CN114474005B - 一种受限空间的巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种受限空间的巡检机器人，包括：运动机构，用于和隧道内钢轨连接，并沿所述钢轨移动；控制箱，和所述运动机构连接；伸缩机构，和所述控制箱连接，在所述控制箱的驱动下张开或合拢；伸缩机构上安装有相机，用于对隧道内的情况进行检测。巡检机器人能够快速到达相应位置，能够实现隧道结构全范围的实时掌控，保证检测结果的准确性；巡检机器人能够通过狭小空间，对隧道环境接缝病害的快速化，智能化与全覆盖检测；工作人员无需进入危险的环境，就可以远程控制机器人，危险系数较低；巡检机器人根据给定的程序，在隧道管道中自主巡检，能够自动适应隧道管片的障碍情况，就能够很好的实现自动越障功能，工作效率更高。

Description

一种受限空间的巡检机器人

技术领域

本发明涉及巡检机器人技术领域，尤其涉及一种受限空间的巡检机器人。

背景技术

如今，我国处于设计、施工与运营阶段的大直径盾构隧道有将近百余座。盾构隧道结构设计使用年限为100年，随着时间的增长，伴随而来的各种各样的安全问题，隧道结构安全事故诸如变形超限，渗漏水等微小病害发展而来的。而人工巡检消耗巨大，也无法对隧道结构全范围的掌控，检测结果的准确性难以保证。目前的快速化检测设备及隧道用巡检机器人无法满足针对隧道结构狭小受限空间内接缝病害的快速化、智能化与全覆盖检测。目前传统的电力巡检机器人一般在下方装有相机的移动云台，可以进行竖直方向的运动，不过针对于一些受限的空间，比如隧道空间，地铁空间，此结构方案无法满足侦查的作用。因此，申请人考虑采用一种前端采用电动推杆的结构，用于盾构管片检测。基于此，如何设计一种受限空间的巡检机器人是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种受限空间的巡检机器人。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种受限空间的巡检机器人，包括：

运动机构，用于和隧道内钢轨连接，并沿所述钢轨移动；

控制箱，和所述运动机构连接；

伸缩机构，和所述控制箱连接，在所述控制箱的驱动下张开或合拢；伸缩机构上安装有相机，用于对隧道内的情况进行检测。

作为上述技术方案的改进，所述的一种受限空间的巡检机器人，所述伸缩机构包括电动推杆、杆状臂以及连接杆；所述电动推杆包括固定部和伸缩部；所述固定端固定在控制箱上；所述杆状臂的其中一端铰接在固定部上；所述连接杆的一端铰接在杆状臂上，另一端铰接在伸缩部上。

作为上述技术方案的改进，所述的一种受限空间的巡检机器人，所述杆状臂远离电动推杆的一端设置相机法兰；所述电动推杆的固定部安装于控制箱内，且部分伸出至控制箱外部；所述固定部伸出控制箱的一端通过第一连接法兰和控制箱固定连接，固定部位于控制箱内部的一端通过第二连接法兰和控制箱固定连接；所述杆状臂的铰接端铰接在第一连接法兰上；所述伸缩部远离固定部的一端固定有第三连接法兰；所述连接杆的一端铰接在第三连接法兰上，另一端铰接在杆状臂上。

作为上述技术方案的改进，所述的一种受限空间的巡检机器人，所述运动机构包括壳体以及设置于壳体内的主动轮、驱动齿轮组以及驱动电机；所述壳体上设置容纳钢轨的开口槽，钢轨部分伸入开口槽内；所述主动轮设置于钢轨侧部；所述驱动齿轮组包括两个通过皮带传动连接的驱动齿轮；其中一个驱动齿轮和主动轮同步固定在一起，另一个驱动齿轮同步固定在驱动电机的输出轴上。

作为上述技术方案的改进，所述的一种受限空间的巡检机器人，所述壳体内还设置多组沿钢轨长度方向布设的导向轮；每组所述导向轮包括两个且对称设置于钢轨两侧。

作为上述技术方案的改进，所述的一种受限空间的巡检机器人，沿所述钢轨高度方向，钢轨的投影和伸缩机构的投影不具有重叠部分。

作为上述技术方案的改进，所述的一种受限空间的巡检机器人，所述控制箱内设置控制器；所述控制器和驱动电机及电动推杆电连接，控制驱动电机及电动推杆的工作状态。

本发明的优点在于：①巡检机器人能够快速到达相应位置，能够实现隧道结构全范围的实时掌控，保证检测结果的准确性；②巡检机器人能够通过狭小空间，对隧道环境接缝病害的快速化，智能化与全覆盖检测；③工作人员无需进入危险的环境，就可以远程控制机器人，危险系数较低；④巡检机器人根据给定的程序，在隧道管道中自主巡检，能够自动适应隧道管片的障碍情况，就能够很好的实现自动越障功能，工作效率更高。

