CN114872063B - 古建筑地下排水管沟探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及管沟探测技术领域，具体涉及一种古建筑地下排水管沟探测系统及方法，为了获取古建筑地下排水管沟全面的巡测信息；其中系统包括总控中心、主机器人系统、侦察除障机器人系统和探测感知机器人系统；侦察除障机器人系统用于侦察照明、侦察摄像或排障；主机器人系统可搭载侦察除障机器人系统、探测感知机器人系统进行第一区域的信息采集，可在总控中心的控制下释放侦察除障机器人系统进行第二区域的障碍物清除，或者，探测感知机器人系统基于总控中心的控制运行至与侦察除障机器人系统对接，并在主机器人系统的拉力下，通过探测感知机器人系统对侦察除障机器人系统救援；本申请可实现自动化巡测，以及不同类型管沟的全面巡测。

Description

古建筑地下排水管沟探测系统及方法

技术领域

本申请涉及管沟探测的技术领域，尤其是涉及一种古建筑地下排水管沟探测系统及方法。

背景技术

古建筑的地下排水管沟与现代建筑的地下排水管沟有很大的不同。现代建筑的地下排水管沟通常为钢筋混泥土预制圆管或方管、钢筋混泥土现浇制圆管或方管、砖砌体方管或圆管、PVC管等，支沟通常为0.5m～1.0m、次干沟通常为1.0m～2.0m、主干沟通常为2.0～3.0m、综合管廊则更大；然后古建筑地下排水管沟通常为砖砌、石砌、夯筑、陶管等，尺寸较小，支沟通常为0.2m～0.4m、次干沟通常为0.4m～0.7m、干沟通常为0.7m～1.0m。

现有管道机器人，都由单一机器人和总控中心组成，由于是地下工作，极大地限制了无线通信能力，为了保证可靠的通信控制、数据实时传输以及连续稳定供电，机器人与总控中心之间，都采用线缆连接，具体含供电线路、网络线路，加之要保证线缆强度，使得截面较粗，线缆较长时重量也较大，就需要机器人具有相应的牵引力，使得机器人必须维持一定的重量，以保证机器人行走时与沟底之间足够的摩擦力，这限制了机器人尺寸，更限制了机器人的活动空间，在拐弯角度大的管道中尤其突出，在U形弯的管道中甚至无法使用。

实践表明，现有的管道机器人对0.5m以上的管沟有较好适应性，0.3m以下基本无法应用，因此对于现代建筑的地下排水管沟基本满足使用，但是对于古建筑地下的排水管沟，其本身截面尺寸较小，存在大量支沟，并且经历过数百年甚至上千年的风化和冲刷淤积可能存在堆积、堵塞。大量的实践表明，现有的管道机器人在古建筑的地下排水管沟探测中，只适用于条件较好的主干沟和部分次干沟，不适于用支沟。但古建筑运维和文物保护，却需要探测采集全面的古建筑的地下排水管沟详细数据，目前却并没有具有针对性的机器人。

发明内容

为了获取古建筑地下排水管沟全面的巡测信息，本申请提供了一种古建筑地下排水管沟探测系统及方法。

本申请第一方面提供的一种古建筑地下排水管沟探测系统采用如下的技术方案：

一种古建筑地下排水管沟探测系统，包括总控中心，以及与其信号连接的主机器人系统、侦察除障机器人系统、探测感知机器人系统；所述侦察除障机器人系统用于侦察照明、侦察摄像或排障；所述主机器人系统用于搭载所述侦察除障机器人系统、所述探测感知机器人系统，以在第一区域行进，通过所述探测感知机器人系统获取第一区域的三维地图信息；

所述主机器人系统停止在第一区域，并在所述总控中心的控制下释放所述侦察除障机器人系统，并控制所述侦察除障机器人系统在第二区域行进，进行第二区域的障碍物清除；所述第二区域的宽度小于所述第一区域的宽度；

所述侦察除障机器人系统在所述总控中心的控制下在第三区域侦察排障，所述探测感知机器人系统在第二区域行进，以采集第二区域的三维地图信息；所述第三区域的宽度小于所述第一区域的宽度；

或者，所述探测感知机器人系统基于所述总控中心的控制运行至与所述侦察除障机器人系统对接，并在所述主机器人系统的拉力下，通过所述探测感知机器人系统拖回所述侦察除障机器人系统。

通过采用上述技术方案，可以对不同空间大小的管沟进行巡检，可以对存在障碍物的管沟进行自动清障，实现地下管沟的全面巡检，获得精准、全面的管沟信息，自动化程度高。

优选的，所述主机器人系统包括可移动运载本体和驱动组件，所述驱动组件在所述总控中心的控制下驱动所述可移动运载本体运行；

所述可移动运载本体具有容纳所述侦察除障机器人系统、所述探测感知机器人系统的腔室，所述腔室的一侧开设有出口，所述出口装设有坞门；所述坞门通过第一驱动组件、第二驱动组件与所述可移动运载本体连接；所述第一驱动组件、所述第二驱动组件在所述总控中心的控制下开启所述坞门以形成连通通道，或者，关闭所述坞门；

所述侦察除障机器人系统设置于所述探测感知机器人系统远离所述出口的一侧；

所述可移动运载本体的内壁设置有对所述探测感知机器人系统限位的第一限位组件以及对所述侦察除障机器人系统限位的第二限位组件。

通过采用上述技术方案，侦察除障机器人系统与探测感知机器人系统作为执行机器人，在较为宽敞的区域时，搭载主机器人系统进行巡测，在进行狭小的区域巡测时，自动启动侦察除障机器人系统进行对应区域的路况巡测、除障，以保证探测感知机器人系统的通畅运行；侦察除障机器人系统、探测感知机器人系统与主机器人系统协同作业，形成一套智能化、多功能的地下管沟巡测系统，保证采集到地下排水管沟全面的详细数据。

