CN110228066B - 隧道检测装置及其避障单元和避障方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道检测装置及其避障单元和避障方法，所述避障单元包括：多个激光扫描仪，多个激光扫描仪分别安装于检测模块前侧、机械臂内侧，激光扫描仪用于检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物；两个视觉传感器，两个视觉传感器分别安装于移动载体前侧和后侧，视觉传感器用于检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物；控制模块，控制模块用于根据多个激光扫描仪和两个视觉传感器的检测结果对检测模块、机械臂或移动载体进行控制以实现避障。本发明能够方便、有效地实现隧道检测装置在检测作业中的自动避障，从而提高隧道检测装置的作业效率。

Description

隧道检测装置及其避障单元和避障方法

技术领域

本发明涉及隧道检测技术领域，具体涉及一种隧道检测装置的避障单元、一种隧道检测装置和一种隧道检测装置的避障方法。

背景技术

在铁路隧道建设和维护过程中，隧道衬砌内壁可能存在裂纹、孔洞、渗漏、虚块等缺陷，会造成隧道衬砌掉碴、渗水、坍塌等现象，对列车运行造成潜在危险。因此，需要一种装置对隧道衬砌内壁进行探测，以便及时发现并采取弥补措施。

目前，国内对隧道探测采用简易平车人工滚动，人工扶持探测雷达进行探测，每次沿一条线路探测隧道衬砌内壁，探测一条带状区域，探测前进速度最大5km/h。为了提高对隧道探测的效率，相关技术中出现隧道探测车来探测隧道内壁的质量情况。然而，隧道内环境比较复杂，内部有安装接触网的接触网架等，隧道壁还会存在一些凸起，这些都有可能会阻碍探测车的正常行进，影响正常的探测作业。

发明内容

本发明为解决目前隧道探测车在行进时会因遇到障碍物而影响正常探测作业的技术问题，提供了一种隧道检测装置及其避障单元和避障方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种隧道检测装置的避障单元，所述隧道检测装置包括移动载体和设置在所述移动载体上的至少一个机械臂，所述机械臂包括铰接在所述移动载体上的大臂和与所述大臂铰接的小臂，所述小臂上设置有沿隧道径向伸缩的检测模块，所述避障单元包括：多个激光扫描仪，所述多个激光扫描仪分别安装于所述检测模块前侧、所述机械臂内侧，所述激光扫描仪用于检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物；两个视觉传感器，所述两个视觉传感器分别安装于所述移动载体前侧和后侧，所述视觉传感器用于检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物；控制模块，所述控制模块用于根据所述多个激光扫描仪和所述两个视觉传感器的检测结果对所述检测模块、所述机械臂或所述移动载体进行控制以实现避障。

当安装于所述检测模块前侧的激光扫描仪检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，所述控制模块控制所述检测模块缩回和/或控制所述机械臂收回；当安装于所述机械臂内侧的激光扫描仪检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，所述控制模块控制所述机械臂收回或控制所述移动载体停止移动。

当安装于所述移动载体前侧的视觉传感器检测到对应的视觉区域内存在特定障碍物时，所述控制模块控制所述机械臂收回；当安装于所述移动载体后侧的视觉传感器检测到对应的视觉区域内存在该特定障碍物时，所述控制模块判定所述隧道检测装置通过该特定障碍物。

所述控制模块通过伺服阀控制所述机械臂的伸出距离，并通过伺服电机控制所述大臂和所述小臂的角度。

所述大臂和所述小臂上的伺服电机为抱闸式伺服电机，对应所述抱闸式伺服电机还设置有旁路电源，所述旁路电源用于在所述伺服电机意外断电时进行供电以解除抱闸。

所述机械臂为5个，5个机械臂与隧道截面180°范围内5个探测角度范围一一对应设置。

每个所述机械臂的小臂上设置多个检测模块，以探测对应的角度范围内的多条探测线。

所述大臂为多级伸缩臂，所述小臂为多级折叠臂。

一种隧道检测装置，包括上述隧道检测装置的避障单元。

一种隧道检测装置的避障方法，所述隧道检测装置包括移动载体和设置在所述移动载体上的至少一个机械臂，所述机械臂包括铰接在所述移动载体上的大臂和与所述大臂铰接的小臂，所述小臂上设置有沿隧道径向伸缩的检测模块，所述避障方法包括：通过分别安装于所述检测模块前侧、所述机械臂前侧的多个激光扫描仪分别检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物；通过分别安装于所述移动载体前侧和后侧的两个视觉传感器分别检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物；根据所述多个激光扫描仪和所述两个视觉传感器的检测结果对所述检测模块、所述机械臂或所述移动载体进行控制以实现避障。