附图说明

图1为本发明巡检机器人结构示意图一(合拢状态)。

图2为本发明巡检机器人结构示意图二(展开状态)。

图3为本发明伸缩机构结构示意图。

图4为本发明电动推杆的安装示意图。

图5为本发明运动机构的结构示意图一。

图6为本发明运动机构的结构示意图二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

实施例1，参见图1和图2，一种受限空间的巡检机器人，包括：

运动机构1，用于和隧道内钢轨9连接，并沿所述钢轨9移动；

控制箱2，和所述运动机构1连接；

伸缩机构3，和所述控制箱2连接，在所述控制箱2的驱动下张开或合拢；伸缩机构3上安装有相机，用于对隧道内的情况进行检测；

钢轨9采用工字钢，沿隧道长度方向布设，运动机构1作为巡检机器人的行走机构，沿钢轨9运动，使巡检机器人沿隧道的长度方向行走，行走过程中，伸缩机构3处于伸展状态，伸缩机构3上的相机对隧道内的情况进行检测，在行走至狭小空间时，伸缩机构3合拢，保证巡检机器人整体能够通过狭小的空间。

作为上述技术方案的改进，参见图3、图4，所述伸缩机构3包括电动推杆31、杆状臂32以及连接杆33；所述电动推杆31包括固定部311和伸缩部312；所述固定端311固定在控制箱2上；所述杆状臂32的其中一端铰接在固定部311上；所述连接杆33的一端铰接在杆状臂32上，另一端铰接在伸缩部312上；

杆状臂32远离电动推杆31的一端设置相机法兰321，用来安装相机，对隧道内情况进行检测；连接杆33将电动推杆31和杆状臂32连接在一起；电动推杆31驱动杆状臂32张开或合拢；具体的，电动推杆31的伸缩部312 向固定部311内收缩，伸缩部312通过连接杆33推动杆状臂32，使杆状臂 32其沿铰接端向外伸展；电动推杆31的伸缩部312从固定部311内伸出，通过连接杆33拉动杆状臂32，使杆状臂32沿其铰接端向内合拢；连接杆 33和杆状臂32的铰接位置根据具体连接杆33长度及电动推杆31长度设定，一般连接杆33铰接在杆状臂32中部与铰接端之间位置；实际设计时，杆状臂32一般设置为两个，展开时分别对隧道两侧进行检测；

具体安装时，电动推杆31的固定部311安装于控制箱2内，且部分伸出至控制箱2外部；固定部311伸出控制箱2的一端通过第一连接法兰313 和控制箱2固定连接，固定部311位于控制箱2内部的一端通过第二连接法兰314和控制箱2固定连接；杆状臂32的铰接端铰接在第一连接法兰313 上；伸缩部312远离固定部的一端固定有第三连接法兰315；连接杆33的一端铰接在第三连接法兰315上，另一端铰接在杆状臂32上。

作为上述技术方案的改进，参见图5、图6，所述运动机构1包括壳体 11以及设置于壳体11内的主动轮12、驱动齿轮组13以及驱动电机14；所述壳体11上设置容纳钢轨9的开口槽，钢轨9部分伸入开口槽内；所述主动轮12设置于钢轨9侧部；所述驱动齿轮组13包括两个通过皮带传动连接的驱动齿轮；其中一个驱动齿轮和主动轮12同步固定在一起，另一个驱动齿轮同步固定在驱动电机14的输出轴上；

驱动电机14通过传动轴会带动同步的驱动齿轮进行运动，同步的驱动齿轮带动皮带进行运动，皮带带动另一端的驱动齿轮进行运动，这一端的驱动齿轮与主动轮12连接，使主动轮12在钢轨9上形状；壳体11前后两侧共有两个驱动电机，带动四个皮带，四个驱动齿轮，四个主动轮，共同来使得整个巡检机器人能够运动起来；当然，壳体11内还设置多组导向轮 15，多组导向轮15沿钢轨9长度方向依次布设，每组所述导向轮15包括两个且对称设置于钢轨9两侧，起到辅助支撑的作用。

作为上述技术方案的改进，参见图2，沿所述钢轨9高度方向，钢轨9 的投影和伸缩机构3的投影不具有重叠部分；

该种设计可以保证伸缩机构3伸展时不会碰到钢轨9，即伸缩机构3位于控制箱2的一侧，设计时，伸缩机构3位于控制箱2一侧，控制箱2的另一侧设置配重块，用以保证巡检机器人整体的平衡性。

