CN104991488A - 用于电缆隧道的智能机器人巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，包括用于对隧道进行巡检的移动体以及设置在控制中心的远程控制终端，移动体和远程控制终端之间通过通讯装置以及通讯网络相互通信；所述移动体包括壳体以及设置在壳体上的控制装置、运动执行机构、气体检测装置、电缆检测装置、导航定位装置以及电源管理装置；所述控制装置的输入端分别与导航定位装置、气体检测装置、电缆检测装置连接，控制装置的输出端连接运动执行机构；所述控制装置的通讯端口经通讯装置以及通讯网络与远程控制终端进行数据传输。本发明能够在隧道内代替巡检人员完成电缆及气体安全检测，在消除人身安全隐患的基础上，提高巡检作业的准确性以及及时性。

Description

用于电缆隧道的智能机器人巡检系统

技术领域

本发明涉及工业用移动机器人技术领域，特别一种用于隧道电缆设备安全检测的智能机器人巡检系统。

背景技术

近年来，随着电力事业的快速发展，通过地下隧道内的电缆进行电能的供应已经是电力系统输送电能的常规方式，但是电缆在使用过程中，容易出现因过热、电缆自身绝缘老化而造成隧道内火灾，还会出现隧道内积水等现象，这些都会严重影响电缆的正常供电功能，因此实时监测隧道内部质量对于预防隧道安全事故有着重大意义。然而由于隧道内空间狭小，环境恶劣，人工巡检存在较大不安全因素，因此目前供电公司在隧道内部每个二百米的距离安装一套空气质量监测设备，以达到实时监测隧道内空气质量的目的；空气质量监测设备安装完成后，作业人员需要定期去设备安放点读取监测数据，同时检查隧道内部的电缆是否有损坏。这种方法需要安置大量的检测设备，对于监测数据的读取完全依赖人工，劳动强度大而且不能保证信息的实效性；同时，隧道内部的气体环境也不利于工人的身体健康。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种可以在隧道内代替巡检人员完成电缆及气体安全检测的智能机器人巡检系统，在消除人身安全隐患的基础上，提高巡检作业的准确性以及及时性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，包括用于对隧道进行巡检的移动体以及设置在控制中心的远程控制终端，移动体和远程控制终端之间通过通讯装置以及通讯网络相互通信；所述移动体包括壳体以及设置在壳体上的控制装置、运动执行机构、气体检测装置、电缆检测装置、导航定位装置以及电源管理装置；所述导航定位装置实时采集隧道内移动体运动状态以及路况信息并反馈给控制装置，控制装置处理信息后控制运动执行机构动作；气体检测装置和电缆检测装置实时采集隧道环境信息传输给控制装置，并由控制装置将采集到的信息经通讯装置及通讯网络发送给远程控制终端；所述远程控制终端经通讯装置及通讯网络将控制指令发送给控制装置以控制运动执行机构动作。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述控制装置包括通过串口连接的一台工控机和一个单片机；所述工控机的输入端连接电缆检测装置的输出端，工控机的输出端经通讯装置以及通讯网络与远程控制终端进行数据传输；所述单片机的输入端分别与气体检测装置和导航定位装置连接，单片机的输出端连接运动执行机构。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述运动执行机构包括设置在壳体下方的车轮、驱动车轮行进的直流减速电机以及转速反馈闭环调速装置，直流减速电机的输出轴经联轴器连接车轮；所述转速反馈闭环调速装置包括编码器和全桥驱动模块，编码器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经全桥电机驱动模块连接直流减速电机。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述导航定位装置包括用于检测移动体行进方向并判断移动体前方是否有障碍物的超声波传感器组、用于采集移动体角速度的三轴陀螺仪以及用于识别隧道路口的射频卡识别装置，其中射频卡识别装置包括设置在移动体上的读卡设备和设置在隧道路口处的射频卡；所述超声波传感器组、三轴陀螺仪以及读卡设备的输出端分别与单片机的信号输入端口连接。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述气体检测装置包括用于监测空气质量的传感器组以及声光报警器，传感器组的输出端连接单片机的输入端，单片机根据传感器组采集的数据分析当前隧道空气质量是否满足设定标准，若不满足则触发声光报警器。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述电缆检测装置包括高清摄像头和红外测温装置，所述高清摄像头和红外测温装置通过支架设置在位于壳体顶部的云台上，高清摄像头经视频卡连接工控机的输入端，红外测温装置直接与工控机连接。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述通讯装置包括设置在移动体上的移动体无线WiFi模块、设置在隧道内的电力载波线缆、设置在隧道路口的电力载波通信设备以及设置在隧道出口处的外网接口，其中电力载波通信设备包括与移动体无线WiFi模块匹配的单体WiFi模块和电力载波调制调解器，所述电力载波调制调解器的一端与连接单体WiFi模块、另一端连接电力载波线缆，电力载波线缆与外网接口连接，外网接口通过无线网络与远程控制终端相互通信。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述电源管理装置包括电源模块和电压调节装置，所述电源模块经电压调节装置为控制装置、运动执行机构、气体检测装置、电缆检测装置以及导航定位装置供电。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述电源管理装置还包括自充电装置，自充电装置包括充电点定位机构和自动插拔充电接头机构，所述充电点定位机构包括设置在充电点地面上的T型导轨和设置在移动体壳体底盘前端用于感知T型导轨的触碰开关，触碰开关的一端接地，另一端接单片机上拉输入引脚；所述自动插拔充电接头机构包括设置移动体上的直线电机，充电接头设置在直线电机的输出端。