本发明的有益效果：

本发明通过分别安装于检测模块前侧、机械臂前侧的多个激光扫描仪分别检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物，并通过分别安装于移动载体前侧和后侧的两个视觉传感器分别检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物，以及根据多个激光扫描仪和两个视觉传感器的检测结果对检测模块、机械臂或移动载体进行控制以实现避障，由此，能够方便、有效地实现隧道检测装置在检测作业中的自动避障，从而提高隧道检测装置的作业效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例的隧道检测装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的检测模块安装在小臂上的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的机械臂收缩折叠后的状态图；

图4为本发明实施例的隧道检测装置的避障单元的方框示意图；

图5为本发明一个实施例的多个机械臂对应的探测位置示意图；

图6为本发明一个实施例的避障方案的流程图；

图7为本发明一个实施例的刹停装置的剖视图；

图8为本发明一个实施例的避旁路电源的示意图；

图9为本发明实施例的隧道检测装置的避障方法的流程图。

附图标记：

1-机械臂；11-大臂；12-小臂；2-检测模块；3-安装座；4-第一伸缩驱动装置；5-第二伸缩驱动装置；6-伺服电机；61-电机轴；7-第三伸缩驱动装置；71-第一连接臂；72第二连接臂；8-导向组件；81-导向板；82-导向柱；9-刹停装置；91-制动盘；92-电磁件；921-线圈；93-衔铁；94-齿轮轴套；95-复位件；96-端板；100-激光扫描仪；200-视觉传感器；300-控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图详细描述本发明实施例的隧道检测装置及其避障单元和避障方法。

在本发明的一个实施例中，如图1、图2和图3所示，隧道检测装置包括移动载体(图中未示出)和设置在移动载体上的机械臂1，机械臂1上设置有用于探测隧道内壁的检测模块2。移动载体可以是小车，通过将机械臂1设置在小车上，能够提高工作效率。具体地，机械臂1通过安装座3设置在移动载体上，安装座3固定设置在移动载体上，机械臂1与安装座3铰接。

机械臂1包括大臂11和小臂12，大臂11与安装座3铰接，小臂12和大臂11铰接。具体地，大臂11为多级伸缩臂，大臂11的伸缩端与小臂12铰接，大臂11的另一端与安装座3铰接。进一步地，大臂11在第一伸缩驱动装置4的驱动作用下相对于其与安装座3的铰接点摆动。第一伸缩驱动装置4安装在移动载体上，第一伸缩驱动装置4的一端与移动载体铰接，其另一端为伸缩端与大臂11铰接，通过第一伸缩驱动装置4伸缩推动大臂11摆动。第一伸缩驱动装置4可选但不限于液压缸、气缸。

小臂12为多级折叠臂，可包括至少两个折叠部，其中1个折叠部与大臂11铰接，至少两个折叠部之间铰接。具体地，小臂12在第二伸缩驱动装置的推动作用下相对大臂11摆动，第二伸缩驱动装置5铰接安装在大臂11上，第二伸缩驱动装置5的伸缩端与小臂12铰接，通过第二伸缩驱动装置5伸缩推动小臂12摆动。第二伸缩驱动装置5可选但不限于液压缸、气缸。至少两个折叠部之间通过伺服电机6驱动两者相对摆动。具体地，伺服电机6设置在其中一个折叠部上，伺服电机6的驱动端驱动另一个折叠部相对于其所在折叠部摆动，实现多级折叠。其中，小臂12相对于大臂11的摆动方向与小臂12折叠部之间的摆动方向垂直。

小臂12上设置有检测模块2，检测模块2相对于小臂12靠近隧道内壁设置。检测模块2可选但不限于雷达。检测模块2可伸缩地设置在小臂12上，检测模块2在第三伸缩驱动装置7的驱动作用下可相对于小臂12伸缩。第三伸缩驱动装置7安装在小臂12上，其伸缩端驱动检测模块2相对于小臂12伸缩。第三伸缩驱动装置7可选但不限于液压缸、气缸。

