块方形钢板相连，作为机器人承载的主体结构，主体结构采用铝合金加工制作，方形钢板下方通过螺栓固定一个设备吊舱，设备吊舱内放置电池、PLC、微型电脑、路由器等设备，设备吊舱采用铝合金块激光凿削一体成型，并设置散热片，电缆通信接口采用航空防水接头衔接，以确保设备吊舱防护等级到达IP65；所述的机器人本体的控制系统包括微型工控机和PLC，微型工控机用于处理各种指令，PLC用于对各设备进行集成控制，并与微型工控机进行协议通信；进一步，机器人本体的控制系统还包括运动控制系统，其包括控制单元、驱动单元、执行单元和位置反馈环，运动控制执行过程：（1）PLC收到运动指令后，向控制单元发出位置期望值；（2）控制单元收到指令后向驱动单元发出驱动指令，驱动单元收到指令后并传递给执行单元；（3）执行单元执行任务，并反馈位置信息给控制单元；（4）控制单元判断执行位置与期望位置偏差，并视分析情况发出修正指令，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4），直到机器人精准运动到期望位置。
[0009]进一步，控制单元主要包括定位算法、复位算法、S型加减速算法和插补算法等；进一步驱动单元主要包括伺服驱动器和2个动力轮，伺服驱动器安装于设备吊舱内，2个动力轮夹紧于轨道中截面两侧，动力轮轴固定于方形钢板上，每队动力轮通过一个弹性连杆相连，用于调节动力轮夹紧力度，动力轮的旋转驱动机器人沿轨道直线行驶，行驶速度每秒大于3.5米，刹车距离短于0.5米。
[0010]所述的机器人本体的定位系统包括测距轮、RFID、激光雷达、图像特征识别模块，测距轮用于粗略定位，RFID和图像特征识别模块用于测距轮长距离测量误差修正，激光雷达用于避障，可确保长距离绝对精度厘米级，局部重要位置毫米级定位。
[0011]进一步，RFID据隧道实际线性情况，可按20~50米一个布置。
[0012]所述的机器人本体的动力系统包括蓄电池、无线充电发送模块，无线充电模块包括控制器、发射端和接受端，其中控制器和发射端集成一体为外部充电桩，充电桩安装于轨道上方，并与外部电源连接，接受端安装于机器人本体结构外侧，当发射端与接收端靠近并静止时，就会对蓄电池进行无线充电，为了防止蓄电池频繁充电，通过控制系统可设定一个
充电阈值，如蓄电池电量低于80%时才可以充电；进一步，机器人巡检时使用内置蓄电池供电时，应实时监测电池剩余电量，当剩余电量低于设定的最低保护电量时，机器人将停止检测系统工作以确保更长的续航能力，并自主运动到最近充电桩充电，最低保护电量可设定为蓄电池满功率的20~30%；进一步，充电桩的安装间距依据巡检机器人功耗消耗情况设定，一般可按巡检机器人最低保护电量空载行驶距离的1.6倍设定。
[0013]所述的检测仓机体与机器人机体结构基本一致。
[0014]所述的机器人检测仓的检测设备包括环境监测传感器、衬砌摄像机、红外热成像仪、拾音器、激光测距仪、二维激光断面仪等，环境监测传感器、衬砌摄像机、红外热成像仪、拾音器、激光测距仪、二维激光断面仪通过机器人本体的PLC进行集成控制；衬砌摄像机和红外热成像仪集成安装于平面360
°
旋转云台上，平面360
°
旋转云台安装于检测仓机体的承载结构基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挂轨式隧道智能巡检机器人，其特征在于：由机器人本体、机器人检测仓、机器人辅助系统、机器人数据处理系统和机器人管理平台五大部分组成；机器人检测仓通过转接机构与机器人本体连接，转接机构连接包括机械、通信、通电；机器人本体和机器人检测仓各自通过2对承重轮悬挂于轨道上，机器人本体内置蓄电池通过轨道上的无线充电系统进行充电，并利用无线网络系统与外界进行数据通信；机器人辅助系统通过吊支架安装于隧道结构上，利用无线AP于隧道内为机器人架设网络通信系统；机器人本体采集的数据通过机器人数据处理系统进行分析，并通过无线网络系统与机器人管理平台进行数据对接，可接受来自机器人管理平台的任务指令。2.根据权利要求1所述的一种挂轨式隧道智能巡检机器人，其特征在于，机器人本体包括机器人机体、控制系统、定位系统、动力系统和通信系统；机器人机体是控制系统、定位系统、动力系统和通信系统的承载结构，定位系统通过数据线向控制系统传递位置信号，通信系统通过路由器与控制系统交互，控制系统可对定位系统、动力系统和通信系统进行集成控制，动力系统为控制系统、定位系统和通信系统提供电力；所述的机器人机体包括承载结构基板，承载结构基板通过2对共4个承重轮悬挂于轨道上，每个承重轮的下方侧向各设置一个导向轮，导向轮沿轨道底部侧面滑动，4个承重轮通过一块方形钢板相连，方形钢板下方通过螺栓固定一个设备吊舱，设备吊舱内放置电池、PLC、微型电脑、路由器，设备吊舱设置散热片；所述的机器人本体的控制系统包括微型工控机和PLC，微型工控机用于处理各种指令，PLC用于对各设备进行集成控制，并与微型工控机进行协议通信；机器人本体的控制系统还包括运动控制系统，运动控制系统包括控制单元、驱动单元、执行单元和位置反馈环，运动控制执行过程：（1）PLC收到运动指令后，向控制单元发出位置期望值；（2）控制单元收到指令后向驱动单元发出驱动指令，驱动单元收到指令后并传递给执行单元；（3）执行单元执行任务，并反馈位置信息给控制单元；（4）控制单元判断执行位置与期望位置偏差，并视分析情况发出修正指令，重复步骤（1）、（2）、（3）、（4），直到机器人精准运动到期望位置；所述的机器人本体的定位系统包括测距轮、RFID、激光雷达、图像特征识别模块，测距轮用于粗略定位，RFID和图像特征识模块别用于测距轮长距离测量误差修正，激光雷达用于避障；所述的机器人本体的动力系统包括蓄电池、无线充电发送模块，无线充电模块包括控制器、发射端和接受端，其中控制器和发射端集成一体为外部充电桩，充电桩安装于轨道上方，并与外部电源连接，接受端安装于机器人本体结构外侧，当发射端与接收端靠近并静止时，就会对蓄电池进行无线充电。3.根据权利要求2所述的一种挂轨式隧道智能巡检机器人，其特征在于，所述控制单元包括定位算法模块、复位算法模块、S型加减速算法模块和插补算法模块；所述驱动单元主要包括伺服驱动器和2个动力轮，伺服驱动器安装于设备吊舱内，2个动力轮夹紧于轨道中截面两侧，动力轮轴固定于方形钢板上，每队动力轮通过一个弹性连杆相连，用于调节动力轮夹紧力度，动力轮的旋转驱动机器人沿轨道直线行驶。4.根据权利要求1所述的一种挂轨式隧道智能巡检机器人，其特征在于，机器人检测仓
包括检测仓机体、检测设备和备用电池；所述检测设备包括环境监测传感器、衬砌摄像机、红外热成像仪、拾音器、激光测距仪、二维激光断面仪，环境监测传感器、衬砌摄像机、红外热成像仪、拾...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学增，温成佳，刘新根，桑运龙，
申请(专利权)人：上海同岩土木工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：