CN116061147A - 一种电缆隧道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆隧道巡检机器人，包括行走机构、支臂组件、测量装置、预警传感器、灭火机构和引导装置，其中行走机构一端设有支臂组件，另一端设有引导装置，所述支臂组件自由端设有测量装置，所述行走机构上侧设有预警传感器和灭火机构，所述引导装置包括支座，且所述支座两侧设有伸缩杆，所述伸缩杆外端设有传动导轮，所述传动导轮上侧设有测距传感器。本发明能够快速精准地将测量器扣在电缆外表面以测量电学数据，支臂组件和测量装置动作灵活准确，有效的解决了现有的电缆隧道巡检机器人在测量导线的电学数据时响应慢、准确性差以及后续校准方式复杂等问题，并且能够在巡检过程中及时发现火灾并自动灭火。

Description

一种电缆隧道巡检机器人

技术领域

本发明涉及电缆隧道巡检设备领域，具体地说是一种电缆隧道巡检机器人。

背景技术

电缆隧道是指用于容纳大量敷设在电缆支架上的电缆走廊或隧道式构筑物，电缆隧道除了能更好地保护电缆外，也使电缆的检查和维修更加方便。

随着科技的发展，机器人巡检逐渐代替了人工巡检，并且电子视觉分析系统的逐渐完善极大地提高了巡检效率和精准度，但是现有的电缆隧道巡检机器人在测量导线的电学数据时，需要采用导航路径和预设的电缆路径的相对位置来规划机械手臂带动测量器运转，测量器在到达预设范围后，其行程路径需要利用外部的视觉分析系统进行辅助分析和校准，最后再将测量器套接在电缆外表面测量，因此现有的巡检机器人在检测时需要等待校准过程，这导致设备手臂响应慢、准确性差以及后续校准方式复杂。另外现有技术中的测量器动作不够灵活，很多时候难以满足隧道复杂工况要求，而且现有的隧道巡检机器人巡检发现火灾等情况时，只能够进行监控和监视并等待处理，其并不具备火灾处理能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆隧道巡检机器人，能够快速精准地将测量器扣在电缆外表面以测量电学数据，支臂组件和测量装置动作灵活准确，有效地解决了现有电缆隧道巡检机器人在测量导线的电学数据时响应慢、准确性差以及后续校准方式复杂等问题，并且能够在巡检过程中及时发现火灾并自动灭火。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电缆隧道巡检机器人，包括行走机构、支臂组件、测量装置、预警传感器、灭火机构和引导装置，其中行走机构一端设有支臂组件，另一端设有引导装置，所述支臂组件自由端设有测量装置，所述行走机构上侧设有预警传感器和灭火机构，所述引导装置包括支座，且所述支座两侧设有伸缩杆，所述伸缩杆外端设有传动导轮和测距传感器。

所述支臂组件包括支臂筒、多个支臂和多个舵机，其中支臂筒通过第一舵机驱动水平转动，支臂筒上端与第一支臂转动连接，第一支臂一端设有第二舵机，另一端设有第三舵机，且第一支臂通过第二舵机驱动俯仰转动，第三舵机与第三支臂连接，且第三支臂通过第三舵机驱动俯仰转动，第三支臂远离第三舵机一端设有第四舵机，测量装置安装于第四舵机上并通过所述第四舵机驱动俯仰转动。

所述行走机构一侧设有安装座，所述支臂筒下端转动安装于所述安装座中，所述第一舵机设于所述安装座中，所述安装座包括固定架、第一防尘罩和第二防尘罩，且所述固定架设于所述行走机构一侧，所述固定架下侧设有第一防尘罩、上侧第二防尘罩。

所述测量装置包括检测器、连接架、第五舵机、翻转架、张合架和测量器，其中支臂组件末端设有第四舵机，连接架底端安装于所述第四舵机上，连接架外表面设有检测器，连接架顶端设有两个第五舵机，且每个第五舵机上均设有翻转架，每个翻转架顶端均设有张合架，每个张合架内侧均设有呈半环形的测量器，所述测量器与检测器电连接。

