CN106150542A - 壁装式隧道巡检救援机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，具体地说是一种壁装式隧道巡检救援机器人，包括轨道、轨道支架、轨道端头、车体、蓄电池、行进机构、导向机构等，轨道通过轨道支架固定在隧道侧壁上，蓄电池为车体提供电力，车体在行进机构和导向机构作用下，在轨道上自由行进，车体上安装了视觉成像传感器、红外热成像传感器、激光3维成像传感器、照度传感器、气体浓度检测传感器、温湿度传感器等多种传感器，可实时对交通隧道的环境和设备进行检测，及时发现异常状况，必要时，可将紧急救援包抛下，用于救援。

Description

壁装式隧道巡检救援机器人

技术领域

本发明涉及交通隧道巡检救援领域，具体地说是一种壁装式隧道巡检救援机器人。

背景技术

交通隧道是交通运输的咽喉，其安全生产和可靠运行具有极其重要的意义。交通隧道内部设施数量众多、布局分散，需要定期巡检和维护，当发生事故时，还需快速展开救援工作。目前交通隧道巡检救援多依赖人工，巡检工作量大，成本很高，巡检结果依托巡检人员的综合感官，巡检过程数据难以详细记录和存储，巡检结论也以简单定性判断为主，有时难以及时发现设备异常和潜在的故障隐患，发生重大事故时，事故发生地与救援人员之间往往相距距离较远，重大事故很难及时感知和发现，并及时做出救援响应。

壁装式隧道巡检救援机器人通过架设在隧道侧壁的轨道，实现装载巡检和救援设备的移动机构在轨道上的精确移动，定期对隧道环境和重要设施进行巡检和维护，完成一些人工巡检难以完成的任务，从而提高巡检质量，提升交通隧道运营的自动化水平，发生事故时，也能及时移动到事故现场，投放救援装置，指挥、引导救援工作。

交通隧道长度大、弯道多、空间局促，交通隧道内动力线路和有线通讯线路铺设难度高，要保证壁装式隧道巡检救援机器人能实现长距离、高频次的巡检和救援，就要求它要具备长距离的续航能力，同时不能过多地占用交通隧道的内部空间，能在交通隧道内不铺设动力和有线通讯线路的前提下，完成通讯和移动工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于交通隧道的壁装式隧道巡检救援机器人，它能长期运行在交通隧道内，能长距离快速地在交通隧道内进行精确移动，能实时收集交通隧道内温度、照度、危害气体浓度等重要参数，判断交通隧道运营的安全状况和设备运行情况，发生事故时，能快速移动到事故现场，投放紧急救援设备。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括轨道、轨道支架、轨道端头、车体，轨道支架固定在隧道侧壁上，每隔一定距离，轨道与轨道支架相连，轨道与隧道侧壁平行，车体与轨道接触，在轨道上可移动，轨道的起端和末端安装有轨道端头。

本发明包括远程控制中心、有线通讯线路、无线通讯基站、车体，无线通讯基站、车体安装在隧道内部，远程控制中心在隧道的外部，车体上装有无线信号收发器，车体通过无线信号收发器与无线通讯基站建立通讯联系，无线通讯基站通过有线通讯线路建立同远程控制中心的通讯联系，形成一个有线通讯和无线通讯相结合的通讯网络，车体通过该网络与远程控制中心建立通讯联系。

本发明包括充电电排，充电电排位不与轨道接触，它包括两块平行排列的充电电排金属电极和充电电排固定支架，充电电排固定支架固定在隧道侧壁上，两个充电电排金属电极同充电电源相连，充电电排金属电极与充电电排固定支架连接。

所述车体装有车载充电接触器，车载充电接触器包括车载充电接触器电刷、车载充电接触器弹簧、车载充电接触器电源线，车载充电接触器电刷由导电性质良好的材料构成，同车载充电接触器弹簧相连接，车载充电接触器弹簧在车载充电接触器电刷下部，车载充电接触器电源线同蓄电池管理器充电管理模块相连，车体经过充电电排时，充电电排的两个充电电排金属电极会分别同车载充电接触器的两个车载充电接触器电刷接触。

所述车体装有车体定位射频传感器，轨道上安装有射频位置标签，车体经过轨道上安装的射频位置标签时，车体定位射频传感器从射频位置标签正面非接触扫过，此时车体定位射频传感器与射频位置标签建立起无线通讯联系。

