CN115727780A - 一种隧道综合巡检机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道综合巡检机器人系统，包括沿轨道移动的巡检移动平台以及设于巡检移动平台的隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块以及实时定位模块；所述巡检移动平台包括安装有车轮的底盘以及安装于底盘上、用于驱动车轮的电机，所述实时定位模块包括惯导和与电机相连的编码器，在巡检移动平台移动过程中通过惯导和编码器进行巡检移动平台的定位。本发明可以同时完成隧道表面病害检测、地基沉降检测、钢轨及道床表面病害检测，满足城轨隧道设施病害检测多样化要求。

Description

一种隧道综合巡检机器人系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及隧道综合巡检技术。

背景技术

目前的隧道巡检多采用隧道巡检车的形式对隧道表面及钢轨表面病害进行巡检，其核心是通过线阵相机或面阵相机来获取隧道表面图像信息，形成对隧道壁面以及钢轨表面及道床的图像信息和3D尺寸信息全覆盖采集，上述隧道巡检车体积较大、重量较重。为适应小型化要求同时也存在单一采用激光扫描仪安装在手动或者电动轨道小车上对隧道3D尺寸进行检测，或者单一功能的轨道巡检机器人。

现有技术的缺陷：

1.综合巡检车存在造价高问题。

2.隧道巡检车结构复杂、占用空间较多、运营成本较高，无法适应隧道巡检快速上下道需求。

3.小型化巡检车或者机器人不能满足城轨隧道设施病害检测多样化要求，多项目检测能力不足，产品检测功能单一。

4.单一功能巡检机器人或者巡检车存在定位精度低。

5.单一功能巡检机器人存在重量重、非模块化设计、续航时间短、上下道搬运困难等问题。

6.目前的巡检车或者巡检机器人还是基于自身设备的单次采集进行病害诊断。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题就是提供一种隧道综合巡检机器人系统，可以实现隧道的多种状态参数检测以及巡检过程中的高精度定位。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种隧道综合巡检机器人系统，包括沿轨道移动的巡检移动平台以及设于巡检移动平台的隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块以及实时定位模块；

所述巡检移动平台包括安装有车轮的底盘以及安装于底盘上、用于驱动车轮的电机，所述实时定位模块包括惯导和与电机相连的编码器，在巡检移动平台移动过程中通过惯导和编码器进行巡检移动平台的定位；

所述隧道表面病害采集模块包括隧道3D扫描仪支撑杆、安装于隧道3D扫描仪支撑杆的隧道3D扫描仪、沿隧道的圆弧方向间隔分布的若干隧道线阵相机和背光光源组成的隧道相机光源模块，每台隧道线阵相机由一个背光光源曝光，所有背光光源光照范围覆盖隧道内壁范围，相邻两个隧道线阵相机拍摄区域部分重叠，所有隧道线阵相机的整体拍摄角度覆盖隧道内壁的范围；

所述钢轨及道床表面病害采集模块包括用于对钢轨进行扫描探测的轨道3D线激光扫描仪、用于在整个钢轨及道床区域照射形成光带的光源和拍摄范围覆盖整个钢轨及道床区域的轨道相机组成的轨道相机光源模块；

所述地基沉降检测模块用于对隧道地基沉降进行检测。

优选的，所述轨道3D线激光扫描仪成对设置，并且均安装于底盘前端；至少一对轨道3D线激光扫描仪为一组且在其中一根钢轨两侧对称布置，用于对同一条钢轨进行扫描探测且拍摄角度覆盖钢轨两侧。

优选的，所述地基沉降检测模块与所述隧道表面病害采集模块共用隧道相机光源模块，沿隧道延伸方向的左右两侧分布有标定桩，隧道相机光源模块拍摄标定桩上标定区域，获得标定图像，在该标定图像中，标定点位置为(u₀,v₀)，先确定标定桩至隧道相机光源模块该方向的值，并定义其坐标系，获取世界坐标系下X_W坐标值，计算得到世界坐标系下的Z_W和Y_W坐标值，认为Z'_W坐标值固定不变，通过计算Z_W坐标值和真实Z'_W坐标值之间的差值即可得到该区段地基沉降数值。