优选的，所述探测感知机器人系统设置有一个或多个；当所述探测感知机器人系统为多个时，多个所述探测感知机器人系统信号连接；

所述探测感知机器人系统包括第一控制器和第一子机器人，所述第一控制器与所述总控中心信号连接；所述第一控制器用于控制所述第一子机器人的运行；

所述第一子机器人的周侧设置有第一图像采集装置、第一通信装置，所述第一通信装置用于与所述总控中心、所述侦察除障机器人系统信号连接。

通过采用上述技术方案，既可以实现搭载运行的主机器人系统时的图像采集，又能实现与侦察除障机器人系统协同；保证获取到高精度的管沟信息。

优选的，所述侦察除障机器人系统设置有一个或多个；

当所述侦察除障机器人系统为多个，多个所述侦察除障机器人系统信号连接；

所述侦察除障机器人系统包括第二控制器和第二子机器人，所述第二控制器与所述总控中心信号连接；所述第二控制器用于控制所述第二子机器人的运行；

所述第二子机器人的周侧设置有第二图像采集装置、第二通信装置，所述第二通信装置用于与所述总控中心、所述探测感知机器人系统信号连接；

所述第二子机器人的前侧设置有排障装置，用于清理待检测区域，以供所述探测感知机器人系统畅通运行。

通过采用上述技术方案，可有效进行管沟中的障碍物检测以及清除，为探测感知机器人系统提供通畅路径，实现管沟数据的精准、高效采集；同时又能与探测感知机器人系统协同，提高数据传输质量。

优选的，所述第一子机器人的前侧设置有第一卡合部，后侧设置有固接部；

所述可移动运载本体的侧部设置有与所述固接部匹配的牵引装置，所述牵引装置包括卷线机以及缠绕其上的牵引线；

所述第二子机器人的尾部设置有与所述第一卡合部匹配的第二卡合部；

当所述第二子机器人在待检测区域出现故障或者卡住时，所述固接部与所述牵引线的端部固连，所述第二子机器人在所述总控中心的控制下运行至待救援区域，通过所述第一卡合部与所述第二卡合部卡合固定，所述卷线机在所述总控中心的控制下卷线，以带动所述第一子机器人、所述第二子机器人返回；或者，带动所述第二子机器人运行至平滑区域。

通过采用上述技术方案，第二子机器人在未知区域遇到故障或者卡住无法返回时，通过第一子机器人、主机器人系统实现自动救援，效率高。

优选的，所述第一卡合部包括相对设置的两个作用件，两个所述作用件的一端设置有弹簧，另一端形成咬合口；两个所述作用件与所述第一子机器人铰接；

所述第二卡合部包括连接柱和顶尖，所述顶尖固设于所述连接柱的外侧；

在卡接状态下，所述顶尖贯穿所述咬合口并形成与所述咬合口的反向抵紧。

通过采用上述技术方案，提高第一子机器人与第二子机器人的连接强度。

优选的，所述第一限位组件包括多对第一伸缩柱；多对所述第一伸缩柱对称设置；所述探测感知机器人系统的两侧设置有多个与多对所述第一伸缩柱匹配的第一凹槽；

所述第二限位组件包括多对第二伸缩柱；多对所述第二伸缩柱对称设置；所述侦察除障机器人系统的两侧设置有多个与多对所述第二伸缩柱匹配的第二凹槽。

通过采用上述技术方案，大大主机器人系统在第一区域巡测时的运载稳定。

优选的，所述第一驱动组件包括第一驱动器和第一传动组件，所述第一驱动器装设于所述第一传动组件的动力输入端；所述第一驱动器与所述总控中心信号连接；所述第二驱动组件包括第二驱动器和第二传动组件，所述第二驱动器装设于所述第二传动组件的动力输入端；所述第二驱动器与所述总控中心信号连接；

所述第一驱动器、所述第二驱动器在所述总控中心的控制下分别驱动所述第一传动组件、所述第二传动组件向外伸展以开启所述坞门；或者，向内收拢以关闭所述坞门。

通过采用上述技术方案，实现坞门的自动化开合，智能化程度高。

优选的，还包括远程人机交互控制端，所述远程人机交互控制端与所述总控中心信号连接；

所述远程人机交互控制端实时获取所述主机器人系统、所述侦察除障机器人系统、所述探测感知机器人系统的运行状态以及位置信息；

所述远程人机交互控制端为PC端或移动端。

通过采用上述技术方案，实现远程实时监控，获取实时数据信息。

本申请第二方面提供的一种古建筑地下排水管沟探测方法，采用如下的技术方案：

一种古建筑地下排水管沟探测方法，包括以下步骤：

基于探测感知机器人系统采集的待巡测区域的三维地图信息，判断待巡测区域的类型，若待巡测区域的宽度大于主机器人系统的宽度，则判定为第一区域，控制主机器人系统进行第一区域的全域巡测，并构建第一区域的在线地图；

若待巡测区域的宽度小于主机器人系统的宽度，则判定为其它区域，控制主机器人系统停止在第一区域，并释放侦察除障机器人系统，使其在其它区域行进，进行其它区域的障碍物清除以及视频采集；

