CN109719731A - 隧道机器人复合通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种隧道机器人复合通信系统，其包括隧道巡检机器人及其控制模块；隧道机器人复合通信系统还包括通讯机；通讯机设有主控制器、通信选择模块及至少二通信模块，控制模块与主控制器连接；至少二通信模块包括至少一无线通信模块及至少一有线通信模块；主控制器通过通信选择模块与至少二通信模块分别连接。通信选择模块能够选择通信模块并通过至少两种通信模式灵活实现隧道巡检机器人与各种现场网络的连接，对隧道内环境要求低，对网络系统的漫游功能要求低，不容易造成数据丢失，稳定性好，配合实际现场中不同的网络系统连接通信，可以适应当前常规的网络系统，大大提高隧道巡检机器人的适应性，可以快速、稳定的提供巡检业务。

Description

隧道机器人复合通信系统

技术领域

本申请涉及电力隧道巡检技术领域，特别是涉及隧道机器人复合通信系统。

背景技术

随着城市化的建设发展，城市用电负荷高速增长、土地资源稀缺、居民对 城市景观、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，且阴暗潮湿，空气流通不畅，不利于 维护人员展开巡检工作，为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。

在当前的机器人系统中，所采用的通信方案为机器人上采用2.4GHz或 5.8GHz的WiFi与隧道中的WiFi基站进行通信。机器人作为无线客户端(Client)， 隧道中隔一段距离安装一个基站，即无线访问接入点(Wireless Access Point)， 机器人在多个基站间需要进行通信切换，若此通讯信号出现异常时，机器人系 统将出现数据丢失；现场的平板遥控操作终端访问隧道中的基站信号，由于平 板的无线功率较小，数据传输稳定性差，操作体验不好；在部分隧道中，建设 有4G移动通信网络，给巡检机器人的通信提供了良好的条件，当前的机器人系 统不能直接进行接入，无法使用到更高效的通信技术。

具体地，巡检机器人采用2.4/5.8GHz WiFi通信：在隧道内架设一条机器人 运行用的通信网络，具有光纤主干传输网络和多个AP节点，让机器人在隧道 中运行时，可以随时接入AP。这种情况下，WiFi信号可覆盖整个隧道空间，信 号强度高；且系统可实现多机器人同时运行。但是存在以下问题：对隧道内环 境要求高，弯度、坡度复杂的地方，需要增加基站数量，加大覆盖；对网络系 统的漫游功能要求高，容易出现通信异常、数据丢失。

或者，采用巡检机器人就地遥控的方式，通过平板电脑作为遥控器，接入 基站AP后获取遥控数据，再反馈到机器人。这种情况下，无需改变通信系统， 可以实现现场的机器人控制；且地面行走更灵活，控制、维护更方便。但是存 在以下问题：平板等遥控器接入系统时，数据传输路径不够优化，响应不好； 平板等移动设备的无线信号稳定性不好，容易造成数据丢失，稳定性不好。

发明内容

基于此，有必要提供一种隧道机器人复合通信系统。

一种隧道机器人复合通信系统，其包括隧道巡检机器人及其控制模块；所 述隧道机器人复合通信系统还包括通讯机；所述控制模块与所述通讯机连接； 所述通讯机设有主控制器及至少二通信模块，其中，所述控制模块与所述主控 制器连接；所述主控制器与所述至少二所述通信模块分别连接，所述至少二通 信模块包括至少一无线通信模块及至少一有线通信模块；其中，所述通讯机还 设有通信选择模块，所述通信选择模块与所述至少二所述通信模块分别连接， 所述主控制器与所述通信选择模块连接且通过所述通信选择模块与所述至少二 所述通信模块分别连接。

上述隧道机器人复合通信系统，为隧道巡检机器人设计了至少二通信模块， 通信选择模块能够选择通信模块并通过至少两种通信模式灵活实现隧道巡检机 器人与各种现场网络的连接，对隧道内环境要求低，对网络系统的漫游功能要 求低，不容易造成数据丢失，稳定性好，配合实际现场中不同的网络系统连接 通信，可以适应当前常规的网络系统，大大提高隧道巡检机器人的适应性，可 以快速、稳定的提供巡检业务。