优选的，所述巡检移动平台设有无人驾驶行走模块，所述无人驾驶行走模设有激光雷达和速度传感器。

优选的，所述实时定位模块还设有信标识读器，应答器沿轨道延伸方向间隔设置，工作状态下巡检移动平台途经对应应答器区域时，信标识读器获取当前区域应答器信息。

优选的，所述实时定位模块设有轨交线路电子地图接口，通过轨交线路电子地图接口获取电子地图信息。

优选的，还设有ZC交互模块，用于与ZC进行交互，使ZC实时获取机器人的位置信息。

优选的，还设有同步触发模块，用于采集编码器的脉冲信号，并根据该脉冲信号控制隧道表面病害采集模块、地基沉降检测模块、钢轨及道床表面病害采集模块同步开始工作。

本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1、将隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块集成设置在巡检移动平台上，可以同时完成隧道表面病害检测、地基沉降检测、钢轨及道床表面病害检测，满足城轨隧道设施病害检测多样化要求。

2、隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块采用模块化设计，可根据检测专业要求进行快速组装。

3、设有无人驾驶行走模块，可实现无人驾驶，远程控制机器人，进行巡检任务。

4、实时定位模块可以实时获取自身动态位置及位姿，其中，信标识读器可以获取精确的位置坐标信息，提高巡检机器人的定位精度，满足隧道采集数据的高精度坐标参照要求。

5、通过ZC交互模块与ZC进行交互，使ZC实时获取机器人的位置信息。

6、通过电机编码器的脉冲信号，可使隧道表面病害采集模块、地基沉降检测模块、钢轨及道床表面病害采集模块中的各相机与光源同步触发，从而实现同步检测。

本发明采用的具体技术方案及其带来的有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图中予以详细的揭露。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人系统的总体架构示意图；

图2为本发明提供的隧道表面病害采集模块结构图；

图3为本发明提供的视觉测量系统坐标系示意图；

图4为本发明提供的测量标定示意图；

图5为本发明提供的钢轨及道床表面病害采集模块结构图；

图6为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人的巡检移动平台结构示意图；

图7为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人的应答检测图；

图8为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人的5G通信模块示意图；

图9为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人的机器人控制模块示意图；

图10为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人在轨道上的示意图一；

图11为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人在轨道上的示意图二；

图12为本发明提供的一种快装安装结构示意图；

11-隧道3D扫描仪支撑杆；12-隧道3D扫描仪；13-旋钮；14-固定杆；15-隧道相机光源模块；16-径向支撑杆；

21-轨道3D线激光扫描仪；22-轨道相机固定架；23-轨道相机光源模块；24-底座；

31-车轮；32-激光雷达；33-惯导；34-报文检测仪；35-箱体；36-速度传感器；

4-标定桩；

51-手柄；52-螺栓；53-连接部件；54-螺帽；55-联接轴。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提供的一种隧道综合巡检机器人系统的总体架构示意图，包括无人驾驶行走平台模块、隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块、采集数据处理模块、5G通讯模块以及机器人控制模块。其中，隧道表面病害采集模块设有线阵相机、光源和隧道3D扫描仪；钢轨及道床表面病害采集模块设有轨道相机、光源和轨道3D线激光扫描仪；地基沉降检测模块设有线阵相机和光源；无人驾驶行走平台模块设有编码器、惯导、速度传感器、激光雷达、应答器；采集数据处理模块设有工控机和图像采集卡。