上述用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，所述远程控制终端为安装有与移动体相配套上位机软件的计算机，计算机通过无线网络与隧道出口处的外网接口相互通信。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明能够代替巡检人员完成隧道内电缆及气体的安全检测，消除了人为巡检存在的安全隐患。本发明中导航定位装置的设置，能够对移动体在隧道内的位置进行准确定位和修正，提高了巡检作业的准确性；本发明通过设置电力载波有限通讯网络可实现隧道内检测信息的及时传输，有效克服了现有的巡检系统无法在巡检过程中上传数据直到巡检作业完成后才能上传监测数据的弊端，方便作业人员及时采取措施，避免火灾的发生。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明所述移动体的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本发明的通讯网络架构；

图5为本发明作业流程图；

图6为本发明中移动体位置偏差示意图；

图7为本发明移动体中环境信息采集电路框图；

图8为本发明所述导轨的俯视图；

图9为本发明所述触碰开关的安装位置；

图10为本发明所述触碰开关与导轨的空间位置示意图。

其中：1. 高清摄像头，2.红外测温装置，3.WIFI天线，4.气体传感器组，5.超声波传感器组，6.车轮，7.云台，8.读卡设备，9.T型导轨，91.停止位导轨，92.导向导轨，10.触碰开关，11.巡轨开关，12.停止开关。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，包括移动体、远程控制终端以及通讯装置，移动体通过通讯装置以及通讯网络实现与远程控制终端的相互通信。移动体用于对隧道进行巡检，包括对电缆的巡检以及对隧道内空气质量的实时监控。远程控制终端设置在控制中心，用于接收移动体监测的数据，并根据实时监测数据和预设标准控制移动体的作业状态。

移动体是整个系统的运动执行部件，其上搭载有信息采集设备。在本发明中移动体包括壳体，壳体上设置有控制装置、运动执行机构、气体检测装置、电缆检测装置、导航定位装置以及电源管理装置；控制装置的输入端分别与导航定位装置、气体检测装置、电缆检测装置连接，控制装置的输出端连接运动执行机构；控制装置的通讯端口经通讯装置以及通讯网络与远程控制终端进行数据传输。其中导航定位装置实时采集隧道内移动体运动状态以及路况信息并反馈给控制装置，控制装置处理信息后控制运动执行机构动作；气体检测装置和电缆检测装置实时采集隧道环境信息传输给控制装置，并由控制装置将采集到的信息经通讯装置及通讯网络发送给远程控制终端；远程控制终端还通过通讯装置及通讯网络将控制指令发送给控制装置以控制运动执行机构动作。

本发明中，由于图像采集和数据处理对控制芯片的运算速度要求较高，仅仅靠单片机不能满足这些要求，因此本发明中采用计算速度较快、运行稳定性能好的工业控制计算机完成这部分的工作；而工控机在运动控制和AD转换等硬件控制上面不如单片机好用，所以采用这种组合方式，可以扬长避短。