在其中一个实施例中，所述通信模块用于与手持控制终端及/或远程服务器 进行通信。

在其中一个实施例中，所述通信模块用于通过就地物联网设备接入方式进 行通信。

在其中一个实施例中，所述通讯机还设有安全控制模块，所述主控制器通 过所述安全控制模块与所述通信选择模块连接。进一步地，所述安全控制模块 通过所述通信选择模块与一所述通信模块连接。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块与所述至少二所述通信模块分别 采用以太网口连接。

在其中一个实施例中，所述隧道巡检机器人设有滑动装置、滚动装置及/或 步进装置。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于选择并开关一所述通信模块。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于根据通信链路的有效性选择 一所述通信模块。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于根据通信链路的延迟性选择 一所述通信模块。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块还用于在所述通信模块的通信过 程中，根据通信链路的有效性及/或延迟性更换一所述通信模块。

附图说明

图1为本申请一实施例的结构框架示意图。

图2为本申请另一实施例的结构框架示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本申请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 便于充分理解本申请。但是本申请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申请内涵的情况下做类似改进，因此本申 请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可 以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连 接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。 本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为 了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用 的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请一个实施例中，一种隧道机器人复合通信系统，其包括隧道巡检 机器人及其控制模块；所述隧道机器人复合通信系统还包括通讯机；所述控制 模块与所述通讯机连接；所述通讯机设有主控制器及至少二通信模块，其中， 所述控制模块与所述主控制器连接；所述主控制器与所述至少二所述通信模块 分别连接，所述至少二通信模块包括至少一无线通信模块及至少一有线通信模 块；其中，所述通讯机还设有通信选择模块，所述通信选择模块与所述至少二 所述通信模块分别连接，所述主控制器与所述通信选择模块连接且通过所述通 信选择模块与所述至少二所述通信模块分别连接。上述隧道机器人复合通信系 统，为隧道巡检机器人设计了至少二通信模块，通信选择模块能够选择通信模 块并通过至少两种通信模式灵活实现隧道巡检机器人与各种现场网络的连接， 对隧道内环境要求低，对网络系统的漫游功能要求低，不容易造成数据丢失， 稳定性好，配合实际现场中不同的网络系统连接通信，可以适应当前常规的网 络系统，大大提高隧道巡检机器人的适应性，可以快速、稳定的提供巡检业务。

在其中一个实施例中，一种隧道机器人复合通信系统，其包括以下实施例 的部分结构或全部结构；即，所述隧道机器人复合通信系统包括以下的部分技 术特征或全部技术特征。在其中一个实施例中，所述控制模块通过以太网线与 所述通讯机的所述主控制器连接。进一步地，在其中一个实施例中，所述通信 选择模块用于选择连接一所述通信模块；在其中一个实施例中，所述通信选择 模块用于选择连接并启动一所述通信模块；或者，所述通信选择模块用于选择 连接二所述通信模块；或者，所述通信选择模块用于选择连接并启动二所述通 信模块。进一步地，在其中一个实施例中，所述通信选择模块还用于在更换通信模块时，启动被选择的通信模块且关闭被取消选择的通信模块。进一步地， 在其中一个实施例中，所述控制模块用于控制所述主控制器启动或关闭所述通 信选择模块；在其中一个实施例中，所述控制模块还用于控制所述主控制器传 输通信数据。在其中一个实施例中，所述控制模块采用以太网口与所述通讯机 连接。在其中一个实施例中，所述控制模块采用以太网口与所述主控制器连接。

在其中一个实施例中，如图2所示，通讯机200设有主控制器240、通信选 择模块220及二通信模块，二通信模块包括一无线通信模块210及一有线通信 模块230；通信选择模块220分别连接无线通信模块210及有线通信模块230， 主控制器240与通信选择模块220连接且通过通信选择模块220分别连接无线 通信模块210及有线通信模块230；主控制器240还与控制模块100连接。可以 理解的是，所述隧道巡检机器人还设有摄像头等传统结构。