进一步地，机械臂上还设置有导向组件8，导向组件8用于限定检测模块2的伸缩方向。导向组件8包括导向板81和导向柱82，导向板81固定设置在小臂上，导向板81上安装有导向孔，检测模块2与导向柱82固定连接，导向柱82伸入导向孔内且沿导向孔运动，控制检测模块2沿隧道径向方向伸缩。通过导向柱82和导向板81上的导向孔来限位检测模块2的运动方向。优选地，导向板81上的导向孔和导向柱82的个数均至少为两个，且一一对应。

更进一步地，第三伸缩驱动装置7延伸有两个连接臂，第一连接臂的一端与第三伸缩驱动装置7的固定端固定连接，另一端与导向板81固定连接；第二连接臂的一端与第三伸缩驱动装置7的伸缩端固定连接，另一端与导向柱82固定连接，带动导向柱82沿导向孔运动，进而带动检测模块2沿隧道径向伸缩。

基于上述结构，本发明的隧道检测装置通过第一伸缩驱动装置4带动大臂11偏转，大臂11根据需要伸缩；通过第二伸缩驱动装置5带动小臂12相对于大臂11偏转；通过伺服电机6调整小臂12相邻两个折叠部的相对位置，实现对小臂12的位置的确定，小臂12上的检测模块2在第三伸缩驱动装置7的驱动作用下沿隧道径向伸缩，可实现对检测模块2的准确定位。

无需使用时，可先通过伺服电机6驱动小臂12相邻两个折叠部折叠(小臂12上的检测模块2可间隔设置)；再在第二伸缩驱动装置5的驱动作用下，使小臂12朝向大臂11摆动至最低位；最后大臂11收缩，并在第一伸缩驱动装置4的驱动下摆至收纳位置，如图3所示，体积大大缩小，方便对隧道检测装置的收纳。

隧道检测装置除包括上述的移动载体和机械臂外，还包括避障单元。如图4所示，本发明实施例的避障单元包括多个激光扫描仪100、两个视觉传感器200(图中均示出一个)和控制模块300。其中，多个激光扫描仪100分别安装于检测模块2前侧、机械臂1内侧，激光扫描仪100用于检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物；两个视觉传感器200分别安装于移动载体前侧和后侧，视觉传感器200用于检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物；控制模块300用于根据多个激光扫描仪100和两个视觉传感器200的检测结果对检测模块2、机械臂1或移动载体进行控制以实现避障。

在本发明的一个实施例中，激光扫描仪100采用TFO(Time of Flight)的检测原理，按扫描角度发射激光，通过测量激光照射到物体后返回的时间，判断物体是否侵入预设扫描区域。在本发明的一个具体实施例中，激光扫描仪100发出的激光旋转扫描，同时测量各个角度的距离，其最大警戒扫描区域为半径26m，夹角190°的扇形面域，最大保护扫描区域为半径8.4m，夹角190°的扇形面域。当有任何物体侵入该扫描区域内时，激光扫描仪100都可输出对应的ossd信号。其中，警戒扫描区域用于远距离发现较大的障碍物，并给出输出信号；保护扫描区域能发现更小的障碍物，并给出输出信号。激光扫描仪100可按需要在最大检测面域内绘制需要的检测面域，使扫描区域更好的适应多变的检测环境，防止误判。在本发明的一个具体实施例中，激光扫描仪100选用实用效果好的基恩士最新SZ-V04系列。

在本发明的一个实施例中，视觉传感器200集成有摄像头和处理器，后端通过连接控制电脑来显示和设置传感器。视觉传感器200在使用时，首先需要对被测物进行标定，即登记被检测物体的图像，然后处理器可把摄像头检测区域内采集的图像与登记图像进行比对，从而判断该检测区域内有无标定的物体，即视觉传感器200只能对预知的有明显特征的物体进行识别和判定。在本发明的一个具体实施例中，视觉传感器200选用堡盟XF系列，拥有最高800万像素的视觉镜头，可适应多种检测工况。

