CN107390676A - 隧道巡检机器人及隧道巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供了隧道巡检机器人及隧道巡检系统，隧道巡检机器人包括中央控制单元、数据采集单元、激光导航单元、通讯单元、驱动单元、行进单元以及存储单元；中央控制单元根据检测指令控制驱动单元驱动行进单元开始运动；在隧道巡检机器人运动时，激光导航单元实时检测隧道巡检机器人的位置信息，并将位置信息发送给中央控制单元；中央控制单元根据位置信息获取隧道巡检机器人在预设地图中的位置，并控制隧道巡检机器人向预设地图中的检测目标位置运动；通过设置激光导航单元，通过激光导航单元感知路径的信息及自身所在的位置，无需在隧道中修建轨道或导航设施，具有方便实用的效益。

Description

隧道巡检机器人及隧道巡检系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及隧道巡检机器人及隧道巡检系统。

背景技术

目前，随着城市化的建设发展，导致城市用电负荷高速增长以及土地资源稀缺，居民对城市景观和居住环境提出更高的要求。传统的城市架空线输电方式已不符合城市发展趋势，使用电力隧道作为敷设城市高压电缆的通道，已成为城市发展的潮流。电力隧道内部的运行环境较为复杂，环境阴暗潮湿，空气流通不畅，不利于维护人员展开巡检工作，为了有效监测隧道内环境参数和电缆状况，排除安全隐患，隧道巡检机器人的使用成为维护电力隧道安全运行的必要手段。

现有技术中一种巡检机器人为轨道式巡检机器人，需要在隧道内架设一条机器人运行用的运载轨道，让机器人在设定的轨道上运行。其存在的缺陷为对隧道内环境要求高，需要有足够的空间安装轨道系统；对隧道内的弯道适应差，遇到较急的转弯将不适宜安装轨道。此外，巡检机器人在隧道中进行作业时，通常在整个隧道中架设的通讯装置进行实时通讯，将监测数据传回监控中心，，因此，要求隧道中有条件架设通讯装置，对老旧隧道很难达到架设通讯装置的条件，即使能架设通讯装置，在电缆隧道中无线电信号经常受电磁波影响，传输效果较差。

综上所述，现有技术中存在巡检机器人在电缆隧道中进行巡检部署时，与监控中心实时通讯效果较差以及需要安装轨道系统使机器人能在隧道中正常导航的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供巡检机器人及隧道巡检系统，以解决现有技术中存在巡检机器人在电缆隧道中进行巡检时与监控中心实时通讯效果较差以及需要安装轨道系统给机器人导航的问题。

本发明第一方面提供一种隧道巡检机器人，所述隧道巡检机器人包括中央控制单元、数据采集单元、激光导航单元、通讯单元、驱动单元、行进单元以及存储单元；

所述中央控制单元分别与所述数据采集单元、所述激光导航单元、所述通讯单元、所述驱动单元以及所述存储单元连接，所述驱动单元与所述行进单元连接；

所述通讯单元在隧道中的预设通讯区域接收到检测指令时，将所述检测指令发送给所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述检测指令控制所述驱动单元驱动所述行进单元开始运动；

在所述隧道巡检机器人运动时，所述激光导航单元实时检测所述隧道巡检机器人的位置信息，并将所述位置信息发送给所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述位置信息获取所述隧道巡检机器人在预设地图中的位置，并控制所述隧道巡检机器人向所述预设地图中的检测目标位置运动；

当所述隧道巡检机器人到达所述检测目标位置时，所述中央控制单元控制所述数据采集单元采集检测目标位置的环境信息，并将所述环境信息存储在所述存储单元中；

所述中央控制单元控制所述隧道巡检机器人向所述预设地图中所述预设通讯区域的位置运动，并在到达所述预设通讯区域时通过所述通讯单元将检测目标位置的环境信息发送出去。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述激光导航单元对所述隧道巡检机器人周围的物体进行激光扫描以获取所述隧道巡检机器人的位置信息；

所述中央控制单元将所述位置信息转换成所述预设地图中的坐标，并控制所述隧道巡检机器人向所述预设地图中的检测目标位置的坐标运动。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述数据采集单元包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雷达避障传感器、有害气体检测传感器以及烟雾检测传感器；

所述温度传感器、所述湿度传感器、所述雷达避障传感器、所述有害气体检测传感器以及所述烟雾检测传感器与所述中央控制器连接。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述隧道巡检机器人还包括摄像机和热成像仪，所述摄像机和所述热成像仪连接所述中央控制器；