因此本发明的控制装置采用工控机和单片机相结合的结构，工控机和单片机通过串口连接，工控机的输入端连接电缆检测装置的输出端，工控机的输出端经通讯装置以及通讯网络与远程控制终端进行数据传输，即通过工控机实现图像数据的采集与存储、数据分析计算以及通信等功能；单片机的输入端分别与气体检测装置和导航定位装置连接，单片机的输出端连接运动执行机构，即通过单片机实现传感器数据采集、运动控制、导航以及电源管理等功能。

运动执行机构包括设置在壳体下方的车轮、驱动车轮行进的直流减速电机以及转速反馈闭环调速装置，直流减速电机的输出轴经联轴器连接车轮；本实施例中，移动体的壳体采用四面体结构，因此运动执行机构共设置有四套，运动执行机构受控于控制装置的指令。控制装置可以通过控制运动执行机构实现移动体的前进、后退、左转、右转、原地转圈和原地静止等动作。

运动执行机构的转速反馈闭环调速装置包括编码器和全桥驱动模块，编码器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经全桥电机驱动模块连接直流减速电机。编码器用于采集车轮的转速并将转速信息传递给控制装置，控制装置调用PID算法计算要达到设定转速需要的输出，并调节输出PWM信号的占空比，以此达到调速的目的。

电机驱动模块用于在控制装置的指令下驱动直流减速电机运行。本实施例中电机驱动模块由8片大功率MOS管及周边元件组成，每两个MOS管控制一个电机的正反转。控制装置与电机驱动模块之间通过8根PWM控制线连接，分别控制8个MOS管的开合时间，控制装置通过改变控制线搭载信号的占空比，来调节直流减速电机的转速和转向。本发明中，同侧直流减速电机为一组，同组直流减速电机运动状态相同。

直流减速电机电压为直流24V，具有转速低、扭矩大的特点，对于隧道的坡道等地形有很好的适应性。

导航定位装置实时采集隧道内移动体运动状态以及路况信息，包括超声波传感器组、三轴陀螺仪以及射频卡识别装置；超声波传感器组用于检测移动体行进方向并判断移动体前方是否有障碍物；三轴陀螺仪用于采集移动体角速度，以便于控制装置控制运动执行机构在隧道路口处完成安全转弯动作；射频卡识别装置用于识别隧道路口。超声波传感器组、三轴陀螺仪以及读卡设备的输出端分别与单片机的信号输入端口连接，单片机根据超声波传感器组、三轴陀螺仪以及读卡设备传输的信息控制运动执行机构的动作。

本发明中，考虑到隧道的空间特性，超声波传感器组采用多个超声波传感器探测移动体与墙壁的距离，综合多个超声波传感器采集到的信息，可以判断出移动体与隧道两侧壁面的距离以及移动体与前进方向的倾斜角度。本实施例中，超声波传感器的布局为：壳体前端面布置一个超声波传感器，用于判断移动体行进方向是否有障碍物；左侧端面平行前进方向等间距布置3个，右侧端面平行前进方向等间距布置3个，如图2所示，根据左右侧6个超声波传感器采集的与墙壁之间的距离值，可以计算出移动体距离左侧墙壁的最短距离、距离右侧墙壁的最短距离以及移动体当前朝向与理想朝向的偏差角度。单片机根据移动体的位置偏移量和角度偏移量，给出行进修正。

移动体位置偏差示意图如图6所示，移动体的偏移量为：W=(L1+L2-R1-R2)/2，移动体的角度偏移量为：а=arcsin(R2-R1)/(Long)。

三轴陀螺仪水平固定安装在移动体的壳体上，可以返回移动体在x,y,z三个轴上的角速度。当移动体运行到隧道路口需要更路径的时候，仅使用超声波传感器组不能有效实现精确转角，因此本发明采用三轴陀螺仪完成移动体的精确转向。规定xy平面为水平面，由于隧道内部基本上水平路面，所以只采集陀螺仪以z轴为旋转中心的角速度w_z，在某段时间内对w_z进行积分，积分结果即为在该时间段内移动体绕z轴旋转的角度，根据该结果即可完成移动体在隧道路口的精确转弯控制。