在本发明的一个实施例中，控制模块300可包括PLC控制器，控制模块300分别与激光扫描仪100和视觉传感器200相连，以接收激光扫描仪100和视觉传感器200的检测结果。控制模块300还分别与移动载体、机械臂的控制系统相连，控制模块300通过伺服阀控制检测模块2的伸缩、伸出距离，通过伺服阀控制机械臂1的伸缩、伸出距离，具体通过伺服阀控制液压缸，调整检测模块2、大臂11、小臂12的伸缩，实现对检测模块2、机械臂1伸出距离的控制。控制模块300通过伺服电机控制大臂11和小臂12的角度，即上述大臂11和小臂12的摆动角度，并通过载体驱动电机控制移动载体移动或停止移动。

此外需要说明的是，上述激光扫描仪100和视觉传感器200安装位置中的前侧、后侧、内侧是相对于移动载体移动方向而言的，其中，前侧为移动方向指向的一侧，后侧为与前侧相反的一侧，内侧指移动方向垂向所指向的靠近移动载体中心线的一侧。激光扫描仪100所检测的随机障碍物一般为隧道内各种形状的凸起及接触网、接触网架的一部分，视觉传感器200所检测的特定障碍物一般为隧道内的接触网架。

在隧道检测装置移动作业过程中，当安装于检测模块2前侧的激光扫描仪100检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，控制模块300可控制检测模块2缩回和/或控制机械臂1收回；当安装于机械臂1内侧的激光扫描仪100检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，控制模块300可控制机械臂1收回或控制移动载体停止移动；当安装于移动载体前侧的视觉传感器200检测到对应的视觉区域内存在特定障碍物时，控制模块300可控制机械臂1收回；当安装于移动载体后侧的视觉传感器200检测到对应的视觉区域内存在该特定障碍物时，控制模块300可判定隧道检测装置通过该特定障碍物。

对于隧道检测装置是否通过随机障碍物，可通过提取移动载体，即小车的走行系统相关传感器采集的实时速度数据结合激光扫描仪100检测到的障碍物的距离综合判断，例如可根据车轴编码器信号得到小车的实时车速，并根据实时车速得到检测到随机障碍物后的移动距离，以及将该移动距离与检测到的障碍物的距离相比较以判断隧道检测装置是否通过随机障碍物。在隧道检测装置通过随机障碍物或特定障碍物后，控制模块300可控制因避障而收回的检测模块2、机械臂1再次伸出以恢复探测状态，并控制移动载体继续行进作业。

在本发明的一个具体实施例中，机械臂1为5个，每个机械臂1均通过相应的安装座安装于移动载体对应位置处。如图5所示，一号至五号共5个机械臂1与隧道截面180°范围内5个探测角度范围一一对应设置，具体地，一号和二号机械臂用于对应探测隧道斜上方位置，三号机械臂用于对应探测隧道正上方位置，四号和五号机械臂用于对应探测隧道两侧位置。上述机械臂1的小臂12的外轮廓与隧道内壁形状相适应，每个机械臂的小臂上设置多个检测模块2(图1至图3中以设置3个检测模块2为例)，以探测对应的角度范围内的多条探测线。

对于具有上述5个机械臂1的隧道检测装置，其共包括15个检测模块2，可对应每个检测模块2均设置一个激光扫描仪100，以检测每个检测模块2移动方向的前方是否存在随机障碍物。具体地，随机障碍物的检测范围可以设置为覆盖前方15m远、1m宽的矩形区域，在该平面区域侵入最小尺寸大于2cm的障碍物都能正常识别，而且随着距离的逼近最小尺寸分辨力也会越来越高。

另外，可在一号和二号机械臂1内侧，各安装3个激光扫描仪100，用于检测作业前进方向内侧有无接触网架倾入机械臂1内侧以及是否会影响机械臂1通过。

应当理解的是，隧道检测装置上不同的机械臂1由于探测位置、工作时的角度等不同，避障方案也有所不同。

在本发明的一个具体实施例中，对于一号和二号机械臂1，当检测模块2上的激光扫描仪100检测到前方有随机障碍物时，控制模块300可先暂停检测模块2的距离跟踪功能，控制检测模块2的第三伸缩驱动装置7完全缩回(0.3m)。避障动作完成后，若前方检测不到随机障碍物，则说明已避开随机障碍物，移动载体可继续行驶通过。控制模块300可通过提取小车走行系统相关传感器采集的实时速度数据结合随机障碍物的距离信息综合判断隧道检测装置是否行驶通过随机障碍物。在通过随机障碍物后，控制模块300控制检测模块2伸出，恢复检测模块2的距离跟踪功能，使检测模块2再次回到检测位置，恢复检测作业。