所述车体包括导向机构和行进机构，导向机构位于底盘的前部和后部，同底盘相连，行进机构位于底盘的中部，同底盘相连，行进机构安装于两个导向机构之间的位置。

所述导向机构由导向轮、行进轮、转向主轴、导向轮轴、行进轮轴组成，导向轮以导向轮轴为中心转动，行进轮以行进轮轴为中心转动，导向轮轴与行进轮轴垂直，导向轮与行进轮都与轨道的外表面接触，导向轮轴与行进轮轴均与转向主轴相连，导向轮和轨道接触发生作用力后，围绕转向主轴发生转动，进而带动行进轮、导向轮轴、行进轮轴一起围绕转向主轴中心发生同方向转动，转向主轴上部同底盘连接。

所述行进机构由行进机构动力轮、行进机构皮带轮、行进机构皮带、行进机构轮轴、行进机构电机构成，行进机构电机通过行进机构皮带与行进机构皮带轮相连，行进机构轮轴从行进机构皮带轮中心穿过，两端同行进机构动力轮相连，行进机构电机通过行进机构皮带带动行进机构皮带轮转动，行进机构皮带轮转动后带动行进机构轮轴产生转动，进而带动行进机构动力轮转动。

所述导向轮、行进轮、行进机构动力轮的最外层采用弹性非金属材质。

所述车体装有蓄电池、蓄电池管理器，蓄电池为车体所有用电设备提供电力供应，蓄电池管理器包括蓄电池管理器充电管理模块、蓄电池管理器电源输出管理模块、蓄电池管理器蓄电池状态监测模块，蓄电池管理器充电管理模块同蓄电池正负极、车载充电接触器电源线相连，蓄电池管理器电源输出管理模块包含变压器器件，输入端同蓄电池正负极相连，输出端同蓄电池管理器电源输出线相连，蓄电池管理器电源输出线同车体所有用电设备相连，蓄电池管理器蓄电池状态监测模块的一端同蓄电池正负极相连，另外一端同车体控制器相连，蓄电池管理器蓄电池状态监测模块向车体控制器传送蓄电池的电压、电流、内阻的状态信息。

所述车体包括云台、视觉成像传感器、红外热成像传感器、激光3维成像传感器、照明灯，云台位于车体顶部，视觉成像传感器、红外热成像传感器、激光3维成像传感器、照明灯这四种设备任意几种组合均可安装在云台上，可伴随云台的旋转而转动。

所述车体安装有照度传感器、气体浓度检测传感器、温湿度传感器。

所述车体安装有紧急救援包，紧急救援包内装医疗急救器材、事故救援器材、消防器材中的一种或者几种。

所述车体包括紧急救援包电磁锁，紧急救援包电磁锁安装于车体靠隧道路面一侧，紧急救援包电磁锁具有关闭和打开两种模式，紧急救援包电磁锁关闭时，紧急救援包电磁锁连接紧急救援包，紧急救援包电磁锁打开时，紧急救援包从紧急救援包电磁锁上脱离。

所述车体包括防撞机构，防撞机构安装在车体的最前部和最后部。

所述车体包括警报器、拾音器、扬声器，警报器安装在车体顶部。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明可大量减少现有交通隧道的人工巡检工作，提高工作效率和巡检管理水平，减少交通隧道不良环境对于巡检人员身体的危害，提高交通隧道救援的响应速度，减少发生隧道重大事故时的伤亡率。

2、本发明所用的轨道安装于交通隧道侧壁，轨道支架结构简单，不占用隧道现有路面，合理优化了交通隧道空间，便于安装和维护。

3、本发明所用车体采用蓄电池供电和充电的方式，隧道内通讯采用无线通讯的方式，使得轨道内没有电力和有线通讯线路，简化了轨道结构，便于壁装式隧道巡检救援机器人长距离复杂环境下的安装和部署，提高了系统的可靠性。

4、本发明采用车体定位射频传感器读取安装在轨道上的射频位置标签内的位置信息，来确定车体在轨道上的确切位置，读取信息时，射频位置标签不需要电力供应，无需和车体定位射频传感器接触，安装起来简单方便、成本低廉。

5、本发明采用在隧道侧壁安装轨道的方式，轨道的走向同隧道的走向一致，方便轨道的安装、维护和检修，同时车体安装有转向装置，并且转向装置同驱动装置分离，简化了整体设计，车体易于在轨道上做各种转向动作。

6、本发明采用的导向轮、行进轮、行进机构动力轮的最外层采用非金属弹性材料制成，在轨道上运行，提高了轮子的粘着力，有利于加减速，有利于在坡道上行驶，且运行时的摩擦噪音小。