当然，三轴陀螺仪也可以应用在移动体直道行进过程中，对w_z进行积分，积分值即为当前实际行进方向与理想行进方向的偏差角度，与超声波传感器组配合，互为校检，提升直行时方向的正确性。由于隧道中部分路段本身就是稍有弯曲的，移动体行进过程中陀螺仪的z轴角速度积分值必然会有偏差，这种误差是隧道本身的弯曲造成的；对此，可以在超声波传感器探测到偏差角度接近于零时，对积分值进行清零，然后继续积分。采用这种方法可以消除隧道直线度较差时三轴时陀螺仪的反馈误差。

射频卡识别装置包括射频卡和读卡设备；射频卡作为路标使用，设置在隧道内部的各个路口处；读卡设备设置在移动体的壳体底部，为保证读卡设备能顺利读取路口地表放置的射频卡，应将移动体底盘与地面距离控制在10cm以内。当移动体移动到路口位置时，通过读卡设备读取该路口的射频卡，匹配射频卡信息就能确定移动体当前所处的路口，这样就可以保证移动体在移动过程中对路线的正确选择，以便顺利遍历隧道。

气体检测装置主要用于监测隧道内空气质量，包括传感器组和声光报警器；传感器组用于监测空气质量，其输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端口连接声光报警器。

传感器组包含温湿度传感器和多种空气质量传感器，空气质量传感器主要有：硫化氢传感器、一氧化碳传感器、氢气传感器、烟雾传感器、甲烷传感器等。上述传感器中，温湿度传感器是采用单行通信向单片机发送数据，其余各传感器由于输出的信号为电压模拟量，因此可通过8选1模拟开关连接单片机的模数转换（ADC）采集端，即各空气质量传感器的电压输出端分别连接在模拟开关8通道中的一个通道上，而单片机的模数转换（ADC）采集端连接在模拟开关的公共端引脚上，单片机通过3根信号线与模拟开关的选择引脚连接，对通道进行选择。本实施例中，模拟开关采用74HC4051芯片，如图7所示。模拟开关的设置，可使得气体传感器组只需要使用单片机的一路模数转换（ADC）采集端，节省了单片机的IO口资源。

移动体在运行过程中，单片机定时对各传感器检测的电压信号进行AD转换，并判断当前环境的空气质量是否满足设定的标准。若不满足，单片机则控制移动体上搭载的声光报警器发出警报，同时终止巡检任务并快速移动到下一路口，在下一路口通过通讯装置和通讯网络向远程控制终端发送警告信息和当前所处路段信息。

电缆检测装置用于对隧道内的电缆状态进行采集。电缆在使用过程中，可能会因为绝缘层老化、受损或腐蚀造成绝缘层裸露而失去绝缘能力；也可能会因为电缆截面选择不当，线路中接入过多或功率过大的电气设备，使得电缆流过的电流值超过安全电流值，引起电缆发热，从而加速绝缘层老化；还有可能由于安装质量差，造成电缆与电气设备接头处连接不牢固而造成接触电阻过大，发热量过大等等，这些都会对电缆的正常使用造成危害。因此本发明移动体中的电缆检测装置设置了高清摄像头和红外测温装置，高清摄像头和红外测温装置通过支架设置在位于壳体顶部的云台上，高清摄像头经视频卡连接工控机的输入端，红外测温装置直接与工控机连接。

在移动体运行过程中，摄像头和红外测温装置在云台的带动下左右旋转，来采集隧道两侧的电缆信息。本发明中的视频卡可直接采集摄像头图像，再由工控机读取视频卡的数据并进行存储，工控机分析摄像头拍摄的图片信息，综合电缆破损后暴露导线的多彩特性，可以识别电缆是否有严重破损；还可通过分析红外测温装置返回的温度数据，判断电缆内部是否发生异常过热现象。

电缆破损的判断方法具体为：电缆隧道里面灰尘较多且电缆线为黑色，隧道墙壁为褐黄色或淡灰色，而暴漏导线的颜色则有多种颜色；摄像头传回的数据为RGB格式，工控机将图像数据存储在一个3维数组里面，通过搜索数组里面是否有与导线颜色匹配的像素区域即可判断电缆绝缘层是否破损，即若数组里面有彩色区域出现，则可认定电缆绝缘层破损。

