CN101468664A - 电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统，包括移动平台、上盖、气体传感器盒、数据传输天线、图像传输天线、红外摄像机云台、超声波传感器、无线监视装置、控制箱体、控制单元和操作面板，所述的移动平台包括前导向带轮、锁紧螺钉、摆臂、第一张紧螺钉、前承重轮、第二张紧螺钉、中间导向轮、履带、后承重轮、蜗杆减速机、摆臂电机、驱动电机。与现有技术相比，本发明针对现有电缆隧道检查技术中存在的不足，避免由于人工检查带来的各种危险因素，简化了机器人机构，提供了一种电缆隧道检查的简单、高效、可靠的机构。

Description

电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人技术应用领域，特别涉及电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统。

背景技术

80年代以来，国内许多城市、大型发电厂和工矿企业相继采用地下电缆隧道供应电能。为确保进入电缆工井隧道的作业人员安全，要求对电缆工井隧道进行各种保护检测并采取定时定点检查措施，避免发生事故。目前的保护措施除了电缆自身的防火措施外，普遍在电缆隧道内安装火灾报警系统和气体灭火系统，对电缆隧道进行在线温度监测。对于网络化监控系统，主要存在以下不足：

1 电缆隧道长几公里到十几公里，在如此长的和环境恶劣的通道内，用网络化监控系统的方法，投资大，效益不明显，因而不现实。

2 电缆火灾闷烧时间长(一般为3～4个小时)，传统火灾探测器由于灵敏度太低，探测方式被动等原因，对这一时段内的火灾根本就不能探测到。

3 隧道内可能存在某些有害气体，日前的网络化监控系统一般只进行温度监控，无法实现温度和气体的综合检测，无法保证隧道内部气体对进入隧道的工作人员的安全。

4 无法进行灾后评估。火灾过后，需要维修人员进入隧道维修设备，但此时监控系统已破坏，地面人员无法知道隧道内的情况；因而在进入隧道前无法得到安全保证。

对现有的隧道检测技术检索发现，中国发明专利“隧道火灾监测报警装置”(申请号001606238.9)公开了一种隧道火灾监测报警装置，同样只解决了温度监测问题，而无法解决以上四个问题。对现有的机器人检测技术检索发现，中国发明专利“排险机器人(公开号CN1433874)”，公开了一种排险机器人，包括车体、摆臂、铲斗、摆臂平台、后轮、主链传动装置、前轮、摆轮链传动装置、摆轮、摆臂电机减速器组、主电机减速器组等。中国发明专利“便携式可重构履带机器人”(公开号：CN1673016)公开了一种便携式可重构履带机器人，由运动机构和控制模块构成，控制模块安装于控制箱内，运动机构由基础运动模块、转动关节模块和连接杆模块组成，转动关节模块和控制箱安装在基础运动模块的双立式机架同一侧面上；连接杆模块安装在基础运动模块的从动轮轴的一端上，连接杆模块用于连接每一个可重构履带机器人与另一个可重构履带机器人的组合。中国发明专利“船体表面清刷用永磁吸附双履带机器人”(公开号：CN1789062)公开了一种船体表面清刷用永磁吸附双履带机器人，它是借助双列履带上固装的永磁体块吸附在船体表面上，并在遥控装置的控制下实现水上、水下爬行和船体清刷作业。上述履带机器人虽然能进行一定的排险检查作业，但重量和尺寸都不符合地下隧道检查的具体应用。