7、本发明的车体外挂了紧急救援包，内装紧急救援用的医疗急救器材、事故救援器材、消防器材，隧道发生事故时，车体可快速行进至事故现场，将紧急救援包投放到现场，供紧急救援使用，减少事故现场伤亡率，防止二次事故的发生。

8、本发明采用的车体安装了包括视觉成像传感器、红外热成像传感器、激光3维成像传感器、危害气体浓度传感器、照度传感器、温湿度传感器、车体定位射频传感器等多种传感器，当车体在隧道侧壁的轨道上移动时，通过这些传感器全程获取隧道内的环境和设备信息，并将数据传回远程控制中心，方便实时分析和预警。

9、本发明中，远程控制中心通过有线通讯线路与无线通讯基站建立通讯联系，车体通过无线信号收发器与无线通讯基站建立起通讯联系，形成一个有线通讯和无线通讯相结合的通讯网络。在远程控制中心，通过该通讯网络，工作人员可以方便地给车体下达控制指令，也可方便及时地获取车体所发送的各种传感器数据，通过这些数据，远程控制中心可以显示和分析车体位置、速度、蓄电池工作状态，展现隧道内整体运行状况。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

附图说明：

图1 是本发明整体结构示意图；

图2 是本发明轨道安装位置示意图；

图3 是本发明车体侧视结构示意图；

图4 是本发明车体正视结构示意图；

图5 是本发明车体行进机构结构示意图；

图6 是本发明充电机构结构示意图；

图7 是本发明蓄电池、蓄电池管理器示意图；

图1中：(1)—远程控制中心，(2)—有线通讯线路，(3)—无线通讯基站，(4)—充电电排，(5)—轨道，(6)—轨道支架，(7)—射频位置标签， (8)—隧道侧壁，(9)—报警灯，(10)—云台， (11)—视觉成像传感器，(12)—红外热成像传感器，(13)—激光3维成像传感器，(14)—照明灯，(15)—车载充电接触器，(16)—防撞机构，(17)—紧急救援包，(18)—导向机构，(19)—行进机构，(20)—车体，(21)—轨道端头，(22)—无线信号收发器，(23)—扬声器，(24)—拾音器，(25)—照度传感器，(26)—气体浓度检测传感器，(27)—温湿度传感器，(28)—车体控制器，(29)—蓄电池管理器，(30)—蓄电池，(31)—底盘，(32)—车体定位射频传感器，(33)—导向轮，(34)—行进轮，(35)—转向主轴，(36)—导向轮轴，(37)—行进轮轴，(38)—紧急救援包电磁锁，(39)—车载充电接触器电刷，(40)—车载充电接触器弹簧，(41)—车载充电接触器基座，(42)—充电电排金属电极，(43)—充电电排固定支架，(44)—行进机构皮带轮，(45)—行进机构皮带，(46)—行进机构轮轴，(47)—行进机构电机，(48)—蓄电池管理器充电管理模块，(49)—蓄电池管理器电源输出管理模块，(50)—蓄电池管理器蓄电池状态监测模块，(51)—蓄电池管理器电源输出线， (52)—隧道路面，(53)—充电电源，(54)—充电电源线，(55)—车载充电接触器电源线，(56)—行进机构动力轮

具体实施方式：

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

系统各组成部分的连接方式如附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，壁装式隧道巡检救援机器人由远程控制中心(1)通过有线通讯线路(2)连接无线通讯基站(3)，无线通讯基站(3)与车体(20)上安装的无线信号收发器(22)建立通讯联系，车体(20)包括导向机构(18)和行进机构(19)，导向机构(18)由导向轮(33)、行进轮(34)、转向主轴(35)、导向轮轴(36)、行进轮轴(37)组成，导向轮(33)以导向轮轴(36)为中心转动，行进轮(34) 以行进轮轴(37)为中心转动，导向轮轴(36)与行进轮轴(37)垂直，导向轮(33)与行进轮(34)都与轨道(5)的外表面接触，导向轮轴(36)与行进轮轴(37)均与转向主轴(35)相连，导向轮(33)、行进轮(34)、导向轮轴(36)、行进轮轴(37)都可以围绕转向主轴(35)中心整体发生转动，转向主轴(35)同底盘(31)连接。

轨道(5)与轨道支架(6)相连，轨道支架(6)固定在隧道侧壁(8)上，轨道(5)的两端装有轨道端头(21)，轨道端头(21) 安装在轨道(5)两端接近终点的位置，轨道(5)的外表面装有射频位置标签(7)，轨道(5)上间隔一定距离会安装充电电排(4)，充电电排(4)由充电电排金属电极(42)、充电电排固定支架(43)、充电电源(53) 、充电电源线(54)构成，充电电排固定支架(43)一端固定在隧道侧壁(8)上，另外一端同充电电排金属电极(42)相连，充电电源(53)同充电电源线(54)相连，两个充电电排金属电极(42)分别同充电电源线(54)的电线相连。