作为上述技术方案的改进，所述控制箱2内设置控制器；所述控制器和驱动电机14及电动推杆31电连接，控制驱动电机14及电动推杆31的工作状态；

控制器用于控制整个机器人的动作；当然，控制箱2内还设置PCB板、蓄电池、无线通讯设备、激光雷达等必备元器件；当然，运动机构1还包括红外相机，用于拍摄巡检机器人行走前方的具体情况，红外相机和控制器连接，将拍摄信息传递给控制器，以使控制器控制伸缩机构3的张开或合拢。

巡检机器人还包括定位机构，定位包括巡检机器人的里程计，RFID电子标签，激光雷达的定位数据，其中里程计安置在导向轮处，可以记录导向轮走的圈数，通过算法可以计算出一个具体的距离值；相比传统在主动轮处的计算方法，考虑到了主动轮打滑的具体情况，更加精确；在此基础上，添加了RFID电子标签的方法；每隔一段距离，设置一个RFID电子标签，该电子标签放置在钢轨上，巡检机器人内部可以对电子标签进行扫描，来保证一个精确的值；该方法主要流程，当巡检机器人前进时，里程计会自动记录目前的值，当经过电子标签时，会更新到电子标签标记的里程值，然后里程计在电子标签记录的值得基础上继续计数。

本发明的巡检机器人，①巡检机器人能够快速到达相应位置，能够实现隧道结构全范围的实时掌控，保证检测结果的准确性；②巡检机器人能够通过狭小空间，对隧道环境接缝病害的快速化，智能化与全覆盖检测；③工作人员无需进入危险的环境，就可以远程控制机器人，危险系数较低；④巡检机器人根据给定的程序，在隧道管道中自主巡检，能够自动适应隧道管片的障碍情况，就能够很好的实现自动越障功能，工作效率更高。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种受限空间的巡检机器人，其特征在于，包括：

运动机构（1），用于和隧道内钢轨（9）连接，并沿所述钢轨（9）移动；

控制箱（2），和所述运动机构（1）连接；

伸缩机构（3），和所述控制箱（2）连接，在所述控制箱（2）的驱动下张开或合拢；伸缩机构（3）上安装有相机，用于对隧道内的情况进行检测；

所述伸缩机构（3）包括电动推杆（31）、杆状臂（32）以及连接杆（33）；所述电动推杆（31）包括固定部（311）和伸缩部（312）；所述固定部（311）固定在控制箱（2）上；所述杆状臂（32）的其中一端铰接在固定部（311）上；所述连接杆（33）的一端铰接在杆状臂（32）上，另一端铰接在伸缩部（312）上；

所述杆状臂（32）远离电动推杆（31）的一端设置相机法兰（321）；所述电动推杆（31）的固定部（311）安装于控制箱（2）内，且部分伸出至控制箱（2）外部；所述固定部（311）伸出控制箱（2）的一端通过第一连接法兰（313）和控制箱（2）固定连接，固定部（311）位于控制箱（2）内部的一端通过第二连接法兰（314）和控制箱（2）固定连接；所述杆状臂（32）的铰接端铰接在第一连接法兰（313）上；所述伸缩部（312）远离固定部的一端固定有第三连接法兰（315）；所述连接杆（33）的一端铰接在第三连接法兰（315）上，另一端铰接在杆状臂（32）上；

所述运动机构（1）包括壳体（11）以及设置于壳体（11）内的主动轮（12）、驱动齿轮组（13）以及驱动电机（14）；所述壳体（11）上设置容纳钢轨（9）的开口槽，钢轨（9）部分伸入开口槽内；所述主动轮（12）设置于钢轨（9）侧部；所述驱动齿轮组（13）包括两个通过皮带传动连接的驱动齿轮；其中一个驱动齿轮和主动轮（12）同步固定在一起，另一个驱动齿轮同步固定在驱动电机（14）的输出轴上。

2.根据权利要求1所述的一种受限空间的巡检机器人，其特征在于：所述壳体（11）内还设置多组沿钢轨（9）长度方向布设的导向轮（15）；每组所述导向轮（15）包括两个且对称设置于钢轨（9）两侧。

3.根据权利要求1所述的一种受限空间的巡检机器人，其特征在于：沿所述钢轨（9）高度方向，钢轨（9）的投影和伸缩机构（3）的投影不具有重叠部分。

4.根据权利要求1所述的一种受限空间的巡检机器人，其特征在于：所述控制箱（2）内设置控制器；所述控制器和驱动电机（14）及电动推杆（31）电连接，控制驱动电机（14）及电动推杆（31）的工作状态。