当侦察除障机器人在其它区域出现故障或者卡住时，控制探测感知机器人系统运行至与侦察除障机器人系统对接，并在主机器人系统的拉力下，通过探测感知机器人系统拖回侦察除障机器人系统或者运行至平滑区；

当侦察除障机器人完成其它区域的全面巡测以及除障后，返回至预设位置，控制探测感知机器人系统在其它区域行进，以采集其它区域的三维地图信息；

总控中心基于获取的其它区域的三维地图信息以及构建第一区域的在线地图，构建古建筑地下排水管沟的全域地图。

通过采用上述技术方案，可针对不同管沟区域灵活选择对应的巡测方案，自动化程度高，可满足不同尺寸的地下排水管沟段的巡测，实现精准、全面的数据采集。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请可以对不同空间大小的管沟进行巡检，可以对存在障碍物的管沟进行自动清障，实现地下管沟的全面巡检，获得精准、全面的管沟信息，不同系统之间相互协同，自动化程度高；

2.通过本申请的第一方面设置的探测感知机器人系统，可实现图像、视频的高精准采集；此外作为中继通信时大大提高数据传输质量。

3.通过本申请的第一方面设置的探测感知机器人系统，对未知管沟区域进行预先巡测，对于存在障碍物的管沟段进行及时的障碍清除，即清扫出通畅路径，保证探测感知机器人系统的顺利通行，以获取高精准、全面的管沟数据信息。

4.通过本申请第一方面公开的古建筑地下排水管沟探测系统，可实现对古建筑地下排水管沟进行巡测的机器人的远程控制以及实时控制，获取检测实时信息。

5.本申请结构简单，成本低，便于推广和使用。

附图说明

图1是本申请中的古建筑地下排水管沟探测系统的一种具体实施例的立体结构示意图。

图2是图1中的部分组件主视图。

图3是图1中的侦察除障机器人系统的一种具体实施例的立体结构示意图。

图4是图1中的探测感知机器人系统的一种具体实施例的立体结构示意图。

图5是图1中的坞门与可移动运载本体的连接示意图。

图6是图1中的第一驱动组件、第二驱动组件的结构示意图。

图7是图1中的第一卡合部、第二卡合部的处于卡接状态时的示意图。

图8是本申请中的古建筑地下排水管沟探测系统处于第一工作状态下的示意图。

图9是本申请中的古建筑地下排水管沟探测系统处于第二工作状态下的示意图。

图10是本申请中的古建筑地下排水管沟探测系统处于第三工作状态下的示意图。

图11是本申请中的古建筑地下排水管沟探测系统处于第四工作状态下的示意图。

附图标记说明：10、第一区域；20、第二区域；30、第三区域；100、主机器人系统；110、可移动运载本体；111、坞门；112、第一驱动组件；1121、第一驱动器；1122、曲臂；1123、连杆；1124、基座；1125、第一固定座；113、第二驱动组件；1131、第二驱动器；1132、第二传动组件；1133、第二固定座；114、第一限位组件；115、第二限位组件；116、防滑层；121、第一合页；122、第二合页；200、探测感知机器人系统；210、第一子机器人；220、第一卡合部；300、侦察除障机器人系统；310、第二子机器人；311、排障装置；320、第二卡合部。

具体实施方式

以下结合图1至图11对本申请作进一步详细说明。

实施例一

参照图1和图2，本申请的第一方面公开了一种古建筑地下排水管沟探测系统，包括总控中心，以及与其信号连接的主机器人系统100、侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200；主机器人系统100用于搭载侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200；侦察除障机器人系统300用于侦察照明、侦察摄像以及排障；探测感知机器人系统200用于采集待检测区域的三维信息以及救援；总控中心用于控制主机器人系统100、侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200的运行，用于基于探测感知机器人系统200采集的信息构建三维地图，或者，用于控制探测感知机器人系统200对侦察除障机器人系统300救援。

在本实施例中，侦察除障机器人系统300设置于探测感知机器人系统200远离出口的一侧；主机器人系统的内壁设置有对探测感知机器人系统200限位的第一限位组件114以及对侦察除障机器人系统300限位的第二限位组件115，防止在运载时，处于腔室内部的侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200移动，保证系统运载、运行的稳定性。

第一限位组件114、第二限位组件115在总控中心的控制下分别向外伸展至与探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300抵紧，以分别对探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300限位；或者，第一限位组件114、第二限位组件115在总控中心的控制下分别向内收缩，以释放探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300，不影响探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300的驶出。

优选地，第一限位组件114包括多对第一伸缩柱；多对第一伸缩柱对称设置；探测感知机器人系统200的两侧设置有多个与多对第一伸缩柱匹配的第一凹槽；第二限位组件115包括多对第二伸缩柱；多对第二伸缩柱对称设置；侦察除障机器人系统300的两侧设置有多个与多对第二伸缩柱匹配的第二凹槽。

进一步地，第一伸缩柱、第二伸缩柱的端部均为弹性头，在满足限位的前提下，不损伤探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300的外侧。

参照图3和图4，在本实施例中，探测感知机器人系统200设置为一个；具体地，探测感知机器人系统200包括第一控制器和第一子机器人210，第一控制器与总控中心信号连接；第一控制器用于控制第一子机器人210的运行；第一子机器人210的周侧设置有第一图像采集装置、第一通信装置，第一通信装置用于与总控中心、侦察除障机器人系统300信号连接。