在其中一个实施例中，所述无线通信模块包括2.4/5.8GHz双频WiFi模块。 在其中一个实施例中，所述无线通信模块包括2.4GHzWiFi模块。在其中一个实 施例中，所述无线通信模块包括4G-LTE模块。在其中一个实施例中，所述无线 通信模块包括LORA物联网模块。在其中一个实施例中，所述无线通信模块包 括5G模块。在其中一个实施例中，所述无线通信模块包括2.4/5.8GHz双频WiFi 模块、2.4GHzWiFi模块、4G-LTE模块、LORA物联网模块与5G模块中的至少 一个、至少两个或全部。这样的设计，使得所述隧道巡检机器人能够采用各种 无线通信模式完成系统通信业务，对隧道内环境要求低，对网络系统的漫游功 能要求低，不容易造成数据丢失，稳定性好。可以理解的是，本申请中提到的 在机器人的通讯机上安装AP(Access Point，提供无线接入服务)模块与手持控 制终端进行通信的方法，也不限定通讯系统的传输协议，只要通过机器人本身 直连进行数据传输，而不需要在全程进行通讯的方法。在其中一个实施例中， 所述有线通信模块包括以太网接口模块。在其中一个实施例中，所述有线通信 模块包括RS485接口模块。在其中一个实施例中，所述有线通信模块包括RS232 接口模块。在其中一个实施例中，所述有线通信模块包括RJ45接口模块及/或光 纤接口模块。在其中一个实施例中，所述有线通信模块包括RS485接口模块、 RS232接口模块、RJ45接口模块与光纤接口模块中的至少一个、至少两个或全 部。这样的设计，使得所述隧道巡检机器人可以适应当前常规的网络系统，能 够采用各种有线通信模式完成系统通信业务，对隧道内环境要求低，对网络系 统的漫游功能要求低，稳定性较好。

在其中一个实施例中，所述通信模块用于与手持控制终端及/或远程服务器 进行通信。及/或，在其中一个实施例中，所述通信模块用于通过就地物联网设 备接入方式进行通信。通讯机作为独立的通信单元，集成在机器人系统内部， 具有多种通信模块，包括2.4/5.8GHz双频WiFi模块、2.4GHzWiFi模块、4G-LTE 模块、LORA物联网模块、RS485接口模块，普通以太网接口模块。2.4/5.8GHz 双频WiFi模块采用PCIe接口与控制模块相连，具有2.4GHz、5.8GHz两个 WiFi频段，WLAN通信满足IEEE802.11b/g/n/ac标准。控制器可管理2.4/5.8G 两个通道的使用，可根据隧道中的WiFi系统频段进行设置为与之对应的通信频段。2.4GHzWiFi模块与控制模块采用PCIe即PCI-E进行连接，作为机器人上的AccessPoint，可以让现场的手持操作终端采用2.4GWiFi的方式进行连接。手持 终端的WiFi功率比较小，操作人员在机器人近处操作机器人时，无线数据通过 机器人上的WiFi热点即可进行数据传输，简单方便。当机器人与操作员一起在 隧道的移动过程中，不需要因为基站无线信号的切换而导致控制指令丢失。操 作终端直接与机器人的控制器进行数据交互，以最短的传输路径直接完成，大 流量的视频数据、热成像测温数据不需要链接到远程的数据中心进行转发，具 有更高效的传输性能，应用体验得到有效提高。4G-LTE模块，与控制模块采用 PCIe进行连接，为机器人提供4G移动流量网络服务，在有条件的隧道中，已经建设了4G网络覆盖，机器人上支持4G网络通信，可以将机器人直接接入网 络系统，实现高速稳定的通信数据传输。4G-LTE模块采用全网通模块，支持移 动、联通、电信运营商的业务，可以直接利用移动网络特性，实现快速无缝数 据漫游，减少数据的丢失。LORA模块，采用RS232通信接口与控制模块相连 接，采用433MHz载波频率模块，可以实现在隧道中较远距离的传输。其中， LORA是一种LPWAN通信技术中，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于 扩频技术的超远距离无线传输方案；LORA模块可以与隧道现场的具有LORA 接收器的就地控制器进行联动通信，就地控制器可以连接现场的数据采集装置 或执行装置，实现远程系统通过机器人作为可移动的信号中转基站，快速部署 基于物联网的测控网络，灵活实现信息化一体管控。本申请中提到的在通讯机 上安装LORA无线模块进行就地物联网设备接入的方法，不限定其具体的通信 形式。及/或，通讯机预留RS485接口，可与机器人上的RS485总线通信部件进 行通信，预留的以太网口可以实现更多功能的拓展。这样的设计，隧道巡检机 器人上安装通讯机，可以灵活实现机器人与各种现场网络的连接，可以适应当前常规的网络系统，大大提高机器人的适应性。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块与所述主控制器集成设置。在其 中一个实施例中，如图2所示，通讯机200设有2.4/5.8GHz双频WiFi模块201、 2.4GHzWiFi模块202、4G-LTE模块203、LORA物联网模块204、RS485接口 模块205及主控制器240，其中通信选择模块与主控制器集成设置，2.4/5.8GHz 双频WiFi模块201、2.4GHzWiFi模块202、4G-LTE模块203分别通过PCI-E 总线与主控制器240连接，LORA物联网模块204通过RS232总线与主控制器 240连接，RS485接口模块205通过RS485总线与主控制器240连接，主控制 器240通过网口与控制模块100连接。主控制器240还设有备用网口。在其中 一个实施例中，所述网口为以太网口。本申请中，隧道巡检机器人的通信系统 具有高度集成的通讯机，配合实际现场中不同的网络系统连接通信，可以快速、 稳定的提供巡检业务。隧道巡检机器人的控制器采用以太网口与通讯机进行连 接，通讯机实现各通信通道的数据路由，完成系统通信业务。进一步地，在其 中一个实施例中，所述控制模块设有嵌入式服务子模块，所述嵌入式服务子模 块作为机器人与所有外部网络系统的接口设备，具有良好的网关特性，采用严 格的通信安全机制，管理机器人的接入网服务。服务程序控制双频模块的网络 漫游功能，控制连接数据网时的机器人内部数据转发，选择从确认有效的通信 链路进行通信。可以理解的是，本申请中提到的在控制模块中运行嵌入式程序 控制各个通信模块的工作状态，及完成机器人通讯信号这个基站之间进行切换 的方法，并非对本申请及其各实施例的限制。