因此，有必要结合电缆隧道的环境特点，研制一种机构简单、移动速度快、体积小、重量轻、操作简便的新型电缆隧道危险环境小型履带检查机器人机构。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一致性好、效率高的用于耦合组件制作的简易夹具。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统，包括移动平台、上盖、气体传感器盒、数据传输天线、图像传输天线、红外摄像机云台、超声波传感器、无线监视装置、控制箱体、控制单元和操作面板，所述的上盖设在移动平台上方，所述的气体传感器盒、红外摄像机云台设在上盖上，所述的数据传输天线、图像传输天线设在气体传感器盒上，所述的超声波传感器设在移动平台旁侧，其特征在于，所述的移动平台包括前导向带轮、锁紧螺钉、摆臂、第一张紧螺钉、前承重轮、第二张紧螺钉、中间导向轮、履带、后承重轮、蜗杆减速机、摆臂电机、驱动电机，所述的摆臂电机通过蜗杆减速机和摆臂连接，利用蜗杆传动的自锁性，来保持摆臂的角度；所述的履带分别设在移动平台两侧，驱动电机各驱动一条履带；所述的前导向带轮与摆臂相连，前承重轮和后承重轮承受机器人重量，后承重轮为驱动轮；所述的锁紧螺钉与摆臂连接，用于锁紧前导向带轮；所述的第一张紧螺钉与摆臂连接，通过调节第一张紧螺钉，对摆臂上的履带松紧程度进行调整；所述的第二张紧螺钉与中间导向轮连接，通过调节张紧螺钉，对前承重轮和后承重轮之间的履带松紧程度进行调整；所述的前导向带轮和中间导向轮是导向轮，起引导履带运动的作用；机器人的转向运动通过两条履带的差速运动来实现。

所述的驱动电机和后承重轮连接，后承重轮带动履带运动；机器人的前进、后退和转弯通过分别控制两个驱动电机的运动速度可以实现；摆臂电机和蜗杆减速器相连，蜗杆减速器带动摆臂运动，辅助机器人越障。

与现有技术相比，本发明针对现有电缆隧道检查技术中存在的不足，避免由于人工检查带来的各种危险因素，简化了机器人机构，提供了一种电缆隧道检查的简单、高效、可靠的机构。

附图说明

图1是本发明电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统的结构示意图；

图2是本发明电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统的移动平台的主视图；

图3是本发明电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统的移动平台的仰视图；

图4是本发明电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统的监控装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统包括：移动平台1、上盖2、气体传感器盒3、数据传输天线4、图像传输天线5、红外摄像机云台6、超声波传感器7、前导向带轮8、锁紧螺钉9、摆臂10、第一张紧螺钉11、前承重轮12、第二张紧螺钉13、中间导向轮14、履带15、后承重轮16、蜗杆减速机17、摆臂电机18、驱动电机19、无线监视装置20、控制箱体21、控制单元22及操作面板23组成。

移动平台1结构呈对称布置。移动平台1共有3台电机，一台摆臂电机18，摆臂电机18通过蜗杆减速机17和摆臂10相连，利用蜗杆传动的自锁性，来保持摆臂10的角度；另两台驱动电机19各驱动一条履带15。机器人每侧各有四个带轮，一条履带。前导向带轮8与摆臂10相连。前承重轮12和后承重轮(驱动轮)16承受机器人重量，后承重轮16也是驱动轮。锁紧螺钉9与摆臂10相连，用于锁紧前导向带轮8。11张紧螺钉1与摆臂10相连，通过调节11张紧螺钉1，对摆臂10上的履带松紧程度进行调整。13张紧螺钉2与中间导向轮14相连，通过调节张紧螺钉2，对前承重轮12和后承重轮16之间的履带15松紧程度进行调整。另两只小带轮前导向带轮12和中间导向轮14是导向轮，起引导履带15运动的作用。通过两条履带的差速运动来实现机器人的转向运动。

两中驱动电机19和主动轮16直连，主动轮带动橡胶履带15运动。分别控制两只驱动电机19的运动速度，可以实现机器人的前进、后退和转弯。摆臂电机18和一个蜗杆减速器17相连，蜗杆减速器17带动摆臂10运动，辅助机器人越障。

本发明的工作过程如下：

(1)系统各装置起动，机器人本体的摆臂10处于回缩状态，机器人系统各动作均在监控装置20的控制下进行。

(2)将机器人送至电缆隧道内，气体传感器盒3内的CO、CO2、CH4、O2四种气体传感器和温度传感器工作，通过数据传输天线4传送到监控装置20处理分析，从而在操作面板23用户界面实时显示。

(3)红外摄像机云台6获取隧道内图像信息，通过图像传输天线5将图像信息传送到监控装置20用户界面；同时，监控装置20通过图像传输天线5还可控制红外摄像机云台6的转动和俯仰。