所述张合架和连接架之间设有铰接架，所述连接架下侧设有视觉传感器，所述视觉传感器包括第一摄像头和补光器。

所述预警传感器包括温度传感器和烟雾传感器，所述灭火机构包括旋转舵机、翻转舵机、固定座、壳体、灭火装置和击发组件，其中旋转舵机下端安装于行走机构上，旋转舵机上端与所述翻转舵机连接，所述翻转舵机上端与固定座连接，所述固定座上设有壳体，所述壳体内设有灭火装置，所述壳体一端设有带盖门的灭火喷口，所述壳体一侧设有驱动所述盖门翻转的盖门驱动组件，所述壳体上侧设有启动所述灭火装置的击发组件。

所述盖门驱动组件包括蜗杆电机和铰接臂，所述铰接臂转动安装于所述壳体上，所述盖门上侧安装于所述铰接臂上，蜗杆电机设于壳体一侧，且所述铰接臂通过所述蜗杆电机驱动转动。

所述击发组件包括击发器和击发钮，所述灭火装置上设有击发开关，所述击发钮安装于所述壳体上侧并设于所述击发开关上方，所述击发钮通过击发器驱动按下。

所述壳体上设有第二摄像头和红外传感器。

所述行走机构包括设备箱和行走组件，且所述设备箱设于行走组件上，机器人控制系统设于所述设备箱中，所述设备箱端部设有激光导航器，所述设备箱上侧设有无线传输天线。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明在行走过程中通过引导装置上的测距传感器实时测量电缆与支臂组件原点之间的三维坐标位置，并且设备箱内的控制系统对路径进行计算，在外部下达测量指令或者机器人行走到达测量位置时，机器人控制系统能够通过计算好的路径快速传出电信号直接对支臂组件和测量装置中对应的舵机下达指令，从而实现快速精准的将测量器扣在电缆外表面测量电学数据的目的，有效解决了现有的电缆隧道巡检机器人在测量导线的电学数据时，采用导航路径以及预设的电缆路径规划测量器的行程路径所产生的响应慢、准确性差以及后续校准方式复杂等问题。

2、本发明的支臂组件和测量装置能够实现多个自由度转动，可以实现测量器快速灵活动作，保证测量器动作精准，适用于复杂的隧道工况。

3、本发明设有预警传感器和灭火机构，可以在巡检过程中及时发现火情并自动灭火，从而可以快速有效地控制火灾灾情。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的支臂组件结构示意图；

图3为图2中的支臂组件另一角度结构示意图；

图4为图1中的行走机构结构示意图；

图5为图1中的预警传感器结构示意图；

图6为图1中的灭火机构结构示意图；

图7为图6中的灭火机构另一角度结构示意图；

图8为图6中的击发组件结构示意图；

图9为图1中的引导装置结构示意图。

其中，1为行走机构，11为设备箱，12为行走驱动装置，13为张紧轮，14为激光导航器，15为支臂垫块，16为设备内腔，17为无线传输天线，18为固定架，2为支臂组件，21为第一防尘罩，22为第二防尘罩，23为支臂筒，24为第一舵机，25为第二舵机，26为第一支臂，27为第三舵机，28为第二支臂，29为第四舵机，3为测量装置，31为检测器，32为连接架，33为第五舵机，34为翻转架，35为张合架，36为测量器，37为铰接架，4为视觉传感器，41为第一摄像头，42为补光器，5为预警传感器，51为底座，52为温度传感器，53为烟雾传感器，54为防护罩，6为灭火机构，61为旋转舵机，62为连接头，63为翻转舵机，64为固定座，65为壳体，66为蜗杆电机，67为铰接臂，68为盖门，69为第二摄像头，610为红外传感器，611为击发器，612为击发钮，613为灭火装置，614为击发开关，7为引导装置，71为固定轴，72为第一支撑杆，73为第二支撑杆，74为固定板，75为伸缩杆，76为连接板，77为传动导轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～9所示，本发明包括行走机构1、支臂组件2、测量装置3、预警传感器5、灭火机构6和引导装置7，其中行走机构1一端设有支臂组件2，另一端设有引导装置7，所述支臂组件2自由端设有测量装置3，所述行走机构1上侧设有预警传感器5和灭火机构6，其中如图9所示，所述引导装置7包括支座，且所述支座两侧设有伸缩杆75，所述伸缩杆75外端设有传动导轮77，所述传动导轮77轮轴上端设有测距传感器，所述测距传感器为本领域公知技术。本发明工作时，所述伸缩杆75带动传动导轮77和测距传感器向外侧移动用于实时测量机器人支臂组件2中心与电缆之间的相对坐标，在需要测量电缆数据时，行走机构1内部的控制系统提前计算好支臂组件2的行程距离和角度，进而实现快速精准的将测量器扣在电缆外表面测量电学数据的目的。