当检测模块2上的激光扫描仪100检测到前方有障碍物时，控制模块300可先控制相关机构执行避障动作，暂停检测模块2的距离跟踪功能，控制检测模块2的第三伸缩驱动装置7完全缩回。第三伸缩驱动装置7完全缩回后，若前方仍然检测到随机障碍物，则说明前方随机障碍物或结构物无法避开，则控制模块300判断并输出停车报警信号。为了保证检测作业和隧道安全，这种情况需要控制移动载体停止移动，并根据实际情况重新调整或者收回机械臂1，待隧道检测装置通过随机障碍物后再次展开检测作业。

当机械臂1内侧的激光扫描仪100检测到前方有障碍物时，说明机械臂1已在满足臂身距离控制范围的情况下，在行进空间前方仍然出现接触网架或其他障碍物影响机械臂1的安全通过。此时控制模块300判断并输出停车报警信号。为了保证检测作业和隧道安全，这种情况需要控制移动载体停止移动，并根据实际情况收回机械臂1，待隧道检测装置通过障碍物后再次展开检测作业。

在本发明的一个具体实施例中，对于三号机械臂1，当检测模块2上的激光扫描仪100检测到前方有随机障碍物时，控制模块300可先暂停检测模块2的距离跟踪功能，控制机械臂1执行避障动作，使三号机械臂1带动检测模块2快速缩回0.5m的避障行程。避障动作完成后，若前方检测不到随机障碍物，则说明已避开随机障碍物，移动载体可继续行驶通过。若仍能检测到随机障碍物，则立刻进一步控制机械臂1缩回0.5m。控制模块300通过提取小车走行系统相关传感器采集的实时速度数据结合随机障碍物的距离综合判断隧道检测装置是否行驶通过障碍物。在隧道检测装置通过随机障碍物后，控制模块300控制检测模块2伸出，恢复检测模块2的距离跟踪功能，使检测模块2再次回到检测位置，恢复检测作业。

三号机械臂1还可通过安装在移动载体前侧的视觉传感器200检测前方的接触网架等大型典型结构物，当视觉传感器200检测到前方接触网架时，控制模块300暂停检测模块2的距离跟踪功能，控制机械臂1执行避障动作，使三号机械臂1带动检测模块2快速缩回4.5m(单线)或5.4m(双线)的避障行程。避障动作完成后，移动载体可继续行驶通过。当移动载体后侧的视觉传感器检测到接触网架时，表示隧道检测装置已行驶通过障碍物。控制模块300控制检测模块2伸出，恢复检测模块2的距离跟踪功能，使检测模块2再次回到检测位置，恢复检测作业。

一号、二号和三号机械臂1的避障方案具体可见图6，在整个系统启动后，可先判断是否有障碍物。如果有障碍物，则进一步判断障碍物的形式，如果为一般凸起物，即上述随机障碍物，则控制雷达回收，并判断整个隧道检测装置能否通过；如果为接触网架，且是由一、二号机械臂避障方案检测到的，则停车，如果为接触网架，且是由三号机械臂避障方案检测到的，则由前侧视觉传感器判断小于安全距离时控制三号机械臂速降，由后侧视觉传感器捕捉到接触网架图像时控制三号机械臂速升，而后保持距离前进。在上述判断整个隧道检测装置不能通过时，则停车。在上述判断无障碍物，或判断整个隧道检测装置能够通过时，则控制检测模块进行距离追踪，然后判断是否满足距离要求，若满足，则保持距离前进，若不满足，则进行距离补偿后保持距离前进。

