CN113715035B - 一种管廊巡检机器人巡检与充电系统及方法 - Google Patents

一种管廊巡检机器人巡检与充电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管廊巡检机器人巡检与充电系统，包括挂轨式管廊巡检机器人和地面充电装置；挂轨式管廊巡检机器人包括动力部分和巡检部分，动力部分挂轨走行于管廊内空中的轨道，从带电的轨道获得电能，并为巡检部分充电；动力部分与巡检部分之间设有锁紧分离机构，在两者锁紧状态下，动力部分带动巡检部分沿轨道空中巡检；在两者分离状态下，巡检部分自行在管廊内地面巡检；地面充电装置具有与巡检部分对接的充电结构，接纳地面巡检中电量不足的巡检部分进行充电，可以使巡检部分智能返回充电装置完成充电并继续地面巡检工作，实现综合管廊的无人化智能巡检。

Description

一种管廊巡检机器人巡检与充电系统及方法
技术领域
本发明属于管廊巡检机器人领域，具体涉及一种管廊巡检机器人巡检与充电系统及方法。
背景技术
管廊巡检机器人是综合管廊重要的检测手段，由于管廊的特殊性，管廊巡检机器人需要对管廊内部情况进行实时监测，对整个管廊起到故障预警的作用，从而保证综合管廊的正常运行。
但目前巡检机器人存在如下缺陷：
一、机器人结构形式固定，多采用挂轨式，且机器人在空中巡检过程中被轨道限制、无法脱离轨道，存在监控盲区或角度盲区；
二、空中巡检模式单一，无法实现地面巡检。
三、空中巡检时，主要采用返回轨道两端进行空中充电，无法满足地面巡检的充电需求。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种管廊巡检机器人巡检与充电系统，挂轨式管廊巡检机器人分为动力部分和巡检部分，通过锁紧分离机构连接或分离，具有空中巡检和地面巡检模式，提高了管廊巡检机器人的工作效率以及满足多方位多区域的巡检任务。空中巡检时，动力部分在轨道上滑动取电并为巡检部分充电；地面巡检时，地面充电装置为电量不足的巡检部分进行充电，满足地面巡检的充电需求。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种管廊巡检机器人巡检与充电系统，包括挂轨式管廊巡检机器人和地面充电装置；
所述挂轨式管廊巡检机器人包括动力部分和巡检部分，所述动力部分挂轨走行于管廊内空中的轨道，所述动力部分包括集电器，所述集电器在走行的过程中从带电的所述轨道获得电能，并为所述巡检部分充电；
所述动力部分与巡检部分之间设有锁紧分离机构，在两者锁紧状态下，所述动力部分带动巡检部分沿轨道空中巡检；在两者分离状态下，所述巡检部分自行在管廊内地面巡检；
所述地面充电装置具有与巡检部分对接的充电结构，接纳地面巡检中电量不足的巡检部分进行充电。
进一步优选地，所述地面充电装置包括主体框架，所述主体框架的底部具有充电台位，用于容纳所述巡检部分。
进一步优选地，所述充电台位具有下压力传感器，用于检测所述巡检部分是否开上所述充电台位。
进一步优选地，所述主体框架上安装有充电装置电极，位于所述充电台位上方，用于与巡检部分的机器人充电电极对接。
进一步优选地，所述主体框架上安装有伸缩装置，所述伸缩装置的端部安装有所述充电装置电极，用于可升降地与所述机器人充电电极对接。
进一步优选地，所述伸缩装置为电磁弹簧。
进一步优选地，所述地面充电装置包括上压力传感器，用于检测充电装置电极与机器人充电电极对接的压力。
进一步优选地，所述主体框架上安装有显示屏，用于显示巡检部分的充电时间和实时电量。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种所述的管廊巡检机器人巡检与充电系统的巡检及充电方法，其特征在于，包括步骤：
所述动力部分与巡检部分两者锁紧状态下，所述动力部分带动巡检部分沿轨道空中巡检，集电器为所述巡检部分充电；
当管廊内地面需要执行巡检工作时，锁紧分离机构将动力部分与巡检部分两者分离，所述巡检部分下放到管廊内地面巡检；
地面巡检过程中电量不足时，所述巡检部分驶向所述地面充电装置进行充电。
进一步优选地，所述地面充电装置对所述巡检部分充电的步骤包括：
管廊巡检机器人自带电池电量监测模块，实时在线把巡检部分所在位置到返回地面充电装置所需电量进行匹配；