电缆过热故障的判断方法具体为：由于工控机内存储有电缆正常工作时对应的红外测温装置的测量值，以此值作为阈值，与红外测温装置实时采集的数据进行比对，一旦有多个返回值超过阈值，则认为电缆发生过热故障。

如工控机的分析结果为电缆故障，则向远程控制终端发送视频数据、警报和移动体当前所处的路段信息，终端工作人员可以在隧道机器人上位机界面观看电缆拍摄画面，防止控制装置的误报和漏报。

通讯装置配合通讯网络完成移动体和远程控制终端之间的信息传输，由于隧道内部无线通信网络的构建难度较大，且通信质量难以保证，因此本发明有线通讯网络和无线通讯网络联合使用的方案，即通讯装置中包含了移动体无线WiFi模块、电力载波线缆、电力载波通信设备以及外网接口，本发明的通讯网络构架如图4所示。

其中：移动体无线WiFi模块搭载在移动体上面，用于实现移动体内控制装置与远程控制终端之间的数据通讯；电力载波线缆铺设在隧道内，是采用电力载波技术配合隧道内部铺设好的照明供电线，实现数据信息的传输；电力载波通信设备设置在隧道内的各个路口，与电力载波线缆构建成隧道内部电力载波有线通讯网络。外网接口设置在隧道出口处，用于与移动体无线WiFi模块匹配，构成无线通讯网络，实现与移动体与远程控制终端之间的数据通信。

电力载波有线通讯网络中的电力载波通信设备包括单体WiFi模块和电力载波调制调解器，单体WiFi模块与移动体无线WiFi模块匹配，电力载波调制调解器的一端与连接单体WiFi模块、另一端连接电力载波线缆，电力载波线缆与外网接口连接。

在本发明中，电力载波通信设备和射频卡配套安装，当移动体运动到路口处检测到该路口放置的射频卡后，工控机控制移动体上搭载的移动体无线WiFi模块进入工作模式，移动体无线WiFi模块与该路口的单体WIFI模块连接后，工控机便可将上一路口的环境检测结果发送给电力载波调制调解器，电力载波调制调解器接收到信息后通过电力载波电缆将数据传送到外网接口，再通过无线通讯网络将数据信息传输给远程控制终端。由于受到电力载波技术对传输数据速度的限制，移动体移动到隧道内路口处时，仅上传上一路段的检测结果，并不上传大量检测数据。

当然，在电力载波有线通讯网络在隧道路口处进行数据传输的过程中，还同时接收来自远程控制终端的运动路线命令，例如：是否变换路径、是否返回上一路段重新检查等控制命令，如没有相关命令，移动体按照默认的路径继续前行完成遍历巡视任务。

本发明中，移动体移动到隧道出口后，仍是采用外网接口通过无线通讯网络实现与远程控制终端之间的数据通信，将检测到的大量数据发送出去，并接收下一步运动的指令，同时进行电池的充电工作。

电源管理装置用于为移动体上的各个设备进行供电，包括电源模块、电压调节装置和自充电装置。电源模块采用24V铅酸蓄电池，该种电池容量大，输出稳定，可以反复充电。24V铅酸蓄电池可以直接给电机驱动模块供电，同时也可经电压调节装置降压后给控制装置和其他设备供电。

电压调节装置可以实现电源电压检测功能和降压稳压功能。电源电压检测功能是通过分压电路将高电压分压后由控制装置进行AD转换，再将转换结果乘以分压比例即可得当前的电源电压，通过对当前电源电压的检测，来判断电源模块的电量是否充足。降压稳压功能由LM2596稳压芯片实现。

自充电装置可以实现移动体的精确定位和充电接头的自动插拔，具体包括充电点定位机构和自动插拔充电接头机构。本发明中，自动充电功能的实现关键在于充电接头与电源母座的准确对接，仅仅依靠超声波传感器无法实现精确定位。因此在本发明中通过在地面上铺设导轨，使移动体能够沿导轨移动到充电位置，实现充电头与母座的精确对接。具体地，本发明的充电点定位机构包括包括设置在充电点地面上的导轨和设置在移动体壳体底盘前端的触碰开关。

