CN111203851A - 一种轨道式隧道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道病害检测领域，涉及一种轨道式隧道巡检机器人，包括轨道、沿轨道运动的行走模块、用于将行走模块压紧在轨道上的压紧模块、用于为行走模块供能的供能模块、设置在行走模块上的摄像模块、以及用于传输摄像模块数据的通信模块；所述行走模块包括行走轮。本发明通过定位模块对行走模块的位置进行校准，每隔一段距离就对行走模块校准一次，减少行走模块位置定位的累积误差；通过滑触线实现行走模块的长距离远程供电；通过压紧模块限制行走轮多个方向的自由度，使行走轮和轨道在运行过程中紧密配合，通过对控制逻辑的优化及对机械结构的优化保障整体系统的稳定运行，提高整体装置的抗干扰性。

Description

一种轨道式隧道巡检机器人

技术领域

本发明属于隧道病害检测领域，涉及一种轨道式隧道巡检机器人。

背景技术

随着公路隧道、铁路隧道基础建设里程不断增加，隧道使用过程中伴随着大量衬砌裂缝、渗漏水等病害产生。其次，随着中国人口老龄化结构趋势，人工成本逐年增加。第三，机器人检测可以在线进行，避免掉了人工检测要求封路的问题，提高了公路运营效率。因此，隧道检测行业对隧道轨道机器人的需求日益迫切。

隧道巡检机器人的移动机构主要由三种方式：依赖于地面路径的轮式或履带式，以无人机为代表的飞行移动式，以及悬挂式轨道机器人。目前，从功能性能稳定性、成本、可靠性等角度考虑，最为可行的仍然是轨道式。

轨道式巡检机器人的开发需要解决的主要问题包括：

1、定位问题

主要指机器人在巡检时，能够明确自身的位置以及病害的位置，便于人工复核与维修；

2、供电问题

在长距离的隧道巡检过程中，频繁充电带来过多的空行程及非工作时间(充电时间)，持续供电是机器人高效、连续作业的基本保障；

3、通信问题

数据传输是指机器人将机器人自身状态及巡检数据等实时准的的传输给控制中心。

在上述问题中，定位问题是“最基本”也是“最重要”的问题，随着工业的迅速发展，传统机器人定位的精度(动态和静态的位置确定)；运动控制精准度与稳定性(移动机构设计要合理、控制方法要准确)，时性面临很大的考验。此外，供电问题也是当前悬挂式轨道机器人急需解决的问题。

国内对于悬挂式轨道机器人的研究主要集中在单一理想环境下的巡检、探测方面。在隧道环境复杂、光线不足条件下，实现轨道机器人的控制、全局定位成及实时监测成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道式隧道巡检机器人，以解决现有机器人的定位、供电等问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轨道式隧道巡检机器人，包括轨道、沿轨道运动的行走模块、用于将行走模块压紧在轨道上的压紧模块、用于为行走模块供能的供能模块、设置在行走模块上的摄像模块、以及用于传输摄像模块数据的通信模块；所述行走模块包括行走轮。

可选的，所述行走轮包括驱动轮与导向轮，所述驱动轮与所述供能模块相连；所述驱动轮通过机架与所述导向轮相连，带动所述导向轮同步运动。

可选的，所述轨道呈“H”形，包括顶板、底板、以及设置在顶板及底板之间的挡板；所述行走轮设置在所述挡板的一侧。

可选的，所述压紧模块与所述行走轮相连，包括第一压紧轮组与第二压紧轮组；所述第一压紧轮组用于将行走轮压紧在侧板上，所述第二压紧轮组用于将行走轮压紧在底板和/或顶板上。

可选的，供能模块包括驱动电机、滑触线、滑触线吊装架及滑触线导管，所述滑触线吊装架用于将所述滑触线导管与所述轨道同步固定，所述滑触线设置在所述滑触线导管内；所述驱动电机与所述驱动轮及滑触线相连。

可选的，还包括集线器，所述滑触线通过所述集线器行走模块。

可选的，还包括定位模块，所述定位模块包括设置在行走模块上的接近开关以及设置在轨道上的检测挡块，通过接近开关测量所述检测块的位置，以检测块的位置作为标准位置，对行走模块内部的编码器通过计算轮子旋转圈数得到的位置进行校准。

可选的，所述摄像模块包括摄像云台，所述摄像云台通过固定杆设置在行走模块上。

可选的，所述通信模块包括与所述摄像模块相连的通信天线。

可选的，还包括用于为摄像模块清灰的空气压缩模块，所述空气压缩模块由供能模块供能，包括空压机及压缩空气气管，所述空压机连接至摄像模块，将压缩空气送入摄像模块对其清灰，所述压缩空气气管与摄像模块相连，用于排出清灰后的压缩空气。

本发明通过摄像云台采集现场数据，传输至工控机，并通过工控机传输至底层控制器；底层控制器通过工控机调整摄像云台的位置设定、调节摄像云台的参数设定、并控制其报警。工控机的数据通过无线数传电台传输至本地服务器；底层控制器的数据通过无线透传模块传输至本地操控台及本地服务器；所述本地服务器的数据通过以太网传输至远程服务器。

本发明的有益效果在于：

本发明通过定位模块对行走模块的位置进行校准，每隔一段距离就对行走模块校准一次，减少行走模块位置定位的累积误差；通过滑触线实现行走模块的长距离远程供电；通过压紧模块限制行走轮多个方向的自由度，使行走轮和轨道在运行过程中紧密配合，通过对控制逻辑的优化及对机械结构的优化保障整体系统的稳定运行，提高其抗干扰性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为滑触线的安装位置示意图；