在本发明的一个具体实施例中，对于四号和五号机械臂1，当检测模块2上的激光扫描仪100检测到前方有随机障碍物时，控制模块300可先暂停检测模块2的距离跟踪功能，控制检测模块2的第三伸缩驱动装置7缩回，控制四号和五号机械臂带动检测模块2快速缩回设定的避障行程，暂定0.5m。避障动作完成后，若前方检测不到随机障碍物，则说明已避开随机障碍物，移动载体可继续行驶通过。若前方仍检测到随机障碍物，应立即继续控制四号和五号机械臂带动检测模块2快速缩回0.5m，若前方确因偶发特殊情况出现无法避开的随机障碍物，可进行人工判断干预，必要时停车避障。控制模块300可通过提取小车走行系统相关传感器采集的实时速度数据结合随机障碍物的距离综合判断隧道检测装置是否行驶通过障碍物。在隧道检测装置通过障碍物后，系控制模块300控制检测模块2伸出，恢复检测模块2的距离跟踪功能，使检测模块2再次回到检测位置，恢复检测作业。

此外，在本发明的一个实施例中，上述小臂12上的伺服电机为抱闸式伺服电机，在整个设备意外断电的情况下可自动抱死，使机械臂停留在断电状态。具体地，对应小臂12上的伺服电机设置有刹停装置，刹停装置用于抱刹伺服电机的电机轴，在设备失电时刹停装置制动电机轴。在本发明的一个实施例中，刹停装置为电磁式刹停装置，如图7所示，刹停装置9包括制动盘91、电磁组件和端板96，制动盘91位于电磁组件和端板96之间，制动盘91可为内齿轮，电机轴61上固定套设有齿轮轴套94，制动盘91与齿轮轴盘94啮合；端板96被固定设置在制动盘91的一侧且与制动盘91之间存有间隙；电磁组件包括电磁件92和衔铁93，电磁件92呈盘状，电磁件92通过轴套间隙设置在电机轴61上，电磁件92内设置有线圈921，衔铁93靠近制动盘91设置，电磁件92和衔铁93之间还设置有复位件95，复位件95的一端作用于电磁件92，另一端作用于衔铁93，当线圈921通电状态下，电磁件92对衔铁93产生吸引力，衔铁93克服复位件95的作用力远离制动盘91，制动盘91可随电机轴61转动；当线圈921失电状态下，电磁件92不产生吸引力，衔铁93在复位件95的复位作用力下靠近制动盘91运动，将制动盘91压紧在衔铁93和端板96之间，实现制动。其中，复位件95可选但不限于弹簧。参照图8，隧道检测装置正常工作时，伺服驱动器可为伺服电机和对应的刹停装置9供电，伺服驱动器的供电线路上还设置有断路器QF2，当断路器QF2断开时，伺服驱动器停止为伺服电机和对应的刹停装置9供电；当断路器QF2接通时，伺服驱动器为伺服电机和对应的刹停装置9供电。当整个设备断电时，伺服驱动器无法供电，刹停装置9抱刹电机轴61，机械臂无法转动折叠收回。

为了收回机械臂，如图8所示，可对应抱闸式伺服电机设置有旁路电源，旁路电源可用于在伺服电机意外断电时进行供电以解除抱闸，即旁路电源上电后，可在外力作用下收回机械臂。旁路电源电压可为24V，仅对刹停装置9供电，通过为刹停装置9内的线圈921供电，使电磁件92吸引衔铁93克服复位件95的作用力远离制动盘91，如此相邻的折叠部可相对转动，实现折叠。如图8所示，在正常工作的情况下，断路器QF2保持接通，伺服驱动器为伺服电机供电，QF1断开。在整个设备断电情况下，可断开QF2，接通QF1，使抱闸从旁路电源侧得电松开，然后收回机械臂。

综上所述，根据本发明实施例的隧道检测装置的避障单元，通过分别安装于检测模块前侧、机械臂前侧的多个激光扫描仪分别检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物，并通过分别安装于移动载体前侧和后侧的两个视觉传感器分别检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物，以及通过控制模块根据多个激光扫描仪和两个视觉传感器的检测结果对检测模块、机械臂或移动载体进行控制以实现避障，由此，能够方便、有效地实现隧道检测装置在检测作业中的自动避障，从而提高隧道检测装置的作业效率。

对应上述实施例，本发明还提出一种隧道检测装置的避障方法。

如图9所示，本发明实施例的隧道检测装置的避障方法，包括以下步骤：

S1，通过分别安装于检测模块前侧、机械臂前侧的多个激光扫描仪分别检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物。

S2，通过分别安装于移动载体前侧和后侧的两个视觉传感器分别检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物。