本发明中，导轨为T型导轨9，如图8所示，包括横向的停止位导轨91和竖向的导向导轨92，停止位导轨长120cm，导向导轨长150cm。移动体沿导向导轨向停止位导轨运动，当运动到停止位导轨位置时停止，停止的位置就是精确的充电位置。导轨的截面设计为下方上圆，中间以掏空节省材料。

触碰开关10通过探测导轨完成移动体的精确定位，触碰开关的平面布置图如图9所示。触碰开关包括巡轨开关11和停止开关12，巡轨开关用于使移动体能够在T型导轨上进行直线运动，停止开关用于当移动体移动到T型导轨的停止位时使移动体停止运动，以进行充电动作。触碰开关选用圆形头触碰开关，触碰开关通过弹簧与车体连接，保证其有一定的上下移动裕度，使其可以擦过导轨而不损坏。触碰开关一端接地，一端接单片机上拉输入引脚，当触碰开关碰到导轨被压下时，与之连接的单片机引脚会变成低电平状态，单片机根据此信号会发出使移动体进行运动修正的指令。

巡轨开关至少包含两个，两个巡轨开关并列设置在壳体底盘前端，移动体与导轨的理想相对位置是导轨位于移动体底盘上正中间的两个巡轨开关之间，如图10所示，通过运动修正使移动体的实际相对位置向理想相对位置靠拢。当移动体刚进入导轨地段时，并不能保证导轨就在中间两个巡轨开关的探测范围，本实施例中可通过增设在正中间的两个巡轨开关旁边分别再平行设置一个寻轨开关，来增大移动体对导轨的搜索范围。

具体的，当移动体进入到导轨地段，若最右侧的巡轨开关碰到导轨，则移动体向右偏转，并通过左右微调使导轨始终处于正中间的两个巡轨开关之间；反之，当最左侧的巡轨开关碰到导轨，则移动体向左偏转，并进行方向微调修正位置。如果导向导轨长度太小，移动体可能一直左右摇摆，并不能稳定前进，本发明中长150cm的导向导轨完全可以满足运动修正要求。

停止开关设置在底盘的最前端，停止开关碰到T型导轨的停止位导轨时，移动体停止移动，此时的位置就是准确的充电位置。

自动插拔充电接头机构完成充电接头的自动插拔作业，自动插拔充电接头机构包括设置移动体上的直线电机，充电接头设置在直线电机的输出端。当移动体移动到充电点时，可控制直线电机动作，将充电接头插入充电点的电源母座中即可。本实施例中，直线电机竖直安装在壳体底盘的中部，直线电机的输出轴垂直于地面设置，充电接头也竖直向下安装在直线电机的输出轴末端；充电点的电源母座设置在地面上，电源母座入口要适当增大，方便插头接入。

移动体停在充电位置后，直线电机动作，带动充电接头向下运动，使其插入到电源母座中，完成充电对接。充电完成后，直线电机动作拔出插头，移动体反向运动离开充电位置，开始下一步的巡检工作。

远程控制终端为安装有windows操作系统的计算机，该计算机通过外网接口连接到电力载波有线通讯网络，计算机内嵌装有与移动体相配套上位机软件，通过该软件可以直观读取隧道内部环境信息，并且对移动体进行动作控制。软件有气体检测数据浏览界面、图像浏览界面和运动控制界面，可以帮助控制人员完成对机器人的控制工作。

本发明用于隧道电缆进行巡检时，具体流程如图5所示，具体为：首先将移动体放置在隧道入口处，依次开启通讯网络、远程控制终端上位机软件以及移动体；移动体程序进行初始化，完成各个硬件的自检，并与远程控制终端建立网络连接。其次，移动体按照远程控制终端发出的默认路线进行隧道巡检作业；巡检过程中，实时进行方向修正，并采集摄像头、红外测温装置以及其他传感器组的数据，做出初步判断及存储。然后，判断是否到达隧道路口，如到达路口则结束上一路段的检测，并将上一路段的检测结果传输给远程控制终端；同时接收远程控制终端发出的新指令。若有新指令，则更改新路径后再继续巡检；若无新指令，则按照默认路线继续进行巡检。最后，当移动体移动到隧道出口处时，便可将隧道内采集的所有数据传输给远程控制终端，并开始对移动体进行充电。