在其中一个实施例中，所述通讯机还设有安全控制模块，所述主控制器通 过所述安全控制模块与所述通信选择模块连接。进一步地，所述安全控制模块 通过所述通信选择模块与一所述通信模块连接；或者，所述安全控制模块通过 所述通信选择模块分别与各所述通信模块连接。在其中一个实施例中，所述安 全控制模块用于在通信不安全时即通信模块的安全性能超过预设界限时控制所 述通信选择模块切换选择通信模块。另一实施例中，所述通讯机还设有安全控 制模块，所述控制模块通过所述安全控制模块与所述主控制器连接。

在其中一个实施例中，所述通信选择模块与所述至少二所述通信模块分别 采用以太网口连接。在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于选择并开关 一所述通信模块。在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于根据通信链路 的有效性选择一所述通信模块。在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于 根据通信链路的延迟性选择一所述通信模块。在其中一个实施例中，所述通信 选择模块还用于在所述通信模块的通信过程中，根据通信链路的有效性及/或延 迟性更换一所述通信模块。进一步地，在其中一个实施例中，所述通讯机设有 相连接的存储模块及计算模块，所述通信选择模块分别与所述存储模块及所述 计算模块连接，所述存储模块用于存储通信链路的有效性的第一权重值及通信链路的延迟性的第二权重值，所述计算模块根据通信链路的有效性及其第一权 重值和通信链路的延迟性及其第二权重值计算该通信链路的修正值；所述通信 选择模块根据各所述通信链路的修正值选取最优的通信链路，且所述通信选择 模块用于根据最优的通信链路选择一对应的通信模块。这样可以获得较好的通 信效果。进一步地，在其中一个实施例中，所述第一权重值及所述第二权重值 根据经验或者历史数据设置及/或调整。进一步地，在其中一个实施例中，所述 通讯机设有调整模块，所述调整模块分别与所述存储模块及所述通信选择模块 连接，或者所述调整模块分别与所述主控制器、所述存储模块及所述通信选择 模块连接，或者，所述调整模块与所述主控制器集成设置。在其中一个实施例 中，所述调整模块用于调整所述第一权重值及/或所述第二权重值。在其中一个 实施例中，所述通信选择模块用于通过所述通信模块接受调整所述第一权重值 及/或所述第二权重值的需求信息，并控制所述调整模块调整所述第一权重值及/ 或所述第二权重值。在其中一个实施例中，所述通信选择模块用于通过所述通 信模块接受调整所述第一权重值及/或所述第二权重值的需求信息，并传输给所 述主控制器，所述主控制器用于控制所述调整模块调整所述第一权重值及/或所 述第二权重值。

进一步地，在其中一个实施例中，所述安全控制模块通过所述通信选择模 块与一所述通信模块连接，所述安全控制模块用于在所述通信模块的安全性能 超过预设界限时控制所述通信选择模块选择另一通信模块。进一步地，所述安 全控制模块用于在所述通信模块的安全性能超过预设界限时控制所述通信选择 模块根据各所述通信链路的修正值选取下一通信模块。这样的设计，可以兼顾 安全性与通信效果。