当剩余电量达到返回阈值时，巡检部分向地面充电装置发出充电请求，规划返回地面充电装置最近路径并按路径返回；
当巡检部分返回到地面充电装置后，巡检部分的定位系统将巡检部分定位到预定充电位置；
地面充电装置的下压力传感器获得与巡检部分重力匹配的压力后发出充电信号，伸缩装置下压，充电装置电极与机器人充电电极接触，当上压力传感器检测达到接触压力阈值后，充电装置电极通电；
地面充电装置的显示屏显示充电时间以及实时电量；
充电完成后，地面充电装置复位，巡检部分返回继续地面巡检。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明的管廊巡检机器人巡检与充电系统，挂轨式管廊巡检机器人分为动力部分和巡检部分，通过锁紧分离机构连接或分离，具有空中巡检和地面巡检模式，提高了管廊巡检机器人的工作效率以及满足多方位多区域的巡检任务。空中巡检时，动力部分在轨道上滑动取电并为巡检部分充电；地面巡检时，地面充电装置为电量不足的巡检部分进行充电，满足地面巡检的充电需求。
2、本发明的管廊巡检机器人巡检与充电系统，地面充电装置包括主体框架、充电台位、下压力传感器、充电装置电极、电磁弹簧、上压力传感器、显示屏等，形成一整套可靠的充电模块，可以纵向间隔布置在管廊地面的多个节点处。
3、本发明的管廊巡检机器人巡检与充电系统，地面充电装置包括电量监测子系统、定位子系统、路径规划子系统、信号处理子系统。通过电量监测子系统监测巡检部分的电池电量，实时在线把巡检部分所在位置到返回充电装置所需电量进行匹配；通过定位子系统实时向充电装置发送巡检部分的坐标信息，供路径规划子系统实现路径规划，准确达到指定位置，并根据路径规划返回充电装置；巡检部分的定位系统将巡检部分恰好移动到指定位置后两电极良好接触后充电装置通电，充电装置上方的显示屏可显示充电时间以及机器人实时电量；信号处理子系统负责向巡检部分发送信号，并接收巡检部分发送的信息。通过智能充电系统可以使巡检部分智能返回充电装置完成充电并继续地面巡检工作，实现综合管廊的无人化智能巡检。
附图说明
图1是本发明实施例的管廊巡检机器人巡检与充电系统的地面充电装置的正视示意图；
图2是本发明实施例的管廊巡检机器人巡检与充电系统的地面充电装置的侧视示意图；
图3是本发明实施例的管廊巡检机器人巡检与充电系统的子系统示意图；
图4是本发明实施例的管廊巡检机器人巡检与充电系统的地面巡检充电流程示意图。
图5是本发明实施例的管廊巡检机器人巡检与充电系统的空中巡检及充电的立体示意图；
图6是本发明实施例的管廊巡检机器人巡检与充电系统的空中巡检及充电的主视示意图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-6所示，本发明提供一种管廊巡检机器人巡检与充电系统，包括挂轨式管廊巡检机器人和地面充电装置5。
如图5-6所示，所述挂轨式管廊巡检机器人包括动力部分1和巡检部分2，所述动力部分1挂轨走行于管廊内空中的轨道200，轨道200为索道式结构；所述动力部分1包括集电器11，所述集电器11在走行的过程中从带电的所述轨道200获得电能，以供自身使用，除此之外还可以边走边为所述巡检部分2充电，无需返回轨道端部充电，也无需停留静止充电，便于机器人长时间高效工作。进一步优选地，所述轨道200包括平行的两个杆状导轨，所述轨道200的带电部分为轨道自身或自身的一部分，或沿轨道纵向独立设置的滑触线201。
如图1-2、5-6所示，所述动力部分1与巡检部分2之间设有锁紧分离机构3，在两者锁紧状态下，所述动力部分1带动巡检部分2沿轨道200空中巡检；在两者分离状态下，所述巡检部分2自行在管廊内地面巡检。所述地面充电装置5具有与巡检部分2对接的充电结构，接纳地面巡检中电量不足的巡检部分2进行充电。通过锁紧分离机构连接或分离，具有空中巡检和地面巡检模式，提高了管廊巡检机器人的工作效率以及满足多方位多区域的巡检任务。空中巡检时，动力部分在轨道上滑动取电并为巡检部分充电；地面巡检时，地面充电装置为电量不足的巡检部分进行充电，满足地面巡检的充电需求。
所述巡检部分2设有烟雾报警装置22、图像识别装置23、有害气体报警装置24、定位装置25、温度识别装置等。
如图1-2所示，进一步优选地，所述地面充电装置5包括主体框架，所述主体框架的底部具有充电台位51，用于容纳所述巡检部分2。