侦察除障机器人系统300包括第二控制器和第二子机器人310，第二控制器与总控中心信号连接；第二控制器用于控制第二子机器人310的运行；第二子机器人310的周侧设置有第二图像采集装置、第二通信装置，第二通信装置用于与总控中心、探测感知机器人系统200信号连接；第二子机器人310的前侧设置有排障装置311，用于清理待检测区域，以供探测感知机器人系统200畅通运行。

参照图5和图6，其中，主机器人系统100包括可移动运载本体110和驱动组件，驱动组件在总控中心的控制下可以驱动可移动运载本体110运行；可移动运载本体110具有容纳侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200的腔室，腔室的一侧开设有出口，出口装设有坞门111；坞门111通过第一驱动组件112、第二驱动组件113与可移动运载本体110连接；第一驱动组件112、第二驱动组件113在总控中心的控制下开启坞门111以形成连通通道，或者，关闭坞门111。

具体地，第一驱动组件112包括第一驱动器1121和第一传动组件，第一驱动器1121装设于第一传动组件的动力输入端；第一驱动器1121与总控中心信号连接；第一驱动器1121通过第一固定座1125固设于可移动运载本体110的顶板内侧。

第二驱动组件113包括第二驱动器1131和第二传动组件1132，第二驱动器1131装设于第二传动组件1132的动力输入端；第二驱动器1131与总控中心信号连接；第二驱动器1131通过第二固定座1133固设于可移动运载本体110的顶板内侧。

第一驱动器1121、第二驱动器1131在总控中心的控制下分别驱动第一传动组件、第二传动组件1132向外伸展以开启坞门111使自由端与地面抵触，形成供探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300通过的栈桥；或者，在探测感知机器人系统200、侦察除障机器人系统300返回腔室后，向内收拢以关闭坞门111，防止内部的机器人系统滑出。

进一步地，第一传动组件包括曲臂1122、连杆1123以及基座1124，曲臂1122的一端与第一驱动器1121的动力输出端固连，另一端与连杆1123铰接；连杆1123远离曲臂1122的一端与基座1124铰接；基座1124固设于坞门111的内壁。

在本实施例中，第二传动组件1132与第一传动组件结构一致设置，即第二传动组件1132与第一传动组件构成双曲臂连杆结构；双曲臂带动对应的连杆1123前伸时，打开并放下坞门111至一端触地，形成供侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200通过的栈桥；双曲臂带动对应的连杆1123后缩时，收起并关闭坞门111。通过双曲臂连杆结构的设置，便于控制，简单实用，安全可靠。

参照图7，第一子机器人210的前侧设置有第一卡合部220，后侧设置有固接部；可移动运载本体110的侧部设置有与固接部匹配的牵引装置，牵引装置包括卷线机以及缠绕其上的牵引线；第二子机器人310的尾部设置有与第一卡合部220匹配的第二卡合部320。

具体地，第一卡合部220包括相对设置的两个作用件，两个作用件的一端设置有弹簧，另一端形成咬合口，两个作用件与第一子机器人210铰接；第二卡合部320包括连接柱和顶尖，顶尖固设于连接柱的外侧；在卡接状态下，顶尖贯穿咬合口并形成与咬合口的反向抵紧。

优选地，第一卡合部220为弹簧压力锁扣，第二卡合部320为蘑菇头结构，作为救援方的探测感知机器人系统200的头部撞击作为待救援方的侦察除障机器人系统300，将弹簧压力锁扣推入蘑菇头，锁止后将待救援方拉出；救援方在实施救援前，将通过高强度轻量牵引线与主机器人系统100连接。

参照图8和图9，当该系统处于第一工作状态时，即在第一区域10进行巡测时，主机器人系统100中搭载着侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200，在第一区域10行进，通过探测感知机器人系统200获取第一区域10的三维地图信息；本实施例中的第一区域10指的是地下管沟的主干沟、较为宽敞的次干沟，其空间足以保证主机器人系统100的畅通运行；通过主机器人系统100的运载，在运行中便可进行信息的采集。

在工作中，基于探测感知机器人系统200采集的待巡测区域的三维地图信息，判断待巡测区域的类型，若待巡测区域的宽度大于主机器人系统100的宽度，则判定为第一区域10，继续控制主机器人系统100完成第一区域10的全域巡测，并构建第一区域10的在线地图。

当该系统处于第二工作状态时，即完成第一区域10的全域巡测，或者在巡测中检测到分支区域的宽度小于主机器人系统100的宽度的时，判定为第二区域20；主机器人系统100停止在第一区域10，并在总控中心的控制下释放侦察除障机器人系统300，并控制侦察除障机器人系统300在第二区域20行进，进行第二区域20的侦察以及障碍物的清除；其中，第二区域20的宽度小于第一区域10的宽度。

参照图10，当该系统处于第三工作状态时，即侦察除障机器人系统300完成第二区域20的侦察及除障后，在总控中心的控制下运行至与第二区域20不干涉的第三区域30，进行第三区域30的侦察排障；然后控制探测感知机器人系统200在第二区域20行进，以采集第二区域20的三维地图信息；第三区域30的宽度小于第一区域10的宽度；需要说明的是，在本实施例中提出的第二区域20、第三区域30指的是管沟中不同的支沟，第二区域20和第三区域30可统称为其它区域，即无法容纳主机器人系统100的区域。

参照图11，当该系统处于第四工作状态时，即当在未知管沟段探测的侦察除障机器人系统300出现故障或卡住时，只能停在原地时，总控中心基于侦察除障机器人系统300反馈的位置信息，控制探测感知机器人系统200运行至与侦察除障机器人系统300对接，并在主机器人系统100的拉力下，通过探测感知机器人系统200作为连接部件拖回侦察除障机器人系统300。