如图2所示，所述支臂组件2包括支臂筒23、多个支臂和多个舵机，其中所述行走机构1一侧设有安装座，所述支臂筒23下端转动安装于所述安装座中，所述安装座内设有第一舵机24驱动所述支臂筒23水平转动，本实施例中，所述安装座包括固定架18、第一防尘罩21和第二防尘罩22，其中如图4所示，所述固定架18设于所述行走机构1一侧，所述支臂筒23下端和第一舵机24均安装于所述固定架18上，如图1所示，所述固定架18下侧设有第一防尘罩21、上侧第二防尘罩22，以起到防护作用，如图2所示，所述支臂筒23上端与第一支臂26转动连接，且所述第一支臂26一端设有第二舵机25，另一端设有第三舵机27，所述第一支臂26通过第二舵机25驱动俯仰转动，所述第三舵机27与第三支臂28连接并驱动第三支臂28俯仰转动，所述第三支臂28远离所述第三舵机27一端设有第四舵机29，所述测量装置3安装于第四舵机29上并通过所述第四舵机29驱动俯仰转动。本实施例中，所述第一舵机24、第二舵机25、第三舵机27、第四舵机29结构和控制方式相同，均采用了电机、电调解码器和蜗杆齿轮传动结构构成，并且第二舵机25、第三舵机27和第四舵机29的电机均装配在就近的支臂结构内部，齿轮结构定位在铰接处，本发明在使用时通过电调解码器分析控制信号并控制电机转动，进而实现调节支臂支撑角度的目的，并且蜗杆齿轮结构为自锁结构，能够在设备就位后将支臂定位，使用起来方便快捷，结构简单，精准度高。

如图3所示，所述测量装置3包括检测器31、连接架32、第五舵机33、翻转架34、张合架35和测量器36，其中连接架32底端安装于第四舵机29上，所述连接架32通过第四舵机29驱动转动，进而带动整个测量装置3转动，连接架32外表面设有检测器31，连接架32顶端设有两个第五舵机33，且每个第五舵机33上均设有翻转架34，每个翻转架34顶端均设有张合架35，每个张合架35内侧均设有呈半环形的测量器36，所述测量器36与检测器31电连接。本发明工作时，第五舵机33分别驱动对应的翻转架34转动，进而实现两个张合架35张合动作，所述张合架35内的测量器36是一种钳形电流表的测量端结构，其利用电磁感应的原理能够测量出被测电路的电流或者电压，并通过检测器31将数据传输至机器人控制系统。所述测量器36和检测器31均为本领域公知技术且为市购产品。

如图3所示，所述张合架35和连接架32之间设有铰接架37起到辅助支撑作用，本实施例中，所述铰接架37包括两个铰接在一起的连杆，其中一个连杆端部与连接架32顶端铰接，另一个连杆端部与所述张合架35底端铰接。

如图2所示，所述连接架32下侧设有视觉传感器4，本实施例中，所述视觉传感器4包括设于连接架32下侧的第一摄像头41，所述第一摄像头41下侧装配有补光器42，现有技术中的视觉传感器4用于测量装置3到达电缆附近后对图像分析定位，以辅助测量装置3校准位置能够顺利扣在待测量电缆外表面，但本发明的视觉传感器4不用承担上述工作，其作用为可以在不测量时利用所述视觉传感器4作为监控器观察隧道内情况，也可以在测量时对电缆的外皮状态进行检查，从而简化系统控制程序。所述视觉传感器4为本领域公知技术。