进一步地，在其中一个实施例中，所述隧道巡检机器人开设有固定腔室， 所述控制模块及所述通讯机均设置于所述固定腔室中。在其中一个实施例中， 所述隧道巡检机器人开设有内腔室与外腔室，所述内腔室与所述外腔室相连通， 且所述外腔室与外部环境相连通，所述控制模块固定设置于所述内腔室中，所 述通讯机设置于所述外腔室中且所述控制模块与所述通讯机连接；这样的设计， 易于拆装、调整及更换所述通讯机。进一步地，在其中一个实施例中，所述内 腔室与所述外腔室通过线路管道相连通，所述线路管道中设有以太网线，所述 控制模块及所述通讯机分别设有以太网口，所述以太网线的两端分别插接所述 控制模块的以太网口及所述通讯机的以太网口，这样可以方便地连接所述控制 模块与所述通讯机，且所述隧道巡检机器人的结构稳定性较好，可以适应更高 强度的巡检工作。

本申请及其各实施例中提到的多种通信模块高度集成的通讯机，集成于巡 检机器人，并不限定机器人的行走机构的形状，在其中一个实施例中，所述隧 道巡检机器人设有滑动装置、滚动装置及/或步进装置。这样可以方便地驱使所 述隧道巡检机器人在电力隧道内部移动。进一步地，所述滚动装置包括设置在 所述隧道巡检机器人的至少三个外平面上的多个球形滚动结构，且每一外平面 上设置至少三所述球形滚动结构，这样可以极好地提升机器人即隧道巡检机器 人在电力隧道中的无障碍移动能力，大大提高隧道巡检机器人的适应性。进一 步地，在其中一个实施例中，所述隧道巡检机器人设有球形或类似于球形的外 壳结构，这样的设计，有利于所述隧道巡检机器人避免发生缠绕。进一步地， 在其中一个实施例中，所述球形滚动结构设有连接所述主控制器或所述控制模 块的转动计数器，所述转动计数器用于计算转动次数并通过所述主控制器或所 述控制模块输出，在其中一个实施例中，所述主控制器或所述控制模块通过一 所述通信模块输出所述转动次数，这样可以方便地统计隧道巡检机器人的移动 距离。进一步地，在其中一个实施例中，若干所述球形滚动结构均匀分布设置 于球形的外壳结构上。进一步地，在其中一个实施例中，至少一无线通信模块 的至少部分凸出设置于球形的外壳结构上且凸出部分小于所述球形滚动结构的 凸出高度，以获得较好的保护效果。

需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征 相互组合所形成的、能够实施的隧道机器人复合通信系统。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种隧道机器人复合通信系统，其包括隧道巡检机器人及其控制模块；其特征在于，所述隧道机器人复合通信系统还包括通讯机；

所述控制模块与所述通讯机连接；

所述通讯机设有主控制器及至少二通信模块，其中，所述控制模块与所述主控制器连接；所述主控制器与所述至少二所述通信模块分别连接，所述至少二通信模块包括至少一无线通信模块及至少一有线通信模块；

其中，所述通讯机还设有通信选择模块，所述通信选择模块与所述至少二所述通信模块分别连接，所述主控制器与所述通信选择模块连接且通过所述通信选择模块与所述至少二所述通信模块分别连接。

2.根据权利要求1所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信模块用于与手持控制终端及/或远程服务器进行通信。

3.根据权利要求1所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信模块用于通过就地物联网设备接入方式进行通信。

4.根据权利要求1所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通讯机还设有安全控制模块，所述主控制器通过所述安全控制模块与所述通信选择模块连接。

5.根据权利要求1所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信选择模块与所述至少二所述通信模块分别采用以太网口连接。

6.根据权利要求1所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述隧道巡检机器人设有滑动装置、滚动装置及/或步进装置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信选择模块用于选择并开关一所述通信模块。

8.根据权利要求7所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信选择模块用于根据通信链路的有效性选择一所述通信模块。

9.根据权利要求7所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信选择模块用于根据通信链路的延迟性选择一所述通信模块。

10.根据权利要求7所述隧道机器人复合通信系统，其特征在于，所述通信选择模块还用于在所述通信模块的通信过程中，根据通信链路的有效性及/或延迟性更换一所述通信模块。