本申请中的探测感知机器人系统200可设置有一个或多个；当探测感知机器人系统200为多个时，多个探测感知机器人系统200信号连接，实现协同工作，提高巡测时的数据采集效率。

同样地，本申请中的侦察除障机器人系统300可设置有一个或多个；当侦察除障机器人系统300为多个，多个侦察除障机器人系统300信号连接，实现协同工作，提高侦察效率。

优选地，排障装置311为排障刷；由于本申请针对的是古建筑地下管沟的清障，其内部存在的障碍物主要是落叶等残物，通过排障刷的设置足以满足路径清扫。需要说明的是，排障刷的设置不影响侦察除障机器人系统的运行，在需要清扫时，启动该排障刷；具体地，排障刷通过旋转电机控制，为了进一步提高对排障刷的控制，还可设置升降电机，以控制旋转电机的高度，进而带动排障刷下降靠近地面进行清扫，或者上升远离地面不影响运行。

具体地，当第二子机器人310在待检测区域出现故障或者卡住时，固接部与牵引线的端部固连，第二子机器人310在总控中心的控制下运行至待救援区域，通过第一卡合部220与第二卡合部320卡合固定，卷线机在总控中心的控制下卷线，以带动第一子机器人210、第二子机器人310返回；或者，带动第二子机器人310运行至平滑区域。

优选地，第一传动组件与第二传动组件1132之间的距离大于第一子机器人210、第二子机器人310的宽度，保证第一子机器人210、第二子机器人310的通畅驶出或驶入。

本申请第一方面公开了一种古建筑地下排水管沟探测系统，其实施原理为：在第一区域10（即较为宽敞的干线、支线）进行巡检时，即其空间可供主机器人系统100正常运行，此时，该主机器人系统100运载着侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200进行对应区域的行进，在行进中通过搭载的探测感知机器人系统200进行区域探测以及数据采集；当检测到待检测区域为其它区域（即较为狭小的支线区域，或者管沟中的暗沟、涵洞、流水沟眼等小空间区域）时，其空间无法满足主机器人系统100的正常运行，此时，第一驱动器1121、第二驱动器1131在总控中心的控制下分别驱动第一传动组件、第二传动组件1132向外伸展以开启坞门111，形成与地面搭接的栈桥，以供内部的侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200驶出，通过侦察除障机器人系统300进行对应区域的观察、排障、巡检及初始环境的数据采集；然后，再控制探测感知机器人系统200进行巡查过的区域的高精度数据采集；直至侦察除障机器人系统300完成地下管沟所有区域的巡查、排障，探测感知机器人系统200完成所有区域的信息采集；当侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200执行完任务通过栈桥返回至腔室后，第一驱动器1121、第二驱动器1131在总控中心的控制下分别驱动第一传动组件、第二传动组件1132向内收拢以关闭坞门111，以进行若干执行机器人的回收。

进一步地，在本实施例中，执行机器人通过坞门111上面的空间进行行进方向的环境检测。

优选地，坞门111为板状结构；坞门111通过合页组件与可移动运载本体110连接；具体地，合页组件包括第一合页121和第二合页122，第一合页121、第二合页122的位置与第一传动组件、第二传动组件1132对应设置；通过合页组件的设置，保证坞门111与可移动运载本体110的铰接。

优选地，保证坞门111的高度能够有效防止腔室内部的侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200冲出，同时留有供探测感知机器人系统200进行行进方向环境检测的空间，以在干线区域或者较为宽敞的支线边行进边进行该区域的信息采集。

进一步地，坞门111的内侧设置有防滑层116；防滑层116的厚度小于坞门111的厚度，在保证坞门111自身承载强度的同时，有效减少侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200通过时的打滑。

具体地，防滑层116为栅格状结构，或者防滑层116为菱格状结构，或者防滑层116的外表面具有凸起颗粒，保证防滑层116具有一定的阻尼，起到防打滑的效果。

进一步地，可移动运载本体110的底板为阶梯结构；该阶梯结构包括第一平面、第一斜面、第二平面和第二斜面，第一平面、第一斜面、第二平面与第二斜面从内到外依次设置，构成下坡板状结构；其中，第二斜面的倾斜角度与坞门111开启后形成的栈桥的倾斜角度一致；在坞门111打开形成栈桥时，便于侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200的驶出。通过该阶梯结构的设置，增强执行机器人在搭载过程中的稳定性。

进一步地，底板上还铺有与坞门111内侧相同的防滑层116，以进一步增强侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200在搭载过程中的稳定性。

优选地，总控中心可设置在远端或者设置在主机器人系统100上；当总控中心设置在远端时，总控中心与主机器人系统100通过以太网通信；侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200与主机器人系统100之间的通信可采用具有低功耗和远距离优势的LORA。

进一步地，本申请的第一方面公开的古建筑地下排水管沟探测系统还包括远程人机交互控制端，远程人机交互控制端与总控中心信号连接；远程人机交互控制端实时获取主机器人系统100、侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200的运行状态以及位置信息；远程人机交互控制端为PC端、移动端或者智能操控手柄，实现远程的实时监控或者远程控制，进一步提高系统的稳定性。

需要说明的是，在本实施例中，侦察除障机器人系统300、探测感知机器人系统200均为执行机器人；侦察除障机器人系统300在协同系统中的功能包括排障、通信中继、初始环境的信息采集反馈以及照明，侦察除障机器人系统300中通过前后设置的摄像头可以兼任侦察摄像；为增强复杂环境下的越障、行走能力，采用麦克纳姆轮式行走机构。探测感知机器人系统200在协同系统中的功能包括通过前端设置的超高清摄像头获取超高清照片和视频、通过设置的高精度3D激光雷达获取高精度3D点云以及通信中继，为增强复杂环境下的越障、行走能力，采用麦克纳姆轮式行走机构。