如图4所示，所述行走机构1包括设备箱11和行走组件，所述行走组件包括行走座和设于行走座两侧的履带，所述行走座中设有行走驱动装置12用于驱动履带转动以实现行走，本实施例中，所述行走驱动装置12为电机及配套的减速机装置，所述行走座外侧设有张紧轮13与对应侧履带相抵以调节履带张紧度，设备箱11安装于所述行走座上，机器人控制系统的各个模块均设于所述设备箱11的设备内腔16中，比如用于整套设备传感器信息处理和判断的计算机模块、用于与后台控制系统通讯的无线通讯模块、用于为各个舵机供电和解码控制电信号的DC电调模块、姿态传感器和用于增加功能开发的客户端裸开发板，客户端裸开发板是一种加护藏在设备箱11内部的能够针对不同使用者进行开发其他功能的电路板，通过该电路板点链接到计算机模块能够更改对应的使用功能或者参与整套巡检机器人的工作过程，进而提高巡检机器人的工作范围和适用范围。所述设备箱11端部设有激光导航器14用于行走导航，所述设备箱11后端设有所述固定架18，所述设备箱11上侧设有支臂垫块15用于辅助支撑所述支臂组件2，另外所述设备箱11上侧设有无线传输天线17。所述激光导航器14和无线传输天线17为本领域公知技术且为市购产品。

如图1所示，所述预警传感器5和灭火机构6设于所述行走机构1的设备箱11上侧，其中如图5所示，所述预警传感器5包括底座51，所述底座51内部设有温度传感器52和烟雾传感器53，所述温度传感器52和烟雾传感器53均电连接至行走机构1内部的控制系统中，所述底座51的侧表面均匀开设有开口结构，且底座51的顶端装配有保护罩54。所述温度传感器52和烟雾传感器53为本领域公知技术且为市购产品。

如图6～8所示，所述灭火机构6包括旋转舵机61、翻转舵机63、固定座64、壳体65、灭火装置613和击发组件，其中旋转舵机61下端安装于行走机构1的设备箱11上，旋转舵机61上端通过一个连接头62与所述翻转舵机63连接，所述翻转舵机63通过所述旋转舵机61驱动水平转动，所述翻转舵机63上端与固定座64连接，固定座64通过所述翻转舵机63驱动俯仰翻转，所述固定座64上设有壳体65，所述壳体65内设有灭火装置613，所述壳体65一端设有带盖门68的灭火喷口，所述壳体65一侧设有盖门驱动组件用于驱动所述盖门68翻转打开或关闭，所述壳体65上侧设有击发组件用于击发启动所述灭火装置613。

如图6～7所示，所述盖门驱动组件包括蜗杆电机66和铰接臂67，所述铰接臂67转动安装于所述壳体65上，所述盖门68上侧安装于所述铰接臂67上，蜗杆电机66设于壳体65一侧并驱动所述铰接臂67转动，进而驱动所述盖门68转动。

如图7～8所示，所述击发组件包括击发器611和击发钮612，所述灭火装置613设于所述壳体65中并通过压板压装固定于所述固定座64上，所述灭火装置613上设有击发开关614，所述击发钮612安装于所述壳体65上侧并设于所述击发开关614上方，所述击发器611设于所述击发钮612上方。本发明使用时，所述击发器611启动按下所述击发钮612，所述击发钮612进而按下所述击发开关614使灭火装置613启动灭火。本实施例中，所述击发器611可采用气缸或直线电机等直线输出装置以实现伸缩动作，所述击发器611输出端可根据需要设置压块或压板等结构用于按下所述击发钮612，所述壳体65上侧设有支座，所述击发器611安装于所述支座中。所述灭火装置613为本领域公知技术且为市购产品。