车体(20)包括云台(10)、视觉成像传感器(11)、红外热成像传感器(12)、激光3维成像传感器(13)、照明灯(14)，云台(10)安装在车体(20)顶部相连，视觉成像传感器(11)、红外热成像传感器(12)、激光3维成像传感器(13)、照明灯(14)安装于云台(10)之上，并可随云台(10)的转动而转动。

车体(20)包括报警灯(9)和车载充电接触器(15)，报警灯(9)和车载充电接触器(15)安装于车体(20)上，车载充电接触器(15)由车载充电接触器电刷(39)、车载充电接触器弹簧(40)、车载充电接触器基座(41)、车载充电接触器电源线(55)组成，车载充电接触器弹簧(40)上端连接车载充电接触器电刷(39)，下端连接车载充电接触器基座(41)，车载充电接触器电刷(39)由导电性质良好的材料构成，当车体(20)在行进中，车载充电接触器电刷(39)触碰到充电电排金属电极(42)时，车载充电接触器弹簧(40)会给车载充电接触器电刷(39)弹力，使车载充电接触器电刷(39)和充电电排金属电极(42)更加紧密接触，将来自充电电源线(54)的电流通过车载充电接触器电刷(39)、车载充电接触器弹簧(40)、车载充电接触器基座(41)、车载充电接触器电源线(55)引入到蓄电池管理器(29)中的蓄电池管理器充电管理模块(48)。

车体(20)包括防撞机构(16)、底盘(31)和车体定位射频传感器(32)，防撞机构(16)位于车体(20)的前后两端，底盘(31)位于车体(20)的下端，底盘(31)同导向机构(18)、行进机构(19)、车体定位射频传感器(32)相连，导向机构(18)位于行进机构(19)的前后两端，车体(20)行进时，车体定位射频传感器(32)会从安装于轨道(5)上的射频位置标签(7)的正面方向扫过，此时车体定位射频传感器(32)不与射频位置标签(7)发生接触。

车体(20)包括行进机构(19)，行进机构(19)由行进机构动力轮(56)、行进机构皮带轮(44)、行进机构皮带(45)、行进机构轮轴(46)、行进机构电机(47)构成，行进机构电机(47)通过行进机构皮带(45)与行进机构皮带轮(44)相连，行进机构轮轴(46)从行进机构皮带轮(44)中心穿过，两端同行进机构动力轮(56)相连，行进机构电机(47)通过行进机构皮带(45)带动行进机构皮带轮(44)转动，行进机构皮带轮(44)转动后直接带动行进机构轮轴(46)产生转动，进而带动行进机构动力轮(56)转动。

车体(20)内部装有蓄电池管理器(29)、蓄电池(30)，蓄电池(30)为车体(20)所有设备提供电力，蓄电池管理器(29)包括蓄电池管理器充电管理模块(48)、蓄电池管理器电源输出管理模块(49)、蓄电池管理器蓄电池状态监测模块(50)、蓄电池管理器电源输出线(51)、车载充电接触器电源线(55)，蓄电池管理器充电管理模块(48)同蓄电池(30)正负极、车载充电接触器电源线(55)相连，蓄电池管理器电源输出管理模块(49) 输入端同蓄电池(30)正负极相连，输出端同蓄电池管理器电源输出线(51)相连，给车体所有用电设备供电，蓄电池管理器蓄电池状态监测模块(50)同蓄电池(30)正负极相连，也同车体控制器（28）相连。

车体(20)内安装有车体控制器(28)、扬声器(23)、拾音器(24)、照度传感器(25)、气体浓度检测传感器(26)、温湿度传感器(27)。

车体(20)靠近隧道路面(52)一侧的外壳装有紧急救援包电磁锁(38)，紧急救援包电磁锁(38)连接紧急救援包(17)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：包括轨道、轨道支架、轨道端头、车体，轨道支架固定在隧道侧壁上，每隔一定距离，轨道与轨道支架相连，轨道与隧道侧壁平行，车体与轨道接触，在轨道上可移动，轨道的起端和末端安装有轨道端头。

2.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：包括远程控制中心、有线通讯线路、无线通讯基站、车体，无线通讯基站、车体安装在隧道内部，远程控制中心在隧道外部，车体装有无线信号收发器，车体通过无线信号收发器与无线通讯基站建立通讯联系，无线通讯基站通过有线通讯线路建立同远程控制中心的通讯联系，形成一个有线通讯和无线通讯相结合的通讯网络，车体通过该网络与远程控制中心建立通讯联系。