如图2所示，隧道表面病害采集模块包括隧道3D扫描仪支撑杆11、隧道3D扫描仪12、旋钮13、固定杆14、隧道相机光源模块15、径向支撑杆16。其中，隧道3D扫描仪支撑杆11连接有固定块，且固定块位于隧道3D扫描仪12的相对侧，即后侧。隧道相机光源模块15安装于径向支撑杆16，径向支撑杆16与固定块连接。

沿隧道的圆弧方向间隔分布的若干隧道相机光源模块，每台隧道相机光源模块由一个隧道线阵相机和一个光源组成。具体到本实施例，隧道表面病害采集模块采用了6台隧道线阵相机和6个光源组成的6个隧道相机光源模块，通过对应径向支撑杆沿固定块的周向呈圆弧分布。该布局的优势在于光源与隧道相机对称紧密排列，每个相机由一个光源曝光，其中每个相机拍摄区域部分重叠，光源光照范围覆盖隧道内壁，即可完成不同视距的清晰拍照。由于多个隧道相机光源模块15的固定位置依圆弧排列，工作状态下，隧道相机光源模块15相距一定角度安装，相邻两个隧道相机光源模块拍摄区域部分重叠，确保多个隧道相机光源模块15的整体拍摄角度能够覆盖隧道内壁的范围。

隧道3D扫描仪12安装于隧道3D扫描仪支撑杆11上，且位于前侧。工作状态下，隧道3D扫描仪12采集隧道内壁点云数据，获取隧道内壁的三维信息。

目前国内隧道类型大致可分为以下四类：

1)双线双洞马蹄形隧道

2)矩形双线隧道

3)双线单洞隧道

4)单线单洞式圆形隧道

该四类隧道的隧道内径存在差异，因此为满足相关巡检要求，隧道表面病害采集模块支撑杆采用可伸缩结构设计。具体的可伸缩结构采用如下设计，固定块上沿圆弧方向分布有固定杆，所述固定杆上设有伸缩调节孔，所述与对应的伸缩调节孔连接，所述伸缩调节孔螺纹连接有锁紧螺杆，所述锁紧螺杆连接有旋钮13。支撑杆向外伸缩部分侧面有相关刻度标识，用于表示支撑杆的伸长量，可通过人工调节支撑杆的伸长量，工作状态下，根据巡检隧道内壁半径进行伸缩调节，调至所需长度后，通过旋转旋钮13使锁紧螺杆将支撑杆紧固，然后可以开始后续巡检任务。

地基沉降检测模块与隧道表面病害采集模块共用隧道相机光源模块，这样无需另外设置线阵相机和光源。具体是采用隧道表面病害采集模块中左右两侧各一台隧道相机光源模块，此隧道相机光源模块水平设置。

以下介绍单目相机检测原理。单目地基沉降检测模块所用检测系统，涉及不同坐标系之间关系的转换，主要包括四类坐标系：图像坐标系、图像物理坐标系、相机坐标系以及世界坐标系，其中图像物理坐标系建立在图像坐标系的基础上。图3为本发明提供的视觉测量系统坐标系；

相机成像面任一像素点在图像坐标系和图像物理坐标系中的坐标转换关系如下：

式中，u，v为像素点在图像坐标系下的横向坐标值和纵向坐标值。

空间任意一点P在疏忽而坐标系和摄像机坐标系下的转换关系如下：

单目线阵相机成像模型为针孔成像模型。光心O和空间任意一点Q之间的连线在相机成像平面焦点q即为Q的成像位置。假定Q在摄像机坐标系下的坐标为(x,y,z)，成像点在图像物理坐标系下的坐标为(X,Y)，转换关系如下：

采用矩阵与齐次坐标系来表示为：

式中，s为常数，P为相机成像矩阵。

空间中Q在世界坐标系下的坐标与成像面上成像点q之间转换关系如下：

其中，α_x＝f/dX与α_y＝f/dX分别为图像坐标系u轴和v轴上的尺度因子；M为三维投影矩阵；M₁是根据α_x、α_y、u₀、v₀确定的，由于α_x、α_y、u₀、v₀仅和相机的内部参数有关，所以将其定义为相机内参；由于M₁是通过相机的空间位置确定的，因此定义为相机外参。