所述摄像机用于采集视频信息，并将所述视频信息发送给所述中央控制器；

所述热成像仪用于采集图像信息，并将所述图像信息发送给所述中央控制器。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述隧道巡检机器人设有充电口，所述预设通讯区域设有充电装置，

所述中央控制单元根据激光导航单元实时检测的所述隧道巡检机器人的位置信息，控制所述隧道巡检机器人运动以使所述充电口与所述充电装置对接。

本发明第二方面提供一种隧道巡检系统，包括所述权利要求1至5任一项所述的隧道巡检机器人、通讯基站以及监控中心系统；

所述隧道巡检机器人在所述预设通讯区域通过所述通讯基站与所述监控中心系统交互通讯。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述通讯基站在所述隧道巡检机器人离开所述预设通讯区域后，向所述监控中心系统发送对码信号，并在所述隧道巡检机器人返回所述预设通讯区域时与所述监控中心系统交互通讯。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述隧道巡检系统包括充电装置，所述充电装置设置在所述预设通讯区域中，所述隧道巡检机器人设有充电口，所述隧道巡检机器人通过所述充电口与所述充电装置对接以进行充电。

结合第二方面，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述监控中心系统将检测目标位置的环境信息与预设信息进行比较，并在判定检测目标位置发生异常时发出告警信息。

本发明提供隧道巡检机器人及隧道巡检系统，通过设置激光导航单元，通过激光导航单元感知路径的信息及自身所在的位置，无需在隧道中修建轨道或导航设施，通过在隧道中设定具体的区域与监控中心进行通讯，无需与监控中心实时通讯并获取定位信息，解决了巡检机器人在电缆隧道中进行巡检时与监控中心实时通讯效果较差的问题，具有方便实用的效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的一种隧道巡检机器人的结构示意图；

图2是本发明另一种实施例提供的一种隧道巡检机器人的结构示意图；

图3是本发明另一种实施例提供的一种隧道巡检机器人的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供一种隧道巡检机器人，隧道巡检机器人包括中央控制单元101、数据采集单元102、激光导航单元103、通讯单元104、驱动单元106、行进单元107以及存储单元105；

中央控制单元101分别与数据采集单元102、激光导航单元103、通讯单元104、驱动单元106以及存储单元105连接，驱动单元106与行进单元107连接；

通讯单元104在隧道中的预设通讯区域接收到检测指令时，将检测指令发送给中央控制单元101；

中央控制单元101检测根据指令控制驱动单元106驱动行进单元107开始运动；

在隧道巡检机器人运动时，激光导航单元103实时检测隧道巡检机器人的位置信息，并将位置信息发送给中央控制单元101；

中央控制单元101根据位置信息获取隧道巡检机器人在预设地图中的位置，并控制隧道巡检机器人向预设地图中的检测目标位置运动；

当隧道巡检机器人到达检测目标位置时，中央控制单元101控制数据采集单元102采集检测目标位置的环境信息，并将环境信息存储在存储单元105中；

中央控制单元101根据隧道巡检机器人在预设地图中的当前位置，控制隧道巡检机器人向预设地图中预设通讯区域的位置运动，并在到达预设通讯区域时通过通讯单元104将检测目标位置的环境信息发送出去。

对于中央控制单元101，其是隧道巡检机器人本体的控制中心，用于根据所接收的信号控制机器人的其他单元。

对于通讯单元104，其为隧道巡检机器人提供通讯能力，在隧道巡检机器人到达有预定位置时，与外部监控中心进行通讯信号对接后，与外部监控中心进行数据传输的装置。

对于激光导航单元103，其是隧道巡检机器人在隧道中行进过程中进行自我位置感知的单元，隧道巡检机器人通过激光雷达导航装置采集环境信息及机器人的姿态信息，将采集的数据信息传输到机器人内部的中央控制单元101，中央控制单元101通过运算后，得出机器人的位置及姿态。

对于数据采集单元102，其是隧道巡检机器人的传感器的集成，负责对隧道中的温度、湿度、有害气体信息、烟雾浓度信息以及障碍信息等进行采集的装置。具体的，数据采集单元102包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体浓度传感器以及噪音传感器；温度传感器、湿度传感器、气压传感器、气体浓度传感器以及噪音传感器与中央控制器连接。