3.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：包括充电电排，充电电排不与轨道接触，它包括两块平行排列的充电电排金属电极和充电电排固定支架，充电电排固定支架固定在隧道侧壁上，两个充电电排金属电极同充电电源相连，充电电排金属电极与充电电排固定支架连接。

4.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体装有车载充电接触器，车载充电接触器包括车载充电接触器电刷、车载充电接触器弹簧、车载充电接触器电源线，车载充电接触器电刷由导电性质良好的材料构成，同车载充电接触器弹簧相连接，车载充电接触器弹簧在车载充电接触器电刷下部，车载充电接触器电源线同蓄电池管理器充电管理模块相连，车体经过充电电排时，充电电排的两个充电电排金属电极会分别同车载充电接触器的两个车载充电接触器电刷接触。

5.按权利要求1 所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体装有车体定位射频传感器，轨道上安装有射频位置标签，车体经过轨道上安装的射频位置标签时，车体定位射频传感器从射频位置标签正面非接触扫过，此时车体定位射频传感器与射频位置标签建立无线通讯联系。

6.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体包括导向机构和行进机构，导向机构位于底盘的前部和后部，同底盘相连，行进机构位于底盘的中部，同底盘相连，行进机构安装于两个导向机构之间的位置。

7.据权利要求6所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：导向机构由导向轮、行进轮、转向主轴、导向轮轴、行进轮轴组成，导向轮以导向轮轴为中心转动，行进轮以行进轮轴为中心转动，导向轮轴与行进轮轴垂直，导向轮与行进轮都与轨道的外表面接触，导向轮轴与行进轮轴均与转向主轴相连，导向轮和轨道接触发生作用力后，围绕转向主轴发生转动，进而带动行进轮、导向轮轴、行进轮轴一起围绕转向主轴中心发生同方向转动，转向主轴上部同底盘连接。

8.据权利要求6所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：行进机构由行进机构动力轮、行进机构皮带轮、行进机构皮带、行进机构轮轴、行进机构电机构成，行进机构电机通过行进机构皮带与行进机构皮带轮相连，行进机构轮轴从行进机构皮带轮中心穿过，两端同行进机构动力轮相连，行进机构电机通过行进机构皮带带动行进机构皮带轮转动，行进机构皮带轮转动后带动行进机构轮轴产生转动，进而带动行进机构动力轮转动。

9.据权利要求7、8所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：导向轮、行进轮、行进机构动力轮的最外层采用弹性非金属材料制成。

10.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体装有蓄电池、蓄电池管理器，蓄电池为车体所有用电设备提供电力供应，蓄电池管理器包括蓄电池管理器充电管理模块、蓄电池管理器电源输出管理模块、蓄电池管理器蓄电池状态监测模块，蓄电池管理器充电管理模块同蓄电池正负极、车载充电接触器电源线相连，蓄电池管理器电源输出管理模块包含变压器器件，输入端同蓄电池正负极相连，输出端同蓄电池管理器电源输出线相连，蓄电池管理器电源输出线同车体所有用电设备相连，蓄电池管理器蓄电池状态监测模块一端同蓄电池正负极相连，另外一端同车体控制器相连，蓄电池管理器蓄电池状态监测模块向车体控制器传送蓄电池的电压、电流、内阻的状态信息。

11.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体包括云台、视觉成像传感器、红外热成像传感器、激光3维成像传感器、照明灯，云台位于车体顶部，视觉成像传感器、红外热成像传感器、激光3维成像传感器、照明灯这四种设备任意几种组合均可安装在云台上，可伴随云台的旋转而转动。

12.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体安装有照度传感器、气体浓度检测传感器、温湿度传感器。

13.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体安装有紧急救援包，紧急救援包内装医疗急救器材、事故救援器材、消防器材中的一种或者几种。

14.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体包括紧急救援包电磁锁，紧急救援包电磁锁安装于车体靠隧道路面一侧，紧急救援包电磁锁具有关闭和打开两种模式，紧急救援包电磁锁关闭时，紧急救援包电磁锁连接紧急救援包，紧急救援包电磁锁打开时，紧急救援包从紧急救援包电磁锁上脱离。

15.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体包括防撞机构，防撞机构安装在车体的最前部和最后部。

16.据权利要求1所述的轨道式隧道巡检救援机器人，其特征在于：车体包括警报器、拾音器、扬声器，警报器安装在车体顶部。