CN114289363A - 一种轨式隧道灯清洁机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨式隧道灯清洁机器人及其使用方法，包括架设在隧道顶壁的并排导轨,两导轨沿着隧道长度方向设置并分别位于隧道灯两侧；滑动连接于导轨上的清洁车；设置于清洁车上的清洁毛刷，清洁毛刷用于清洁两导轨之间的隧道灯；驱动机构，用于驱动清洁毛刷对隧道灯进行清洁；行动部，用于驱动清洁车在导轨上移动；定位系统，用于定位隧道灯的位置。该轨式隧道灯清洁机器人操作便捷、安全可靠、高效节能，并且清洁效果好。

Description

一种轨式隧道灯清洁机器人及其使用方法

技术领域：

本发明属于交通领域，具体涉及一种轨式隧道灯清洁机器人及其使用方法。

背景技术：

隧道内通风条件受限，车辆尾气和扬尘难以及时疏散，滞留的尾气和灰尘对高速公路隧道内墙壁、照明灯设施设备均产生污染,导致隧道照明不良,带来严重交通隐患。

由此可见，隧道照明灯的清洁维护工作十分重要.而我国目前的隧道隧道照明灯清洁困难，人工成本和危险性高，现有设备和方法效率低，严重影响交通等问题。随着汽车保有量继续增加，如何在对现有交通流影响最低的情形下，研究一种对隧道灯进行高效、安全的清洗设备已经成为一项急需解决的任务。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种操作便捷、安全可靠、清洁效果好的轨式隧道灯清洁机器人。

本发明的技术解决方案是，提供一种轨式隧道灯清洁机器人，包括

架设在隧道顶壁的并排导轨,两导轨沿着隧道长度方向设置并分别位于隧道灯两侧；

滑动连接于导轨上的清洁车；

设置于清洁车上的清洁毛刷，清洁毛刷用于清洁两导轨之间的隧道灯；

驱动机构，用于驱动清洁毛刷对隧道灯进行清洁；

行动部，用于驱动清洁车在导轨上移动；

定位系统，用于定位隧道灯的位置；

控制单元，用于控制驱动机构、行动部和定位系统。

作为优选，还包括通讯模块，通讯模块与控制单元电性连接，以实现远程控制。

作为优选，还包括清洁毛刷的自清洁组件，自清洁组件由安装在导轨上方的清洁喷头、供水管与固定在导轨下方的废水回收处理箱组成。清洁喷头为自感应喷头或在供水管上设置电磁阀，利用控制单元控制电磁阀进行自喷淋。

作为优选，还包括动力源，动力源为蓄电池，蓄电池存放于清洁车前端的蓄电池存储箱中并给清洁车提供动力。

作为优选，清洁毛刷包括一级清洁毛刷和二级清洁毛刷，对应的，驱动机构包括第一驱动件和第二驱动件；其中，一级清洁毛刷为塑料硬清洁毛刷并由第一驱动件驱动，第一驱动件为单一电机；二级清洁毛刷采用行星轮多刷头结构并由第二驱动件驱动，第二驱动件包括与行星轮多刷头结构对应的电机以及将行星轮多刷头结构通过中间轴连接的行星齿轮，二级清洁毛刷为软绵毛刷。

作为优选，还包括清洁调整机构，清洁调整机构用于调整清洁毛刷与灯具的相对位置。

作为优选，行动部由清洁车两侧的行动轮通过电机的链轮传递动力驱动车子在导轨上移动。

作为优选，清洁调节机构包括设于清洁车两侧的角度调节支架、步进电机和压力传感器组成，并由清洁车两侧的角度调节支架通过步进电机和压力传感器来调整一级清洁毛刷和二级清洁毛刷的清洁角度与力度。

作为优选，还包括设置在清洁车的外部靠近隧道内侧的自充电端口，以及置在隧道内侧的伸缩式充电口，自充电端口和伸缩式充电口适配。

进一步的，定位系统包括超声波探头、红外传感器以及图像/视频采集单元。通过视觉技术和超声波探头来精确的确定灯具的位置，并通过步进电机来驱动车子在导轨上行动进行精确调整。

本发明还提供一种轨式隧道灯清洁机器人的使用方法，包括以下步骤，

步骤1，清洁机器人根据程序设定自动清洁时间，以便定期进行清洁工作；

步骤2，进入自动清洁时间后，清洁机器人自动唤醒并启动清洁任务，清洁车沿轨道匀速前进，视频传感器捕捉到白光点进行灯具初定位，然后采用距离探测模块进行精确定位；

步骤3，在确定灯具的准确位置后，清洁刷距离灯具表面预留安全距离，并启动清洁刷一侧角度调节机构的步进电机实现清洁刷的摆动，当压力传感器压力大于0时，启动清洁刷轴端电机，按设定的转速及设定的时间，先正转后反转再正转，进行清洁工作，当压力传感器压力达到设定值后，摆动电机停止工作，一级清洁和二级清洁按设定时间工作完成后，步进电机工作，将清洁刷恢复至安全位置；