进一步地，为增强复杂环境下的搭载、越障、行走能力，主机器人系统100采用履带式行走机构。

通过本申请第一方面公开的系统，针对古建筑地下排水管沟的特点，用体系化思想，以功能性和适用性对机器人进行角色划分，构建主从结合的协同机器人系统。机器人系统的多个机器人各司其职，相互协同，用体系化协作来达成目标，避免了现有管道机器人的弱点，显著提升机器人整体适应能力。

实施例二

在实施例一的基础上，侦察除障机器人系统还设置有推铲装置，推铲装置包括第一旋转电机、第二旋转电机、第一悬臂、第二悬臂和铲斗，其中，第一悬臂的一端固设于第一旋转电机的动力输出端，另一端与铲斗的一侧固连；第二悬臂的一端固设于第二旋转电机的动力输出端，另一端与铲斗的另一侧固连；在初始状态下，铲斗倒扣在第一子机器人的顶部；在工作状态下，第一悬臂、第二悬臂分别在第一旋转电机、第二旋转电机的驱动下带动铲斗向外旋转至排障装置的前方，第一悬臂、第二悬臂、铲斗均与排障装置互不干涉。当深处的管沟段存在石块或其它无法清扫的障碍物的时，通过推铲装置的启动，保证障碍物的彻底清除。

当铲斗中的障碍物覆满时，侦察除障机器人系统可运载障碍物退出返回至管沟的入口，进行铲斗的清理，然后再返回对应的管沟位置继续作业。

实施例三

在实施例一的基础上，对排障装置进行改进。

侦察除障机器人系统还设置有推铲装置，推铲装置包括第一旋转电机、第二旋转电机、第一悬臂、第二悬臂和铲斗，其中，第一悬臂的一端固设于第一旋转电机的动力输出端，另一端与铲斗的一侧固连；第二悬臂的一端固设于第二旋转电机的动力输出端，另一端与铲斗的另一侧固连。

第一悬臂与第二悬臂之间设置有承载件，以用于安装排障装置；排障装置设置于铲斗的后面，且与铲斗互不干涉。

排障装置通过装设的第一电机控制其启动或者停止，通过装设的第二电机控制其升降。

在初始状态下，排障装置处于与地面不接触的状态，铲斗倒扣在第一子机器人的顶部，排障装置也处于第一子机器人的上方；在工作状态下，第一悬臂、第二悬臂分别在第一旋转电机、第二旋转电机的驱动下带动铲斗向外旋转至排障装置的前方，第一悬臂、第二悬臂、铲斗均与排障装置互不干涉。当深处的管沟段存在石块或其它无法清扫的障碍物的时，通过推铲装置的启动，保证障碍物的彻底清除；当管沟内部需要清扫时，可通过第二电机控制排障装置下降与地面接触，通过第一电机控制其旋转以进行地面的清扫；完成作业后，通过第二电机控制其上升至预设高度以与地面互不干涉。

当铲斗中的障碍物覆满时，侦察除障机器人系统可运载障碍物退出返回至管沟的入口，进行铲斗的清理，然后再返回对应的管沟位置继续作业。

进一步地，第一悬臂包括第一弧形连杆和第一连接杆，第一弧形杆的一端与第一旋转电机的动输出端连接，另一端与铲斗连接；第一连接杆的一端与第一弧形杆连接，另一端与铲斗连接；第二悬臂与第一悬臂结构相同设置。

实施例四

在实施例三的基础上，侦察除障机器人系统还可作为救援机器人；当探测感知机器人系统在运行中出现故障或者卡住时，侦察除障机器人系统的前侧设置有第一备用卡合部，后侧设置有备用固接部；探测感知机器人系统的尾部设置有与第一备用卡合部匹配的第二备用卡合部。

具体地，第一备用卡合部为弹簧压力锁扣，第二备用卡合部为蘑菇头结构，作为救援方的侦察除障机器人系统的头部撞击作为待救援方的探测感知机器人系统，将弹簧压力锁扣推入蘑菇头，锁止后将待救援方拉出；救援方在实施救援前，将通过高强度轻量牵引线与主机器人系统100连接。

实施例五

在实施例一的基础上，侦察除障机器人系统还包括与总控中心信号连接的自动回正组件，该自动回正组件包括气囊控制中心、以及分别设置于第二子机器人四周的第一气囊控制装置、第二气囊控制装置、第三气囊控制装置、第四气囊控制装置。

具体地，第一气囊控制装置包括第一气囊、第一充气件和第一抽气件，第一气囊通过第一气囊盒安装于第二子机器人的前侧，第一充气件用于对第一气囊充气，第一抽气件用于对第一气囊抽气；在初始状态下，第一气囊呈压缩状设置于第一气囊盒中；在充气状态下，第一气囊呈向外伸展的柱状膨胀形态。其中，第一气囊与排障装置互不干涉设置。

第二气囊控制装置包括第二气囊、第二充气件和第二抽气件，第二气囊通过第二气囊盒安装于第二子机器人的左侧，第二充气件用于对第二气囊充气，第二抽气件用于对第二气囊抽气；在初始状态下，第二气囊呈压缩状设置于第二气囊盒中；在充气状态下，第二气囊呈向外伸展的柱状膨胀形态。