图4为本发明提供的测量标定示意图；若相机的内部和外部参数均已确定，那么三维成像矩阵M即可确定，线阵相机拍摄标定桩4上标定区域，获得标定图像，在该图像中，标定点位置为(u₀,v₀)，可先确定标定桩至相机该方向的值，并定义其坐标系，即可获取世界坐标系下X_W坐标值，通过上述公式，即可计算得到世界坐标系下的Z_W和Y_W坐标值，由于相对于轨行区，轨行区两侧区域可视为刚体，所以其Z'_W坐标值可视为是固定不变的，通过比较计算得到的Z_W坐标值和真实Z'_W坐标值，就可以确定该区段地基沉降水平。因此，上述地基沉降检测模块可实现地基沉降的动态连续检测。

如图5所示，钢轨及道床表面病害采集模块包括轨道3D线激光扫描仪21、轨道相机固定架22、轨道相机光源模块23、底座24。钢轨及道床表面病害采集模块采用了2台轨道相机模块、和4台轨道3D线激光扫描仪。轨道相机光源模块安装于轨道相机支架，所述轨道相机支架包括横梁和垂直连接于横梁两端的立柱，所述立柱与底座连接，底座固定于底盘上。其中两个轨道相机光源模块23安装于同一平面，轨道相机光源模块23拍摄范围即可覆盖整个钢轨及道床区域，轨道相机光源模块23各用一个光源曝光，能在隧道钢轨、道床处形成亮度均匀的光带。4台3D线激光扫描仪21，安装于底座前端，其中，每两台3D线激光扫描仪21为一组，安装位置呈反向对称布置，使两台3D线激光扫描仪21的对称中心线落在钢轨上，工作状态下，两台3D线激光扫描仪21对一条钢轨进行扫描探测，拍摄角度即可覆盖钢轨两侧，如此布置可以保证每一组3D线激光扫描仪21与钢轨表面的距离保持一致，在拍摄过程中无需调整参数，采集的点云数据能准确获得钢轨的三维信息，一条钢轨上的一组3D线激光扫描仪21采集的点云数据采集距离一致，能很大程度上减小了点云数据处理的难度，便于点云数据的实时处理，提高钢轨三维模型的处理时效性。可以理解的是，也可以增加3D线激光扫描仪的数量，并且轨道3D线激光扫描仪成对设置，至少一对轨道3D线激光扫描仪为一组且在其中一根钢轨两侧对称布置，用于对同一条钢轨进行扫描探测且拍摄角度覆盖钢轨两侧。

上述技术方案中，隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块集成于巡检移动平台上，可以同时完成隧道表面病害检测、隧道结构病害检测、地基沉降检测、钢轨及道床表面病害、钢轨全状态参数检测。

另外，隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块采用模块化设计，其中隧道表面病害采集模块以及地基沉降检测模块可以共用。隧道表面病害采集模块中隧道3D扫描仪支撑杆与巡检移动平台可以采用多种方式连接，同理，钢轨及道床表面病害采集模块中底座与巡检移动平台可以采用多种方式连接，因此，可根据检测专业要求进行快速组装。

如图6所示，巡检移动平台包括具有车轮31的底盘以及安装于底盘上、用于驱动车轮的电机，此外，底盘上还搭载有激光雷达32、惯导33、报文检测仪34、箱体35、速度传感器36。巡检移动平台上总成4个模块，分别是无人驾驶行走平台模块、采集数据处理模块、5G通讯模块、机器人控制模块。