如图7～8所示，所述壳体65一侧设有第二摄像头69，所述壳体65上侧设有红外传感器610，本发明工作时，预警传感器5中的温度传感器52、烟雾传感器53或所述红外传感器610感应异常后发出信号预警，机器人控制系统通过所述第二摄像头69配合红外传感器610实时监测判断确认火灾情况，如确认有火灾发生时，行走机构1内的控制系统根据监测情况预设灭火装置2喷射路径，并通过所述旋转舵机61和翻转舵机63调整固定座64角度位置，调整完毕后盖门68开启，然后击发器611启动压下击发钮612，使灭火装置613启动开始灭火作业。所述红外传感器610为本领域公知技术且为市购产品。

如图9所示，所述引导装置7的支座包括第一支撑杆72、第二支撑杆73和固定板74，其中第一支撑杆72一端设有固定轴71与行走机构1的设备箱11前端外侧固连，另一端与对应侧的第二支撑杆73垂直连接，所述固定板74两端分别通过对应的第二支撑杆73支撑，所述伸缩杆75设于所述固定板74上，所述伸缩杆75端部设有连接板76，传动导轮77安装于所述连接板76上，且传动导轮77的轮轴上端设有测距传感器。本实施例中，所述伸缩杆75通过气缸或直线电机等直线输出装置驱动实现伸缩，所述测距传感器可采用激光测距传感器或雷达测距传感器，此为本领域公知技术且为市购产品，两侧的测距传感器可测量电缆外皮的定位空间，进而通过机器人控制系统的计算模块计算出电缆的中心位置，从而可以节约支臂组件2上端的测量器36张合测量时间，提高巡检效率。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，设备箱11内的控制系统控制行走机构1移动实现机器人在隧道内部行走巡检，在行走的过程中，引导装置7中的伸缩杆75靠墙的一端伸出并使传动导轮77抵在墙面上，利用传动导轮77轴心处的测距传感器可辅助得出支臂组件2的中心原点位置与墙面之间的相对距离，并且伸缩杆75伸缩移动带动测距传感器形成扫描状态，可间歇性的测量出电缆所在的位置范围和中心范围，进而能够实时得到待测量的电缆与支臂组件2的原点之间的三维坐标位置，此为本领域公知技术，然后设备箱11内的控制系统对路径进行计算，在外部下达测量指令或者机器人行走到达测量位置时，机器人控制系统能够通过计算好的路径快速传出电信号直接对支臂组件2和测量装置3中对应的舵机下达指令，从而实现快速精准的将测量器36扣在电缆的外表面测量电学数据的目的，有效的解决了现有的电缆隧道巡检机器人在测量导线的电学数据时，采用导航路径以及预设的电缆路径规划测量器的行程路径所产生的响应慢、准确性差以及后续校准方式复杂等问题。

另外本发明的支臂组件2和测量装置3利用舵机实现多个自由度转动，可以实现测量器36快速灵活动作，保证测量器36动作精准，可适用于复杂的隧道工况，并且本发明设有预警传感器5和灭火机构6，可以在巡检过程中及时发现火情并自动灭火，从而可以快速有效地控制火灾灾情，其中预警传感器5中的温度传感器52和烟雾传感器53感应温度或烟雾情况异常后发出信号预警，机器人控制系统通过所述第二摄像头69和红外传感器610实时判断确认火灾情况并报警，如确认有火灾发生时，行走机构1内的控制系统根据检测情况预设灭火装置2喷射路径并控制所述旋转舵机61和翻转舵机63调整固定座64角度位置，调整完毕后盖门68开启，然后击发器611启动压下击发钮612，使灭火装置613启动开始灭火作业。

Claims (10)

1.一种电缆隧道巡检机器人，其特征在于：包括行走机构(1)、支臂组件(2)、测量装置(3)、预警传感器(5)、灭火机构(6)和引导装置(7)，其中行走机构(1)一端设有支臂组件(2)，另一端设有引导装置(7)，所述支臂组件(2)自由端设有测量装置(3)，所述行走机构(1)上侧设有预警传感器(5)和灭火机构(6)，所述引导装置(7)包括支座，且所述支座两侧设有伸缩杆(75)，所述伸缩杆(75)外端设有传动导轮(77)和测距传感器。