步骤4，完成一个灯具的清洁工作后，清洁车继续沿轨道前进进行下一个灯具的清洁，直至完成隧道内同一导轨内的所有灯具的清洁，当清洁过程中自检电池电量不足以完成清洁和返回任务时，通过移动距离来记录当前位置，按程序设定返回充电位置进行充电，当电充满后直接移动至前一个工作位置继续进行灯具清洁；

步骤5，清洁完成后，在接收到末端传感器信号后清洁车返回指定休眠位置。

作为优选，如果需要提高清洁的洁净度，可以增加清洁机器人布置的数量，根据隧道灯的情况设置2个及以上数量的清洁机器人，同侧工作，一个进行粗清洁，另一个进行精细清洁，可以有效的提高清洁度；并且，为确保清洁效果，可通过自清洁组件对清洁刷进行定期自清洁。

采用以上方案后与现有技术相比，本发明具有以下优点：和隧道灯进行一体化设计，在隧道内布设导轨，清洁机器人在轨道上自动运行，实现清洁，返回补给点充电和自清洁等功能；本发明轨式隧道灯清洁机器人，不占用隧道的路面空间，可以实现自动化的清洗工作，针对现有的隧道清洗模式进行革新，若推广之后，将在快速畅通、经济节能、绿色环保、高效便捷等多个方面提升现有的高速公路隧道灯清洗效果，在经济效益和社会效益两个领域实现双赢，具体而言，

1、设备的成功研发，大大减少隧道照明灯清洗协同工作人员的数量，节约了大量人力；

2、清洗机器人在导轨上工作，不占用隧道地面，可以避免对道路交通的管制和限流，从而提高了交通流量，避免交通拥堵，节约能源；

3、应用该设备，可以有效的减小工作人员的操作风险，不需要登高作业，也不需要在隧道内道路上施工，保障安全，提高工作效率。

附图说明：

图1为本发明的清洁机器人结构示意图。

图2为本发明的清洁车结构示意图。

图3为本发明清洁车俯视图。

图4为本发明二级清洁毛刷结构总成示意图。

图5为本发明一级清洁毛刷结构示意图。

具体实施方式：

下面就具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1-5所示，一种轨式隧道灯清洁机器人，包括

架设在隧道顶壁的并排导轨1,两导轨1沿着隧道长度方向设置并分别位于隧道灯2两侧，导轨的轨道通过连接杆架设在隧道中，轨道的高度低于隧道灯底面设置，由于隧道灯2沿隧道方向排列设置，因此设置导轨并无需改变隧道灯2的安装；

滑动连接于导轨的轨道上的清洁车3，该清洁车3包括车体31，车体31为上下通透的框型结构，车体31两侧设置与轨道配合的行动轮；

设置于车体上的清洁毛刷，清洁毛刷用于清洁两导轨之间的隧道灯2，清洁毛刷上表面突出清洁车设置，以便对上方的隧道灯2进行清洗；

驱动机构，用于驱动清洁毛刷对隧道灯进行清洁；

行动部，用于驱动清洁车在导轨上移动；

定位系统，用于定位隧道灯的位置；

动力源，动力源为蓄电池，蓄电池存放于清洁车前端的蓄电池存储箱中并给清洁车提供动力；

控制单元，用于控制驱动机构、动力源和定位系统。

具体的，清洁毛刷包括一级清洁毛刷4和二级清洁毛刷5，对应的，驱动机构包括第一驱动件和第二驱动件；其中，一级清洁毛刷4为塑料硬清洁毛刷并由第一驱动件驱动，第一驱动件为单一电机，一级清洁毛刷为单轴毛刷；二级清洁毛刷5采用行星轮多刷头结构并由第二驱动件驱动，第二驱动件包括与行星轮多刷头结构对应的电机以及将行星轮多刷头结构通过中间轴连接的行星齿轮，二级清洁毛刷为软绵毛刷。清洁过程采用粗和精二级清洁模式，设置两组清洁刷，根据清洁流程编制相应的控制程序，可实现分级清洁，高效便捷。与之对应的，还包括清洁调整机构，清洁调整机构用于调整清洁毛刷清洁的角度，清洁调节机构包括设于清洁车两侧的角度调节支架6、步进电机和压力传感器组成，并由清洁车两侧的角度调节支架6通过步进电机和压力传感器来调整一级清洁毛刷和二级清洁毛刷的清洁角度与力度，角度调节支架6为板状结构，其两端具有通孔。也就是说，清洁车通过定位到达工作位置通过角度调节支架来调整清洁毛刷与灯具的距离，角度调节支架上设有压力传感器以便控制一级清洁毛刷与二级清洁毛刷的工作力度。