Claims (10)

1.用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：包括用于对隧道进行巡检的移动体以及设置在控制中心的远程控制终端，移动体和远程控制终端之间通过通讯装置以及通讯网络相互通信；所述移动体包括壳体以及设置在壳体上的控制装置、运动执行机构、气体检测装置、电缆检测装置、导航定位装置以及电源管理装置；所述导航定位装置实时采集隧道内移动体运动状态以及路况信息并反馈给控制装置，控制装置处理信息后控制运动执行机构动作；气体检测装置和电缆检测装置实时采集隧道环境信息传输给控制装置，并由控制装置将采集到的信息经通讯装置及通讯网络发送给远程控制终端；所述远程控制终端经通讯装置及通讯网络将控制指令发送给控制装置以控制运动执行机构动作。

2.根据权利要求1所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述控制装置包括通过串口连接的一台工控机和一个单片机；所述工控机的输入端连接电缆检测装置的输出端，工控机的输出端经通讯装置以及通讯网络与远程控制终端进行数据传输；所述单片机的输入端分别与气体检测装置和导航定位装置连接，单片机的输出端连接运动执行机构。

3.根据权利要求2所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述运动执行机构包括设置在壳体下方的车轮、驱动车轮行进的直流减速电机以及转速反馈闭环调速装置，直流减速电机的输出轴经联轴器连接车轮；所述转速反馈闭环调速装置包括编码器和全桥驱动模块，编码器的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端经全桥电机驱动模块连接直流减速电机。

4.根据权利要求2所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述导航定位装置包括用于检测移动体行进方向并判断移动体前方是否有障碍物的超声波传感器组、用于采集移动体角速度的三轴陀螺仪以及用于识别隧道路口的射频卡识别装置，其中射频卡识别装置包括设置在移动体上的读卡设备和设置在隧道路口处的射频卡；所述超声波传感器组、三轴陀螺仪以及读卡设备的输出端分别与单片机的信号输入端口连接。

5.根据权利要求2所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述气体检测装置包括用于监测空气质量的传感器组以及声光报警器，传感器组的输出端连接单片机的输入端，单片机根据传感器组采集的数据分析当前隧道空气质量是否满足设定标准，若不满足则触发声光报警器。

6.根据权利要求2所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述电缆检测装置包括高清摄像头和红外测温装置，所述高清摄像头和红外测温装置通过支架设置在位于壳体顶部的云台上，高清摄像头经视频卡连接工控机的输入端，红外测温装置直接与工控机连接。

7.根据权利要求1所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述通讯装置包括设置在移动体上的移动体无线WiFi模块、设置在隧道内的电力载波线缆、设置在隧道路口的电力载波通信设备以及设置在隧道出口处的外网接口，其中电力载波通信设备包括与移动体无线WiFi模块匹配的单体WiFi模块和电力载波调制调解器，所述电力载波调制调解器的一端与连接单体WiFi模块、另一端连接电力载波线缆，电力载波线缆与外网接口连接，外网接口通过无线网络与远程控制终端相互通信。

8.根据权利要求1所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述电源管理装置包括电源模块和电压调节装置，所述电源模块经电压调节装置为控制装置、运动执行机构、气体检测装置、电缆检测装置以及导航定位装置供电。

9.根据权利要求8所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述电源管理装置还包括自充电装置，自充电装置包括充电点定位机构和自动插拔充电接头机构，所述充电点定位机构包括设置在充电点地面上的T型导轨和设置在移动体壳体底盘前端用于感知T型导轨的触碰开关，触碰开关的一端接地，另一端接单片机上拉输入引脚；所述自动插拔充电接头机构包括设置移动体上的直线电机，充电接头设置在直线电机的输出端。

10.根据权利要求1所述的用于电缆隧道的智能机器人巡检系统，其特征在于：所述远程控制终端为安装有与移动体相配套上位机软件的计算机，计算机通过无线网络与隧道出口处的外网接口相互通信。