其中，无人驾驶行走模块采用了激光雷达、速度传感器、惯导、与电机相连的编码器、报文检测仪，依托底盘进行安装。

电机安装于底盘下，工作状态下，电机驱动车轮前进，同时在车轮旋转过程中，编码器会产生脉冲信号。还设有同步触发模块，用于采集编码器的脉冲信号，并根据该脉冲信号控制隧道表面病害采集模块、地基沉降检测模块、钢轨及道床表面病害采集模块同步开始工作。具体是通过该脉冲信号，可使隧道表面病害采集模块、地基沉降检测模块、钢轨及道床表面病害采集模块中的各相机与光源同步触发，运行过程中触发方式有许多类别，可采用行驶一定的距离同步触发一次工作的方式，对巡检目标进行拍摄扫描。

隧道综合巡检机器人支持无人控制下的自动驾驶，通过激光雷达扫描轨行区的障碍物检测情况进行行走或停止，通过惯导和编码器进行机器人在世界坐标系中的定位，能够实现准确定位校准隧道综合巡检机器人实时位置、扫描获取病害位置、轨行区障碍物位置，可将该实时获得自身的位置及姿态信息，作为高精度采集数据处理的轨道坐标，满足隧道采集数据的高精度坐标参照要求。

惯导采用陀螺仪和加速度计，能够测量物体的三轴姿态角和加速度，加速度计测量巡检机器人在巡检机器人坐标系下三轴的加速度，陀螺仪检测巡检机器人相对于世界坐标系的角速度信号，运行时，巡检机器人坐标系下的三轴加速度和陀螺仪角速度的计算，得到世界坐标系下巡检机器人的位姿。

惯导的力学基础公式如下：

式中，a为加速度，V为速度，t为时间。

加速度、速度和路程的关系：

式中，S为路程。

如图7所示，巡检机器人具有识读轨道交通线路信标功能，可获取轨道线路现有的信标报文，用于精准定位，无需增加额外的电子标签。信标识读器作为应答器与管理平台之间的信息获取和传输的中介，搭载于隧道综合巡检机器人，应答器依固定距离或线路需要安装于轨道中间，工作状态下，隧道巡检机器人搭载信标识读器进行巡检任务时，途经对应应答器区域，信标识读器获取当前区域应答器信息，结合惯导等相关部件，能够实时调整当前位置信息，提供给机器人的高精度定位，提供精准位置。

编码器在车轮转动过程中获取旋转圈数n，车轮半径已知r，即可通过以下公式推算得到走过的长度L：

L＝2*π*r*n

惯导和编码器获取的是行驶过程中的相对位姿和位移，具有累计误差，而信标获取的是经过测绘的精确位置，用于误差清零。

信标识读器用于信标中的定位报文信息，由解码器模块和天线组成。信标识读器及天线安装在巡检机器人上，天线的下表面距离地面应答器的上表面垂直距离约5～10cm。报文检测仪的天线发射功率不大于2瓦。

信标识读器天线是一个双工的收发天线，向地面发送激活地面应答器的功率载波，载频27.095MHz±5KHz；接收地面应答器发送的数据报文，中心频率4.234MHz±200KHz，逻辑0(fL)时为3.951MHz，逻辑1(fH)时为4.516MHz，FSK调制方式，调制频偏282.24KHz±5％，平均数据传输速率564.48±2.5％kbps。

信标识读器解码器是用于对地面应答器的数据进行处理的模块，对应答器报文进行解码还原，并传送给巡检机器人计算机。

信标识读器由于发射功率较小，只在应答器上方才会收发应答器报文，对于缩小尺寸应答器，其有效基准区为200mmX390mm，因此报文检测仪的定位精度为+/-10cm(应答器横装)或+/-19.5cm(应答器竖装)。

机器人在做线路巡检过程中，通常是在夜间窗口期进行巡检，为减速夜间作业，通常各专业设备仪器及工程车等并行作业，为了增加保护作业人员的安全，避免与工程车发生碰撞，机器人设有ZC交互模块，根据信号系统特定的传输协议，可与ZC进行交互，这样ZC可实时获取机器人的位置信息，并根据机器人的位置信息，对可能存在线路的工程车或者其他纳入ZC管理的机器人进行移动授权和安全管理，便于运维系统查看其工作位置，可与工程车同时作业。可实现机器人的虚拟连挂，和信号设备的定位管理。