对于驱动单元106，其是隧道巡检机器人行进的控制单元，隧道巡检机器人采用伺服电机作为动力，在驱动器的控制下，电机旋转为履带提供行进动力。

对于行进单元107，其是隧道巡检机器人行进的执行单元，实现隧道巡检机器人在隧道中的位置移动，隧道巡检机器人采用履带式行进结构，可以有效的适应隧道中的复杂地理环境，增强通过能力。并且可以适应隧道中常规的沟槽及不平路段，通过特定形状的履带式底盘结构，可以实现机器人对隧道中楼梯的上、下功能，对环境的适应性强。

对于存储单元105，其是隧道巡检机器人中进行数据存储及管理的单元，机器人在行进过程中，将所采集的数据存储到数据存储单元105中，单元具有对数据进行管理的能力。

进一步的，隧道巡检机器人还包括电源单元，其是巡检机器人作业的基础单元，为机器人的行为提供能量。

进一步的，隧道巡检机器人还包括摄像机和热成像仪，摄像机和热成像仪连接中央控制器；摄像机用于采集视频信息，并将视频信息发送给中央控制器；热成像仪用于采集图像信息，并将图像信息发送给中央控制器。

其中，激光导航单元103对隧道巡检机器人周围的物体进行激光扫描以获取隧道巡检机器人的位置信息，中央控制单元101将位置信息转换成预设地图中的坐标，并控制隧道巡检机器人向预设地图中的检测目标位置的坐标运动。

具体的，隧道巡检机器人在隧道中运动时，通过激光导航系统，实现隧道巡检机器人在隧道中的自定位及姿态感应，隧道巡检机器人系统在部署时，首先进入地图建立模式，通过获取激光传感器、量程计及惯性传感器的检测数据，在系统中建立一套静态地图信息，在行进过程中，隧道巡检机器人中央控制单元101根据所采集激光雷达、量程计及惯性传感器的数据，通过特定的地图路径算法，计算出隧道巡检机器人在隧道中的坐标，隧道巡检机器人通过预先建立的隧道地图信息，计算出隧道巡检机器人在隧道地图中所在的位置，隧道巡检机器人按照行进策略从隧道巡检机器人所在位置向目标位置移动。

通过采用激光导航位置系统，无需在隧道中修建轨道或导航条就可感知路径的信息及自身所在的位置，无需与监控中心实时的通讯并获取定位信息，具有方便实用的效果。

进一步的，隧道巡检机器人设有充电口，预设通讯区域设有充电装置，中央控制单元101根据激光导航单元103实时检测的隧道巡检机器人的位置信息，控制隧道巡检机器人运动以使充电口与充电装置对接。

具体的，如图3所示，隧道巡检机器人的具体结构如下：行进单元107包括履带20和传动轮21，驱动单元106包括伺服电机23，机器人本体上设有中央控制仓19，中央控制仓19内设有中央控制单元101，数据采集单元102设在传感器仓24内，机器人本体上还设有通讯天线18，激光导航单元103包括激光导航仪17，机器人本体上设有云台13，云台13通过云台减震器25与机器人本体相连，云台13的一侧设有热成像仪11，热成像仪11的一侧设有补光灯12，云台13的另一侧设有高清摄像机15，高清摄像机15上设有清洁剂14，高清摄像机15的另一侧设有拾音器16。

本发明实施例隧道巡检机器人的工作过程为：隧道巡检机器人平常停在预设通讯区域处停靠待命，并与外部监控中心通讯连接，等待作业指令，同时功过充电口与充电装置连接以进行充电，当作业指令到达时，隧道巡检机器人自动开始巡检作业，在隧道中按照预先设定的作业内容移动到检测地点进行检测，将检测数据采集并存储在存储单元中，隧道巡检机器人完成信息采集后返回到预设通讯区域，通过通讯基站将数据传输回监控中心，并等待监控中心的指令。整个隧道中，只需要在指定的区域安装通讯装置即可，不需要在整个隧道中安装通讯装置，可以大大的节省开支，并且让系统的维护变得简单。