2.根据权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述支臂组件(2)包括支臂筒(23)、多个支臂和多个舵机，其中支臂筒(23)通过第一舵机(24)驱动水平转动，支臂筒(23)上端与第一支臂(26)转动连接，第一支臂(26)一端设有第二舵机(25)，另一端设有第三舵机(27)，且第一支臂(26)通过第二舵机(25)驱动俯仰转动，第三舵机(27)与第三支臂(28)连接，且第三支臂(28)通过第三舵机(27)驱动俯仰转动，第三支臂(28)远离第三舵机(27)一端设有第四舵机(29)，测量装置(3)安装于第四舵机(29)上并通过所述第四舵机(29)驱动俯仰转动。

3.根据权利要求2所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述行走机构(1)一侧设有安装座，所述支臂筒(23)下端转动安装于所述安装座中，所述第一舵机(24)设于所述安装座中，所述安装座包括固定架(18)、第一防尘罩(21)和第二防尘罩(22)，且所述固定架(18)设于所述行走机构(1)一侧，所述固定架(18)下侧设有第一防尘罩(21)、上侧第二防尘罩(22)。

4.根据权利要求1或2所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述测量装置(3)包括检测器(31)、连接架(32)、第五舵机(33)、翻转架(34)、张合架(35)和测量器(36)，其中支臂组件(2)末端设有第四舵机(29)，连接架(32)底端安装于所述第四舵机(29)上，连接架(32)外表面设有检测器(31)，连接架(32)顶端设有两个第五舵机(33)，且每个第五舵机(33)上均设有翻转架(34)，每个翻转架(34)顶端均设有张合架(35)，每个张合架(35)内侧均设有呈半环形的测量器(36)，所述测量器(36)与检测器(31)电连接。

5.根据权利要求4所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述张合架(35)和连接架(32)之间设有铰接架(37)，所述连接架(32)下侧设有视觉传感器(4)，所述视觉传感器(4)包括第一摄像头(41)和补光器(42)。

6.根据权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述预警传感器(5)包括温度传感器(52)和烟雾传感器(53)，所述灭火机构(6)包括旋转舵机(61)、翻转舵机(63)、固定座(64)、壳体(65)、灭火装置(613)和击发组件，其中旋转舵机(61)下端安装于行走机构(1)上，旋转舵机(61)上端与所述翻转舵机(63)连接，所述翻转舵机(63)上端与固定座(64)连接，所述固定座(64)上设有壳体(65)，所述壳体(65)内设有灭火装置(613)，所述壳体(65)一端设有带盖门(68)的灭火喷口，所述壳体(65)一侧设有驱动所述盖门(68)翻转的盖门驱动组件，所述壳体(65)上侧设有启动所述灭火装置(613)的击发组件。

7.根据权利要求6所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述盖门驱动组件包括蜗杆电机(66)和铰接臂(67)，所述铰接臂(67)转动安装于所述壳体(65)上，所述盖门(68)上侧安装于所述铰接臂(67)上，蜗杆电机(66)设于壳体(65)一侧，且所述铰接臂(67)通过所述蜗杆电机(66)驱动转动。

8.根据权利要求6所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述击发组件包括击发器(611)和击发钮(612)，所述灭火装置(613)上设有击发开关(614)，所述击发钮(612)安装于所述壳体(65)上侧并设于所述击发开关(614)上方，所述击发钮(612)通过击发器(611)驱动按下。

9.根据权利要求6所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述壳体(65)上设有第二摄像头(69)和红外传感器(610)。

10.根据权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人，其特征在于：所述行走机构(1)包括设备箱(11)和行走组件，且所述设备箱(11)设于行走组件上，机器人控制系统设于所述设备箱(11)中，所述设备箱(11)端部设有激光导航器(14)，所述设备箱(11)上侧设有无线传输天线(17)。

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