图4为本发明的轴测图；

图5为本发明的控制逻辑图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

请参阅图1-图5，附图中的元件标号分别表示：轨道1、第一压紧轮组2、滑触线3、机架4、固定杆5、摄像云台6、行走轮7、接近开关8、集线器9、通信天线10、驱动电机11、空压机12、压缩空气气管13、滑触线吊装架31、滑触线导管32、第二压紧轮组14、驱动轮71、导向轮72。

本发明涉及一种轨道1式隧道巡检机器人，包括轨道1、沿轨道1运动的行走模块、用于将行走模块压紧在轨道1上的压紧模块、用于为行走模块供能的供能模块、设置在行走模块上的摄像模块、以及用于传输摄像模块数据的通信模块；所述行走模块包括行走轮7。

可选的，所述行走轮7包括驱动轮71与导向轮72，所述驱动轮71与所述供能模块相连；所述驱动轮71通过机架4与所述导向轮72相连，带动所述导向轮72同步运动；所述轨道1呈“H”形，包括顶板、底板、以及设置在顶板及底板之间的挡板；所述行走轮7设置在所述挡板的一侧；所述压紧模块与所述行走轮7相连，包括第一压紧轮组2与第二压紧轮组14；所述第一压紧轮组2用于将行走轮7压紧在侧板上，所述第二压紧轮组14用于将行走轮7压紧在底板和/或顶板上。第一压紧轮组2与第二压紧轮组14均由弹簧提供压紧力，确保行走轮7和轨道1在运行中紧密配合，增加了整体稳定性。

具体地，所述供能模块包括驱动电机11、滑触线3、滑触线3吊装架及滑触线3导管，所述滑触线3吊装架用于将所述滑触线3导管与所述轨道1同步固定，所述滑触线3设置在所述滑触线3导管内；所述驱动电机11与所述驱动轮71及滑触线3相连；还包括集线器9，所述滑触线3通过所述集线器9行走模块。在供电方式上，采用滑触线3供电方式，能够提供持续稳定电源，保证整体装置高效、连续工作。

为减少行走模块的累积误差，本实施例中还包括定位模块，所述定位模块包括设置在行走模块上的接近开关8以及设置在轨道1上的检测挡块，通过接近开关8测量所述检测块的位置，以检测块的位置作为标准位置，对行走模块内部的编码器通过计算轮子旋转圈数得到的位置进行校准；所述摄像模块包括摄像云台6，所述摄像云台6通过固定杆5设置在行走模块上；所述通信模块包括与所述摄像模块相连的通信天线10。每隔一段距离精确校准行走模块的当前位置，减少了位置定位的累积误差。

为便于对摄像模块进行及时清理，本实施例中还包括用于为摄像模块清灰的空气压缩模块，所述空气压缩模块由供能模块供能，包括空压机12及压缩空气气管13，所述空压机12连接至摄像模块，将压缩空气送入摄像模块对其清灰，所述压缩空气气管13与摄像模块相连，用于排出清灰后的压缩空气。

本发明通过摄像云台6采集现场数据，传输至工控机，并通过工控机传输至底层控制器；底层控制器通过工控机调整摄像云台6的位置设定、调节摄像云台6的参数设定、并控制其报警。工控机的数据通过无线数传电台传输至本地服务器；底层控制器的数据通过无线透传模块传输至本地操控台及本地服务器；所述本地服务器的数据通过以太网传输至远程服务器。

本发明通过定位模块对行走模块的位置进行校准，每隔一段距离就对行走模块校准一次，减少行走模块位置定位的累积误差；通过滑触线3实现行走模块的长距离远程供电；通过压紧模块限制行走轮7多个方向的自由度，使行走轮7和轨道1在运行过程中紧密配合，通过对控制逻辑的优化及对机械结构的优化保障整体系统的稳定运行，提高其抗干扰性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，包括轨道、沿轨道运动的行走模块、用于将行走模块压紧在轨道上的压紧模块、用于为行走模块供能的供能模块、设置在行走模块上的摄像模块、以及用于传输摄像模块数据的通信模块；所述行走模块包括行走轮。

2.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，所述行走轮包括驱动轮与导向轮，所述驱动轮与所述供能模块相连；所述驱动轮通过机架与所述导向轮相连，带动所述导向轮同步运动。

3.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，所述轨道呈“H”形，包括顶板、底板、以及设置在顶板及底板之间的挡板；所述行走轮设置在所述挡板的一侧。

4.如权利要求3中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，所述压紧模块与所述行走轮相连，包括第一压紧轮组与第二压紧轮组；所述第一压紧轮组用于将行走轮压紧在侧板上，所述第二压紧轮组用于将行走轮压紧在底板和/或顶板上。

5.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，供能模块包括驱动电机、滑触线、滑触线吊装架及滑触线导管，所述滑触线吊装架用于将所述滑触线导管与所述轨道同步固定，所述滑触线设置在所述滑触线导管内；所述驱动电机与所述驱动轮及滑触线相连。

6.如权利要求5中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，还包括集线器，所述滑触线通过所述集线器行走模块。

7.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，还包括定位模块，所述定位模块包括设置在行走模块上的接近开关以及设置在轨道上的检测挡块，通过接近开关测量所述检测块的位置，以检测块的位置作为标准位置，对行走模块内部的编码器通过计算轮子旋转圈数得到的位置进行校准。

8.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，所述摄像模块包括摄像云台，所述摄像云台通过固定杆设置在行走模块上。

9.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，所述通信模块包括与所述摄像模块相连的通信天线。

10.如权利要求1中所述的轨道式隧道巡检机器人，其特征在于，还包括用于为摄像模块清灰的空气压缩模块，所述空气压缩模块由供能模块供能，包括空压机及压缩空气气管，所述空压机连接至摄像模块，将压缩空气送入摄像模块对其清灰，所述压缩空气气管与摄像模块相连，用于排出清灰后的压缩空气。

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