如图1-2所示，进一步优选地，所述充电台位51具有下压力传感器52，用于检测所述巡检部分2是否开上所述充电台位51。下压力传感器52获得与巡检部分重力匹配的压力后发出充电信号，若充电台位51上的压力小于或者大于巡检部分重力则无法连接电源，提高充电的安全性。
如图1-2所示，进一步优选地，所述主体框架上安装有充电装置电极53，位于所述充电台位51上方，用于与巡检部分2的机器人充电电极21对接。
如图1-2所示，进一步优选地，所述主体框架上安装有伸缩装置54，所述伸缩装置54的端部安装有所述充电装置电极53，用于可升降地与所述机器人充电电极21对接。进一步优选地，所述伸缩装置54为电磁弹簧。
如图1-2所示，进一步优选地，所述地面充电装置5包括上压力传感器55，用于检测充电装置电极53与机器人充电电极21对接的压力。当上压力传感器55检测达到压力阈值，说明两电极接触良好。
如图1-2所示，进一步优选地，所述主体框架上安装有显示屏56，用于显示巡检部分2的充电时间和实时电量。
如图1-2所示，地面充电装置的主体框架、充电台位、下压力传感器、充电装置电极、电磁弹簧、上压力传感器、显示屏等，形成一整套可靠的充电模块，可以纵向间隔布置在管廊地面的多个节点处。
如图3所示，地面充电装置5包括电量监测子系统、定位子系统、路径规划子系统、信号处理子系统。通过电量监测子系统监测巡检部分的电池电量，实时在线把巡检部分所在位置到返回充电装置所需电量进行匹配；通过定位子系统实时向充电装置发送巡检部分的坐标信息，供路径规划子系统实现路径规划，准确达到指定位置，并根据路径规划返回充电装置；巡检部分的定位系统将巡检部分恰好移动到指定位置后两电极良好接触后充电装置通电，充电装置上方的显示屏可显示充电时间以及机器人实时电量；信号处理子系统负责向巡检部分发送信号，并接收巡检部分发送的信息。通过智能充电系统可以使巡检部分智能返回充电装置完成充电并继续地面巡检工作，实现综合管廊的无人化智能巡检。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种所述的管廊巡检机器人巡检与充电系统的巡检及充电方法，包括步骤：
所述动力部分1与巡检部分2两者锁紧状态下，所述动力部分1带动巡检部分2沿轨道200空中巡检，集电器11为所述巡检部分2充电；
当管廊内地面需要执行巡检工作时，锁紧分离机构3将动力部分1与巡检部分2两者分离，所述巡检部分2下放到管廊内地面巡检；
地面巡检过程中电量不足时，所述巡检部分2驶向所述地面充电装置5进行充电。
如图4所示，进一步优选地，所述地面充电装置5对所述巡检部分2充电的步骤包括：
管廊巡检机器人自带电池电量监测模块，实时在线把巡检部分2所在位置到返回地面充电装置5所需电量进行匹配；
当剩余电量达到返回阈值时，巡检部分2向地面充电装置5发出充电请求，规划返回地面充电装置5最近路径并按路径返回；
当巡检部分2返回到地面充电装置5后，巡检部分2的定位系统将巡检部分2定位到预定充电位置；
地面充电装置5的下压力传感器52获得与巡检部分2重力匹配的压力后发出充电信号，伸缩装置54下压，充电装置电极53与机器人充电电极21接触，当上压力传感器55检测达到接触压力阈值后，充电装置电极53通电；
地面充电装置5的显示屏56显示当前充电时间以及实时电量；优选地，还提示待充电机器人的位置数量等信息；
充电完成后，巡检部分2返回继续地面巡检，地面充电装置5复位或者继续规划后续充电顺序，执行后续充电作业。
综上所述，与现有技术相比，本发明的方案具有如下显著优势：
本发明的管廊巡检机器人巡检与充电系统，挂轨式管廊巡检机器人分为动力部分和巡检部分，通过锁紧分离机构连接或分离，具有空中巡检和地面巡检模式，提高了管廊巡检机器人的工作效率以及满足多方位多区域的巡检任务。空中巡检时，动力部分在轨道上滑动取电并为巡检部分充电；地面巡检时，地面充电装置为电量不足的巡检部分进行充电，满足地面巡检的充电需求。
本发明的管廊巡检机器人巡检与充电系统，地面充电装置包括主体框架、充电台位、下压力传感器、充电装置电极、电磁弹簧、上压力传感器、显示屏等，形成一整套可靠的充电模块，可以纵向间隔布置在管廊地面的多个节点处。