(4)控制单元22无线控制机器人在隧道内运动，并可控制机器人返回。超声波传感器7用于检测障碍与机器人的距离，实现机器人的避障。

(5)数据可在无线监视装置20内保存，以利于对电缆隧道危险环境的分析。

机器人的移动平台作为运动的载体，功能指标如下：

(1)能从直径为700MM的圆柱竖井进入隧道环境的工作现场

(2)在宽度1.1米的道路上实现前进后退和转弯

(3)能越不低于100mm的台阶

(4)有10Kg的负载能力。

机器人通过改变履带形状来辅助越障，履带形状的改变是通过摆臂运动来实现的。机器人摆臂运动范围是0～90度，当机器人需要从竖井投了电缆隧道时，摆臂角度是90度，处于收拢状态，此时整个机器人尺寸最小。当机器人需要越障时，摆臂需要跟据障碍物高度调整角度，在能攀越障碍物前提下摆臂的角度尽可能小，便于越障。当需要跨越壕沟时，摆臂处于0度位置，此时机器人尺寸最大，最有利于机器人作越壕运动。

可以看出由于中间导向轮的存在，使得履带形状改变，但履带节线长度并不变化，履带张紧力亦无变化。

机器人的移动平台内安装机器人的控制器、驱动器和电池。上盖与移动平台相连。上盖上安装有气体传感器盒和红外摄像机云台。数据传输天线和图像传输天线安装在气体传感器盒上。超声波传感器安装在机器人的移动平台两侧。

为了获得电缆隧道的工况，需要采用多传感器进行信息采集，并处理分析。气体传感器盒内有CO、CO2、CH4、O2四种主要气体传感器。

首先，利用各气体传感器来检测隧道内CO、CO2、CH4、O2等气体浓度，以及温度情况，并通过数据传输天线传送到监控装置处理分析，从而在用户界面实时显示。

其次，红外摄像机云台获取隧道内图像信息，通过图像传输天线将图像信息传送到监控装置用户界面；同时，监控装置通过图像传输天线还可控制红外摄像机云台的转动和俯仰。

超声波传感器用于检测障碍与机器人的距离，实现机器人的避障。

便携监控装置主要由便携监控箱、操作面板、无线监视装置及控制系统组成。控制箱内有CPU、无线监视器、命令按钮、状态显示器、无线通讯模块等。无线监视器通过装在本体上的红外摄像机云台，实时检查隧道内的状态。

Claims (2)

1.电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统，包括移动平台、上盖、气体传感器盒、数据传输天线、图像传输天线、红外摄像机云台、超声波传感器、无线监视装置、控制箱体、控制单元和操作面板，所述的上盖设在移动平台上方，所述的气体传感器盒、红外摄像机云台设在上盖上，所述的数据传输天线、图像传输天线设在气体传感器盒上，所述的超声波传感器设在移动平台旁侧，其特征在于，所述的移动平台包括前导向带轮、锁紧螺钉、摆臂、第一张紧螺钉、前承重轮、第二张紧螺钉、中间导向轮、履带、后承重轮、蜗杆减速机、摆臂电机、驱动电机，所述的摆臂电机通过蜗杆减速机和摆臂连接，利用蜗杆传动的自锁性，来保持摆臂的角度；所述的履带分别设在移动平台两侧，驱动电机各驱动一条履带；所述的前导向带轮与摆臂相连，前承重轮和后承重轮承受机器人重量，后承重轮为驱动轮；所述的锁紧螺钉与摆臂连接，用于锁紧前导向带轮；所述的第一张紧螺钉与摆臂连接，通过调节第一张紧螺钉，对摆臂上的履带松紧程度进行调整；所述的第二张紧螺钉与中间导向轮连接，通过调节张紧螺钉，对前承重轮和后承重轮之间的履带松紧程度进行调整；所述的前导向带轮和中间导向轮是导向轮，起引导履带运动的作用；机器人的转向运动通过两条履带的差速运动来实现。

2.根据权利要求1所述的电缆隧道危险环境小型履带检查机器人系统，其特征在于，所述的驱动电机和后承重轮连接，后承重轮带动履带运动；机器人的前进、后退和转弯通过分别控制两个驱动电机的运动速度可以实现；摆臂电机和蜗杆减速器相连，蜗杆减速器带动摆臂运动，辅助机器人越障。

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