S3，根据多个激光扫描仪和两个视觉传感器的检测结果对检测模块、机械臂或移动载体进行控制以实现避障。

更具体的实施方式可参照上述避障单元的相关实施例，在此不再赘述。

根据本发明实施例的隧道检测装置的避障方法，能够方便、有效地实现隧道检测装置在检测作业中的自动避障，从而提高隧道检测装置的作业效率。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种隧道检测装置的避障单元，其特征在于，所述隧道检测装置包括移动载体和设置在所述移动载体上的至少一个机械臂，所述机械臂包括铰接在所述移动载体上的大臂和与所述大臂铰接的小臂，所述小臂上设置有沿隧道径向伸缩的检测模块，机械臂上还设置有导向组件，导向组件用于限定检测模块的伸缩方向， 导向组件包括导向板和导向柱，导向板固定设置在小臂上，导向板上安装有导向孔，检测模块与导向柱固定连接，导向柱伸入导向孔内且沿导向孔运动，控制检测模块沿隧道径向方向伸缩，所述避障单元包括：

多个激光扫描仪，所述多个激光扫描仪分别安装于所述检测模块前侧、所述机械臂内侧，所述激光扫描仪用于检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物；

两个视觉传感器，所述两个视觉传感器分别安装于所述移动载体前侧和后侧，所述视觉传感器用于检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物；

控制模块，所述控制模块用于根据所述多个激光扫描仪和所述两个视觉传感器的检测结果对所述检测模块、所述机械臂或所述移动载体进行控制以实现避障，其中，当安装于所述检测模块前侧的激光扫描仪检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，所述控制模块控制所述检测模块缩回和/或控制所述机械臂收回；当安装于所述机械臂内侧的激光扫描仪检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，所述控制模块控制所述机械臂收回或控制所述移动载体停止移动；当安装于所述移动载体前侧的视觉传感器检测到对应的视觉区域内存在特定障碍物时，所述控制模块控制所述机械臂收回；当安装于所述移动载体后侧的视觉传感器检测到对应的视觉区域内存在该特定障碍物时，所述控制模块判定所述隧道检测装置通过该特定障碍物。

2.根据权利要求1所述的隧道检测装置的避障单元，其特征在于，所述控制模块通过伺服阀控制所述机械臂的伸出距离，并通过伺服电机控制所述大臂和所述小臂的角度。

3.根据权利要求2所述的隧道检测装置的避障单元，其特征在于，所述大臂和所述小臂上的伺服电机为抱闸式伺服电机，对应所述抱闸式伺服电机还设置有旁路电源，所述旁路电源用于在所述伺服电机意外断电时进行供电以解除抱闸。

4.根据权利要求3所述的隧道检测装置的避障单元，其特征在于，所述机械臂为5个，5个机械臂与隧道截面180°范围内5个探测角度范围一一对应设置。

5.根据权利要求4所述的隧道检测装置的避障单元，其特征在于，每个所述机械臂的小臂上设置多个检测模块，以探测对应的角度范围内的多条探测线。

6.根据权利要求1所述的隧道检测装置的避障单元，其特征在于，所述大臂为多级伸缩臂，所述小臂为多级折叠臂。

7.一种隧道检测装置，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任一项所述的隧道检测装置的避障单元。

8.一种根据权利要求7所述的隧道检测装置的避障方法，其特征在于，包括：

通过分别安装于所述检测模块前侧、所述机械臂前侧的多个激光扫描仪分别检测对应的扫描区域内是否存在随机障碍物；

通过分别安装于所述移动载体前侧和后侧的两个视觉传感器分别检测对应的视觉区域内是否存在特定障碍物；

根据所述多个激光扫描仪和所述两个视觉传感器的检测结果对所述检测模块、所述机械臂或所述移动载体进行控制以实现避障，其中，当安装于所述检测模块前侧的激光扫描仪检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，控制所述检测模块缩回和/或控制所述机械臂收回；当安装于所述机械臂内侧的激光扫描仪检测到对应的扫描区域内存在随机障碍物时，控制所述机械臂收回或控制所述移动载体停止移动；当安装于所述移动载体前侧的视觉传感器检测到对应的视觉区域内存在特定障碍物时，控制所述机械臂收回；当安装于所述移动载体后侧的视觉传感器检测到对应的视觉区域内存在该特定障碍物时，判定所述隧道检测装置通过该特定障碍物。

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