第三气囊控制装置包括第三气囊、第三充气件和第三抽气件，第三气囊通过第三气囊盒安装于第二子机器人的后侧，第三充气件用于对第三气囊充气，第三抽气件用于对第三气囊抽气；在初始状态下，第三气囊呈压缩状设置于第三气囊盒中；在充气状态下，第三气囊呈向外伸展的柱状膨胀形态。

其中，第四气囊控制装置包括第四气囊、第四充气件和第四抽气件，第四气囊通过第四气囊盒安装于第二子机器人的右侧，第四充气件用于对第四气囊充气，第四抽气件用于对第四气囊抽气；在初始状态下，第四气囊呈压缩状设置于第四气囊盒中；在充气状态下，第四气囊呈向外伸展的柱状膨胀形态。

进一步地，第一气囊控制装置、第二气囊控制装置、第三气囊控制装置、第四气囊控制装置分别设置有两个；每一侧的两个对应的气囊控制装置间隔设置，提高自动回正效率。

具体地，当第二子机器人在未知管沟段巡测过程中发生向一侧倾倒的状况时，例如发生向右侧倾倒时，设置于右侧设置的第四气囊控制装置启动，通过对第四气囊的充气，使其形成向外膨胀的柱状结构，通过向外的支撑力以使第二子机器人向左回正。

本申请的第二方面公开了一种古建筑地下排水管沟探测方法，该方法基于所述的古建筑地下排水管沟探测系统，包括以下步骤：基于探测感知机器人系统采集的待巡测区域的三维地图信息，判断待巡测区域的类型，若待巡测区域的宽度大于主机器人系统的宽度，则判定为第一区域，控制主机器人系统进行第一区域的全域巡测，并构建第一区域的在线地图。

若待巡测区域的宽度小于主机器人系统的宽度，则判定为其它区域，控制主机器人系统停止在第一区域，并释放侦察除障机器人系统，使其在其它区域行进，进行其它区域的障碍物清除以及视频采集。

当侦察除障机器人在其它区域出现故障或者卡住时，控制探测感知机器人系统运行至与侦察除障机器人系统对接，并在主机器人系统的拉力下，通过探测感知机器人系统拖回侦察除障机器人系统或者运行至平滑区。

当侦察除障机器人完成其它区域的全面巡测以及除障后，返回至预设位置，控制探测感知机器人系统在其它区域行进，以采集其它区域的三维地图信息；总控中心基于获取的其它区域的三维地图信息以及构建第一区域的在线地图，构建古建筑地下排水管沟的全域地图。

通过本申请的第二方面公开的古建筑地下排水管沟探测方法，既能实现地下不同空间大小的管沟的全面巡测，又能实现执行机器人故障或卡住状态下自动救援，不同于现有的地下管道检测，对于古建筑的地下排水管沟检测，由于管沟周侧的物体大多为古物，在进行巡测时不能对其造成损伤，更不能出现执行机器人故障遗留至未知管沟段或者管沟深处的情况，因此，通过本申请公开的方案，既可进行高效、全面的地下管沟信息采集，又能保证所有的执行机器人在完成任务后全部收回。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：包括总控中心，以及与其信号连接的主机器人系统(100)、侦察除障机器人系统(300)、探测感知机器人系统(200)；

所述侦察除障机器人系统(300)用于侦察照明、侦察摄像以及排障；

所述主机器人系统(100)用于搭载所述侦察除障机器人系统(300)、所述探测感知机器人系统(200)，以在第一区域(10)行进，通过所述探测感知机器人系统(200)获取第一区域(10)的三维地图信息；

所述主机器人系统(100)停止在第一区域(10)，并在所述总控中心的控制下释放所述侦察除障机器人系统(300)，并控制所述侦察除障机器人系统(300)在第二区域(20)行进，进行第二区域(20)的障碍物清除；所述第二区域(20)的宽度小于所述第一区域(10)的宽度；

所述侦察除障机器人系统(300)在所述总控中心的控制下在第三区域(30)侦察排障，所述探测感知机器人系统(200)在第二区域(20)行进，以采集第二区域(20)的三维地图信息；所述第三区域(30)的宽度小于所述第一区域(10)的宽度；

当所述侦察除障机器人系统在运行中出现故障或者卡住时，所述探测感知机器人系统(200)基于所述总控中心的控制运行至与所述侦察除障机器人系统(300)对接，并在所述主机器人系统(100)的拉力下，通过所述探测感知机器人系统(200)拖回所述侦察除障机器人系统(300)；

所述主机器人系统(100)包括可移动运载本体(110)和驱动组件，所述驱动组件在所述总控中心的控制下驱动所述可移动运载本体(110)运行；

所述可移动运载本体(110)具有容纳所述侦察除障机器人系统(300)、所述探测感知机器人系统(200)的腔室，所述腔室的一侧开设有出口，所述出口装设有坞门(111)；所述坞门(111)通过第一驱动组件(112)、第二驱动组件(113)与所述可移动运载本体(110)连接；所述第一驱动组件(112)、所述第二驱动组件(113)在所述总控中心的控制下开启所述坞门(111)以形成连通通道，或者，关闭所述坞门(111)；

所述侦察除障机器人系统(300)设置于所述探测感知机器人系统(200)远离所述出口的一侧；

所述可移动运载本体(110)的内壁设置有对所述探测感知机器人系统(200)限位的第一限位组件(114)以及对所述侦察除障机器人系统(300)限位的第二限位组件(115)；