作为优选，行动部由清洁车两侧的行动轮通过电机的链轮传递动力驱动车子在导轨上移动。

定位系统包括超声波探头、红外传感器以及图像/视频采集单元。通过视觉技术和超声波探头来精确的确定灯具的位置，并通过步进电机来驱动车子在导轨上行动进行精确调整。也就是说，清洁车在轨道中行走通过视觉技术和超声波探头来精确的确定灯具的位置，并通过步进电机来驱动车子在轨道上行动进行精确调整。

为方便清洁毛刷，还包括清洁毛刷的自清洁组件，自清洁组件由安装在导轨上方的清洁喷头、供水管与固定在导轨下方的废水回收处理箱组成。清洁喷头为自感应喷头或在供水管上设置电磁阀，利用控制单元控制电磁阀进行自喷淋。

另外，该清洁机器人还包括设置在清洁车的外部靠近隧道内侧的自充电端口，以及置在隧道内侧的伸缩式充电口，自充电端口和伸缩式充电口适配。

需要说明的是，定位系统不仅对灯具进行定位，还包括自清洁定位、自充电定位，也就说，清洁车在轨道中工作到设定时间自动到达清洁点，通过压力传感器和驱动清洁车行驶的步进电机来定位；以及清洁车在轨道中行走，通过视觉技术和超声波探头来精确的确定充电端口的位置，并通过步进电机来驱动清洁车在轨道上行动进行精确调整。

照明灯定位时，可在预设的自清洁喷头处或灯具位置，设置红外传感器辅助定位，并由超声波传感器精确定位。

清洗机器人利用一、二级清洁毛刷完成灯具的清洗，完成后定时至清洗站，并自动清洗刷子，也就是说，清洁完成后，毛刷通过隧道上方的喷头喷出的清洁液清洗毛刷，废水通过下方的废水收集箱收集废水，根据设定清洁时间停止清洁，毛刷开始自转来进行脱水。

并且，该清洁车自带电池和电量检测系统，电量不足自动返回隧道起点充电点充电，充电满后按设定程序自动进行清洁作业。

为了便于远程作业，还包括通讯模块，通讯模块与控制单元电性连接，以实现远程控制。

本实施例技术指标:

1)、移动速度：两灯之间的非工作区移动速度为0.5m/s,在隧道灯上的工作区移动速度为0.05m/s。

2)、一级毛刷转速：600转/分钟；

3)、一级清洁时间:10-20秒；

4)、一级清洁度：照明灯罩表面灰尘基本清理完成；

5)、二级毛刷转速：300转/分钟；

6)、二级清洁时间:30-40秒；

7)、二级清洁度:照明灯罩表面无灰尘污垢；

8)、电池续航：采用锂电池(重量约5公斤)可持续工作7-8小时。

该轨式隧道灯清洁机器人的使用方法，包括以下步骤，

步骤1，清洁机器人根据程序设定自动清洁时间，以便定期进行清洁工作；

步骤2，进入自动清洁时间后，清洁机器人自动唤醒并启动清洁任务，清洁车沿轨道匀速前进，视频传感器捕捉到白光点进行灯具初定位，(采用视觉图像处理进行灯具的粗定位)，然后采用距离探测模块进行精确定位，该模块可以是由红外传感器辅助定位，并由超声波传感器精确定位；

步骤3，在确定灯具的准确位置后，清洁刷距离灯具表面预留50mm左右的安全距离，并启动清洁刷一侧角度调节机构的步进电机实现清洁刷的摆动，当压力传感器压力大于0时，启动清洁刷轴端电机，按设定的转速及设定的时间，先正转后反转再正转，进行清洁工作，当压力传感器压力达到设定值后，摆动电机停止工作，一级清洁和二级清洁按设定时间工作完成后，步进电机工作，将清洁刷恢复至安全位置；

步骤4，完成一个灯具的清洁工作后，清洁车继续沿轨道前进进行下一个灯具的清洁，直至完成隧道内同一导轨内的所有灯具的清洁，当清洁过程中检测电量不够时，通过移动距离来记录当前位置，按程序设定返回充电位置进行充电，当电充满后直接前往前一个工作位置继续进行灯具清洁；