因而，巡检机器人具有虚拟连挂功能，依据其3D激光雷达，可以精准识别所跟踪工程车辆的距离，并以恒定距离保持行驶。

另外，巡检机器人具有轨交线路电子地图接口，可获取电子地图信息，并将行驶位置与电子地图进行比对。电子地图是精确测绘过的列车行驶地图，通过电子地图可以获得精确的线路信息，用于巡检机器人的自适应控制。

采集数据模块采用了安置于箱体中的2台工控机，工控机内置图像采集卡，工作状态下，采集到的数据储存至图像采集卡，并通过通讯传输储存到后台服务器中，对图像病害数据在工控机将数据传输到工作站处理展示，此外箱体中安装有两块锂电池，作为隧道综合巡检机器人的电力能源，驱动其他模块工作。机器人本体设计及采集模块标准化布局及接口设计增强了隧道巡检机器人的兼容性机器人的各个检测模块接入到巡检机器人的主控模块中，可根据各检测模块的信号定义自动识别检测模块类型、调用检测模块的采集和识别程序。

如图8所示，5G通讯模块采取云-边-端协同方式，通过无线5G通信网络实现巡检机器人和云端大脑的连接，同时云端大脑可以连接移动终端，操作人员可在Pad(平板电脑)端进行机器人的控制，以及数据的展示。具体原理可以参考现有技术。

如图9所示，用户可以通过PAD或者手机中机器人的控制APP，以及远程控制中心，通过5G通讯模块/wifi/蓝牙等无线通信模块对机器人进行控制操作。实现机器人行走控制命令及相关位置信息等(机器人受控，协议命令)、机器人的姿态及状态回馈信息(机器人主控)和病害处理的类型及结果图像信息可返回到巡检人员PAD或者手机终端，同时同步传送到用户的智能维护中心。

因此，跟随人员、站台控制人员以及中心服务人员，控制机器人，进行巡检任务，获取实时检测数据，便于维修处理。

如图10和图11所示，隧道表面病害采集模块和地基沉降检测模块、钢轨及道床表面病害采集模块、巡检移动平台按照相应位置装配，隧道综合巡检机器人按照巡检计划运行，隧道综合巡检机器人运行在如图10所示标准钢轨上，运行状态下，无需人员跟随，可远程获取巡检相关信息结果，及时对相关问题进行处理，保证隧道运行的安全。

如图10和图11所示，本发明适用于对圆柱形表面进行扫描和检测，例如适用于地铁隧道、公路隧道等内壁，钢轨及道床等表面的检测。工作状态下，隧道综合巡检机器人依照巡检计划执行巡检任务。盾构隧道空间有限，因此隧道综合巡检机器人必须避开电力设备等隧道设备，且不改变隧道原有设备环境，综合相关要求，隧道综合巡检机器人根据轻量化、小型化、模块化准则进行轨道交通隧道综合巡检机器人结构设计，相较于传统巡检机器人，隧道综合巡检机器人各个模块集成度高，减少冗余的结构，能使每个模块在体积方面有较大的缩减，但在体积减小的同时，不会影响隧道综合巡检机器人的各项功能，最终实现隧道综合巡检机器人轻量化、小型化、模块化目标，实际运行时在面对各种复杂隧道的条件环境下，能有较强的适应能力。机器人本体设计及采集模块标准化布局及接口设计增强了隧道巡检机器人的兼容性。采用轻量化设计，机器人的主体结构采用铝合金、钛合金轻质框架设计，从而实现机器人的轻量化。

隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块采用独立模块设计的同时，采用快拆式结构设计实现快速安装和拆卸。具体的，隧道表面病害采集模块和钢轨及道床表面病害采集模块分体设置且通过凸轮抱轴锁紧装置与巡检移动平台可拆卸连接。如图12所示，凸轮抱轴锁紧装置，包括凸轮手柄51、螺栓52、连接部件53、螺帽54、联接轴55，连接部件设有连接孔，对应模块上也设有连接部件，安装时首先对准连接孔位置，从下方连接部件的连接孔插入联接轴55，联接轴55向上穿过上方连接部件的连接孔，联接轴55上端设有销孔，销孔以及凸轮手柄51与联接轴55上对应孔位，插入螺栓52，锁紧螺帽54，即完成快拆装置的安装过程，凸轮手柄51的旋转部分为凸轮结构，由于凸轮上下的半径不同，将手柄由一端扳至另一端即可完成模块之间的锁紧。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，包括沿轨道移动的巡检移动平台以及设于巡检移动平台的隧道表面病害采集模块、钢轨及道床表面病害采集模块、地基沉降检测模块以及实时定位模块；

所述巡检移动平台包括安装有车轮的底盘以及安装于底盘上、用于驱动车轮的电机，所述实时定位模块包括惯导和与电机相连的编码器，在巡检移动平台移动过程中通过惯导和编码器进行巡检移动平台的定位；

所述隧道表面病害采集模块包括隧道3D扫描仪支撑杆、安装于隧道3D扫描仪支撑杆的隧道3D扫描仪、沿隧道的圆弧方向间隔分布的若干隧道线阵相机和背光光源组成的隧道相机光源模块，每台隧道线阵相机由一个背光光源曝光，所有背光光源光照范围覆盖隧道内壁范围，相邻两个隧道线阵相机拍摄区域部分重叠，所有隧道线阵相机的整体拍摄角度覆盖隧道内壁的范围；

所述钢轨及道床表面病害采集模块包括用于对钢轨进行扫描探测的轨道3D线激光扫描仪、用于在整个钢轨及道床区域照射形成光带的光源和拍摄范围覆盖整个钢轨及道床区域的轨道相机组成的轨道相机光源模块；

所述地基沉降检测模块用于对隧道地基沉降进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，所述轨道3D线激光扫描仪成对设置，并且均安装于底盘前端；至少一对轨道3D线激光扫描仪为一组且在其中一根钢轨两侧对称布置，用于对同一条钢轨进行扫描探测且拍摄角度覆盖钢轨两侧。

3.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，所述地基沉降检测模块与所述隧道表面病害采集模块共用隧道相机光源模块，沿隧道延伸方向的左右两侧分布有标定桩，隧道相机光源模块拍摄标定桩上标定区域，获得标定图像，在该标定图像中，标定点位置为(u₀,v₀)，先确定标定桩至隧道相机光源模块该方向的值，并定义其坐标系，获取世界坐标系下X_W坐标值，计算得到世界坐标系下的Z_W和Y_W坐标值，认为Z'_W坐标值固定不变，通过计算Z_W坐标值和真实Z'_W坐标值之间的差值即可得到该区段地基沉降数值。

4.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，所述巡检移动平台设有无人驾驶行走模块，所述无人驾驶行走模设有激光雷达和速度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，所述实时定位模块还设有信标识读器，应答器沿轨道延伸方向间隔设置，工作状态下巡检移动平台途经对应应答器区域时，信标识读器获取当前区域应答器信息。

6.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，所述实时定位模块设有轨交线路电子地图接口，通过轨交线路电子地图接口获取电子地图信息。

7.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，还设有ZC交互模块，用于与ZC进行交互，使ZC实时获取机器人的位置信息。

8.根据权利要求1所述的一种隧道综合巡检机器人系统，其特征在于，还设有同步触发模块，用于采集编码器的脉冲信号，并根据该脉冲信号控制隧道表面病害采集模块、地基沉降检测模块、钢轨及道床表面病害采集模块同步开始工作。

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