本发明另一种实施例提供一种隧道巡检系统，包括上述的隧道巡检机器人、通讯基站以及监控中心系统；

隧道巡检机器人在预设通讯区域通过通讯基站与监控中心系统交互通讯。

进一步的，通讯基站在隧道巡检机器人离开预设通讯区域后，向监控中心系统发送对码信号，并在隧道巡检机器人返回预设通讯区域时与所述监控中心系统交互通讯。

进一步的，隧道巡检系统包括充电装置，充电装置设置在预设通讯区域中，隧道巡检机器人设有充电口，隧道巡检机器人通过充电口与充电装置对接以进行充电。

进一步的，监控中心系统将检测目标位置的环境信息与预设信息进行比较，并在判定检测目标位置发生异常时发出告警信息。

具体的，监控中心在收到隧道巡检机器人上传的数据后，按照预先设定的监测点顺序将检测到的数据存储于数据库中，数据分析模块对各种环境监测数据与预先设定的规则进行分析，将分析结果对应的存储于数据库中。通过图像分析模块，对可见光图片、热成像数据进行分析，诊断出监测点是否有发生预先设定的缺陷。当系统分析出监测数据存在异常时，通过发出声光告警提示操作员执行相关的操作，亦可通过短信形式通知相关人员。监控中心可将分析数据输出按时间分布的数据曲线，可输出按隧道位置分布的数据曲线，可分析同一类设备的历史状态信息，可分析一次巡检过程中隧道内所有设备的状态信息，可输出数据报表。

本发明提供隧道巡检机器人及隧道巡检系统，通过设置激光导航单元，通过激光导航单元感知路径的信息及自身所在的位置，无需在隧道中修建轨道或导航条，通过在隧道中设定具体的区域与监控中心进行通讯，无需与监控中心实时通讯并获取定位信息，解决了巡检机器人在电缆隧道中进行巡检时与监控中心实时通讯效果较差的问题，具有方便实用的效益。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种隧道巡检机器人，其特征在于，所述隧道巡检机器人包括中央控制单元、数据采集单元、激光导航单元、通讯单元、驱动单元、行进单元以及存储单元；

所述中央控制单元分别与所述数据采集单元、所述激光导航单元、所述通讯单元、所述驱动单元以及所述存储单元连接，所述驱动单元与所述行进单元连接；

所述通讯单元在隧道中的预设通讯区域接收到检测指令时，将所述检测指令发送给所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述检测指令控制所述驱动单元驱动所述行进单元开始运动；

在所述隧道巡检机器人运动时，所述激光导航单元实时检测所述隧道巡检机器人的位置信息，并将所述位置信息发送给所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述位置信息获取所述隧道巡检机器人在预设地图中的位置，并控制所述隧道巡检机器人向所述预设地图中的检测目标位置运动；

当所述隧道巡检机器人到达所述检测目标位置时，所述中央控制单元控制所述数据采集单元采集检测目标位置的环境信息，并将所述环境信息存储在所述存储单元中；

所述中央控制单元控制所述隧道巡检机器人向所述预设地图中所述预设通讯区域的位置运动，并在到达所述预设通讯区域时通过所述通讯单元将检测目标位置的环境信息发送出去。

2.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述激光导航单元对所述隧道巡检机器人周围的物体进行激光扫描以获取所述隧道巡检机器人的位置信息；

所述中央控制单元将所述位置信息转换成所述预设地图中的坐标，并控制所述隧道巡检机器人向所述预设地图中的检测目标位置的坐标运动。

3.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述数据采集单元包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雷达避障传感器、有害气体检测传感器以及烟雾检测传感器；

所述温度传感器、所述湿度传感器、所述雷达避障传感器、所述有害气体检测传感器以及所述烟雾检测传感器与所述中央控制器连接。

4.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述隧道巡检机器人还包括摄像机和热成像仪，所述摄像机和所述热成像仪连接所述中央控制器；

所述摄像机用于采集视频信息，并将所述视频信息发送给所述中央控制器；

所述热成像仪用于采集图像信息，并将所述图像信息发送给所述中央控制器。

5.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述隧道巡检机器人设有充电口，所述预设通讯区域设有充电装置，

所述中央控制单元根据激光导航单元实时检测的所述隧道巡检机器人的位置信息，控制所述隧道巡检机器人运动以使所述充电口与所述充电装置对接。

6.一种隧道巡检系统，其特征在于，包括所述权利要求1至5任一项所述的隧道巡检机器人、通讯基站以及监控中心系统；

所述隧道巡检机器人在预设通讯区域通过所述通讯基站与所述监控中心系统交互通讯。

7.如权利要求6所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述通讯基站在所述隧道巡检机器人离开所述预设通讯区域后，向所述监控中心系统发送对码信号，并在所述隧道巡检机器人返回所述预设通讯区域时与所述监控中心系统交互通讯。

8.如权利要求6所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述隧道巡检系统包括充电装置，所述充电装置设置在所述预设通讯区域中，所述隧道巡检机器人设有充电口，所述隧道巡检机器人通过所述充电口与所述充电装置对接以进行充电。

9.如权利要求6所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述监控中心系统将检测目标位置的环境信息与预设信息进行比较，并在判定检测目标位置发生异常时发出告警信息。