步骤5，清洁完成后，在接收到末端传感器信号后清洁车返回指定休眠位置。

作为优选，如果需要提高清洁的洁净度，可以增加清洁机器人布置的数量，根据隧道灯的情况设置2个及以上数量的清洁机器人，同侧工作，一个进行粗清洁，另一个进行精细清洁，可以有效的提高清洁度。也就是说，可根据隧道长度进行分布，300米以内的隧道，一端布置，300米-500米，两端布置；500米以上的隧道，可以在隧道内根据隧道设计情况，分段布置，每200至300米可以设置一个清洁机器人。

并且，为确保清洁效果，可通过自清洁组件对清洁刷进行定期自清洁，比如半年清洁一次。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书所做的等效结构或等效流程变换，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：包括

架设在隧道顶壁的并排导轨,两导轨沿着隧道长度方向设置并分别位于隧道灯两侧；

滑动连接于导轨上的清洁车；

设置于清洁车上的清洁毛刷，清洁毛刷用于清洁两导轨之间的隧道灯；

驱动机构，用于驱动清洁毛刷对隧道灯进行清洁；

行动部，用于驱动清洁车在导轨上移动；

定位系统，用于定位隧道灯的位置；

控制单元，用于控制驱动机构、行动部和定位系统。

2.根据权利要求1所述的轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：还包括通讯模块，通讯模块与控制单元电性连接，以实现远程控制。

3.根据权利要求1或2所述的轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：还包括清洁毛刷的自清洁组件，自清洁组件由安装在导轨上方的清洁喷头、供水管与固定在导轨下方的废水回收处理箱组成。

4.根据权利要求1所述的轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：还包括动力源，动力源为蓄电池，蓄电池存放于清洁车前端的蓄电池存储箱中并给清洁车提供动力。

5.根据权利要求1所述的轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：清洁毛刷包括一级清洁毛刷和二级清洁毛刷，对应的，驱动机构包括第一驱动件和第二驱动件；其中，一级清洁毛刷为塑料硬清洁毛刷并由第一驱动件驱动，第一驱动件为单一电机；二级清洁毛刷采用行星轮多刷头结构并由第二驱动件驱动，第二驱动件包括与行星轮多刷头结构对应的电机以及将行星轮多刷头结构通过中间轴连接的行星齿轮。

6.根据权利要求5所述的轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：还包括清洁调整机构，清洁调整机构用于调整清洁毛刷与灯具的相对位置。

7.根据权利要求6所述的隧道照明灯清洗机器人，其特征在于：清洁调节机构包括设于清洁车两侧的角度调节支架、步进电机和压力传感器组成，并由清洁车两侧的角度调节支架通过步进电机和压力传感器来调整一级清洁毛刷和二级清洁毛刷的清洁角度与力度。

8.根据权利要求1所述的轨式隧道灯清洁机器人，其特征在于：还包括设置在清洁车的外部靠近隧道内侧的自充电端口，以及置在隧道内侧的伸缩式充电口，自充电端口和伸缩式充电口适配。

9.根据权利要求1所述的轨式隧道灯清洁机器人的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，清洁机器人根据程序设定自动清结时间，以便定期进行清洁工作；

步骤2，进入自动清洁时间后，清洁机器人自动唤醒并启动清洁任务，清洁车沿轨道匀速前进，视频传感器捕捉到白光点进行灯具初定位，然后采用距离探测模块进行精确定位；

步骤3，在确定灯具的准确位置后，清洁刷距离灯具表面预留安全距离，并启动清洁刷一侧角度调节机构的步进电机实现清洁刷的摆动，当压力传感器压力大于0时，启动清洁刷轴端电机，按设定的转速及设定的时间，先正转后反转再正转，进行清洁工作，当压力传感器压力达到设定值后，摆动电机停止工作，一级清洁和二级清洁按设定时间工作完成后，步进电机工作，将清洁刷恢复至安全位置；

步骤4，完成一个灯具的清洁工作后，清洁车继续沿轨道前进进行下一个灯具的清洁，直至完成隧道内同一导轨内的所有灯具的清洁，当清洁过程中自检电池电量不足以完成清洁和返回任务时，通过移动距离来记录当前位置，按程序设定返回充电位置进行充电，当电充满后直接移动至前一个工作位置继续进行灯具清洁；

步骤5，清洁完成后，在接收到末端传感器信号后清洁车返回指定休眠位置。

10.根据权利要求9所述的轨式隧道灯清洁机器人的使用方法，其特征在于：如果需要提高清洁的洁净度，可根据隧道灯的情况设置2个及以上数量的清洁机器人，同侧工作，一个进行粗清洁，另一个进行精细清洁；并且，为确保清洁效果，可通过自清洁组件对清洁刷进行定期自清洁。

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