所述第一限位组件(114)包括多对第一伸缩柱；多对所述第一伸缩柱对称设置；

所述探测感知机器人系统(200)的两侧设置有多个与多对所述第一伸缩柱匹配的第一凹槽；

所述第二限位组件(115)包括多对第二伸缩柱；多对所述第二伸缩柱对称设置；

所述侦察除障机器人系统(300)的两侧设置有多个与多对所述第二伸缩柱匹配的第二凹槽。

2.根据权利要求1所述的古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：所述探测感知机器人系统(200)设置有一个或多个；

当所述探测感知机器人系统(200)为多个时，多个所述探测感知机器人系统(200)信号连接；

所述探测感知机器人系统(200)包括第一控制器和第一子机器人(210)，所述第一控制器与所述总控中心信号连接；所述第一控制器用于控制所述第一子机器人(210)的运行；

所述第一子机器人(210)的周侧设置有第一图像采集装置、第一通信装置，所述第一通信装置用于与所述总控中心、所述侦察除障机器人系统(300)信号连接。

3.根据权利要求2所述的古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：所述侦察除障机器人系统(300)设置有一个或多个；

当所述侦察除障机器人系统(300)为多个，多个所述侦察除障机器人系统(300)信号连接；

所述侦察除障机器人系统(300)包括第二控制器和第二子机器人(310)，所述第二控制器与所述总控中心信号连接；所述第二控制器用于控制所述第二子机器人(310)的运行；

所述第二子机器人(310)的周侧设置有第二图像采集装置、第二通信装置，所述第二通信装置用于与所述总控中心、所述探测感知机器人系统(200)信号连接；

所述第二子机器人(310)的前侧设置有排障装置(311)，用于清理待检测区域，以供所述探测感知机器人系统(200)畅通运行。

4.根据权利要求3所述的古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：所述第一子机器人(210)的前侧设置有第一卡合部(220)，后侧设置有固接部；

所述可移动运载本体(110)的侧部设置有与所述固接部匹配的牵引装置，所述牵引装置包括卷线机以及缠绕其上的牵引线；

所述第二子机器人(310)的尾部设置有与所述第一卡合部(220)匹配的第二卡合部；

当所述第二子机器人(310)在待检测区域出现故障或者卡住时，所述固接部与所述牵引线的端部固连，所述第一子机器人(210)在所述总控中心的控制下运行至待救援区域，通过所述第一卡合部(220)与所述第二卡合部卡合固定，所述卷线机在所述总控中心的控制下卷线，以带动所述第一子机器人(210)、所述第二子机器人(310)返回；或者，带动所述第二子机器人(310)运行至平滑区域。

5.根据权利要求4所述的古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：所述第一卡合部(220)包括相对设置的两个作用件，两个所述作用件的一端设置有弹簧，另一端形成咬合口；两个所述作用件与所述第一子机器人(210)铰接；

所述第二卡合部包括连接柱和顶尖，所述顶尖固设于所述连接柱的外侧；

在卡接状态下，所述顶尖贯穿所述咬合口并形成与所述咬合口的反向抵紧。

6.根据权利要求1所述的古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：所述第一驱动组件(112)包括第一驱动器(1121)和第一传动组件，所述第一驱动器(1121)装设于所述第一传动组件的动力输入端；所述第一驱动器(1121)与所述总控中心信号连接；所述第二驱动组件(113)包括第二驱动器(1131)和第二传动组件(1132)，所述第二驱动器(1131)装设于所述第二传动组件(1132)的动力输入端；所述第二驱动器(1131)与所述总控中心信号连接；

所述第一驱动器(1121)、所述第二驱动器(1131)在所述总控中心的控制下分别驱动所述第一传动组件、所述第二传动组件(1132)向外伸展以开启所述坞门(111)；或者，向内收拢以关闭所述坞门(111)。

7.根据权利要求1所述的古建筑地下排水管沟探测系统，其特征在于：还包括远程人机交互控制端，所述远程人机交互控制端与所述总控中心信号连接；

所述远程人机交互控制端实时获取所述主机器人系统(100)、所述侦察除障机器人系统(300)、所述探测感知机器人系统(200)的运行状态以及位置信息；

所述远程人机交互控制端为PC端或移动端。

8.一种古建筑地下排水管沟探测方法，其特征在于：该方法基于权利要求1-7中任一项所述的古建筑地下排水管沟探测系统，包括以下步骤：

基于探测感知机器人系统(200)采集的待巡测区域的三维地图信息，判断待巡测区域的类型，若待巡测区域的宽度大于主机器人系统(100)的宽度，则判定为第一区域(10)，控制主机器人系统(100)进行第一区域(10)的全域巡测，并构建第一区域(10)的在线地图；

若待巡测区域的宽度小于主机器人系统(100)的宽度，则判定为其它区域，控制主机器人系统(100)停止在第一区域(10)，并释放侦察除障机器人系统(300)，使其在其它区域行进，进行其它区域的障碍物清除以及视频采集；

当侦察除障机器人在其它区域出现故障或者卡住时，控制探测感知机器人系统(200)运行至与侦察除障机器人系统(300)对接，并在主机器人系统(100)的拉力下，通过探测感知机器人系统(200)拖回侦察除障机器人系统(300)或者运行至平滑区；

当侦察除障机器人完成其它区域的全面巡测以及除障后，返回至预设位置，控制探测感知机器人系统(200)在其它区域行进，以采集其它区域的三维地图信息；

总控中心基于获取的其它区域的三维地图信息以及构建第一区域(10)的在线地图，构建古建筑地下排水管沟的全域地图。