本发明的管廊巡检机器人巡检与充电系统，地面充电装置包括电量监测子系统、定位子系统、路径规划子系统、信号处理子系统。通过电量监测子系统监测巡检部分的电池电量，实时在线把巡检部分所在位置到返回充电装置所需电量进行匹配；通过定位子系统实时向充电装置发送巡检部分的坐标信息，供路径规划子系统实现路径规划，准确达到指定位置，并根据路径规划返回充电装置；巡检部分的定位系统将巡检部分恰好移动到指定位置后两电极良好接触后充电装置通电，充电装置上方的显示屏可显示充电时间以及机器人实时电量；信号处理子系统负责向巡检部分发送信号，并接收巡检部分发送的信息。通过智能充电系统可以使巡检部分智能返回充电装置完成充电并继续地面巡检工作，实现综合管廊的无人化智能巡检。
可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种管廊巡检机器人巡检与充电系统，其特征在于：包括挂轨式管廊巡检机器人和地面充电装置(5)；
所述挂轨式管廊巡检机器人包括动力部分(1)和巡检部分(2)，所述动力部分(1)挂轨走行于管廊内空中的轨道(200)，所述动力部分(1)包括集电器(11)，所述集电器(11)在走行的过程中从带电的所述轨道(200)获得电能，并为所述巡检部分(2)充电；
所述动力部分(1)与巡检部分(2)之间设有锁紧分离机构(3)，在两者锁紧状态下，所述动力部分(1)带动巡检部分(2)沿轨道(200)空中巡检；在两者分离状态下，所述巡检部分(2)自行在管廊内地面巡检；
所述地面充电装置(5)具有与巡检部分(2)对接的充电结构，接纳地面巡检中电量不足的巡检部分(2)进行充电；
所述地面充电装置(5)包括主体框架，所述主体框架的底部具有充电台位(51)，用于容纳所述巡检部分(2)；
所述充电台位(51)具有下压力传感器(52)，用于检测所述巡检部分(2)是否开上所述充电台位(51)；
所述主体框架上安装有充电装置电极(53)，位于所述充电台位(51)上方，用于与巡检部分(2)的机器人充电电极(21)对接；
所述主体框架上安装有伸缩装置(54)，所述伸缩装置(54)的端部安装有所述充电装置电极(53)，用于可升降地与所述机器人充电电极(21)对接；
所述地面充电装置(5)包括上压力传感器(55)，用于检测充电装置电极(53)与机器人充电电极(21)对接的压力。
2.如权利要求1所述的管廊巡检机器人巡检与充电系统，其特征在于：
所述伸缩装置(54)为电磁弹簧。
3.如权利要求1所述的管廊巡检机器人巡检与充电系统，其特征在于：
所述主体框架上安装有显示屏(56)，用于显示巡检部分(2)的充电时间和实时电量。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的管廊巡检机器人巡检与充电系统的巡检及充电方法，其特征在于，包括步骤：
所述动力部分(1)与巡检部分(2)两者锁紧状态下，所述动力部分(1)带动巡检部分(2)沿轨道(200)空中巡检，集电器(11)为所述巡检部分(2)充电；
当管廊内地面需要执行巡检工作时，锁紧分离机构(3)将动力部分(1)与巡检部分(2)两者分离，所述巡检部分(2)下放到管廊内地面巡检；
地面巡检过程中电量不足时，所述巡检部分(2)驶向所述地面充电装置(5)进行充电。
5.如权利要求4所述的管廊巡检机器人巡检与充电系统巡检及充电方法，其特征在于：
所述地面充电装置(5)对所述巡检部分(2)充电的步骤包括：
管廊巡检机器人自带电池电量监测模块，实时在线把巡检部分(2)所在位置到返回地面充电装置(5)所需电量进行匹配；
当剩余电量达到返回阈值时，巡检部分(2)向地面充电装置(5)发出充电请求，规划返回地面充电装置(5)路径并按路径返回；
当巡检部分(2)返回到地面充电装置(5)后，巡检部分(2)的定位系统将巡检部分(2)定位到预定充电位置；
地面充电装置(5)的下压力传感器(52)获得与巡检部分(2)重力匹配的压力后发出充电信号，伸缩装置(54)下压，充电装置电极(53)与机器人充电电极(21)接触，当上压力传感器(55)检测达到接触压力阈值后，充电装置电极(53)通电；
地面充电装置(5)的显示屏(56)显示充电时间以及实时电量；
充电完成后，巡检部分(2)返回继续地面巡检。
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