CN209793744U - 隧道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道巡检机器人，包括导向装置、安装座以及设置于所述安装座上的巡检装置，所述的巡检装置包括主控模块和执行模块，所述的主控模块与所述的执行模块电连接，所述的执行模块包括语音模块、通信模块、电源模块、充电对接模块、运动模块、防护模块、监拍模块、测速模块以及辅助模块，所述的巡检装置通过所述的运动模块能够沿着所述的导向装置运动，本申请针对现在隧道的基本特性，采用导轨侧方壁挂式，隧道机器人通过导轨运行，在隧道内全天候不间断巡逻，通过各模块实现对隧道进行实时监控；对违法车辆进行抓拍取证；方便相关部门进行快速执法以及对隧道的路面及墙壁进行全方位监控，防止因隧道因素造成的交通事故。

Description

隧道巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及隧道监控技术领域，尤其涉及一种隧道巡检机器人。

背景技术

当今随着时代和科技的发展，车辆已成为人们日常不可或缺的交通工具，伴随着的是高速公路越来越多，且车流量日益增加，交通事故的发生率与日俱增，而高速公路上的执法痛点，隧道应属其一。同时，近年来随着城市建设的不断发展，城市规模的不断扩大，交通压力的不断增大！在城市市政工程项目中，城市交通隧道的数量和规模在不断攀升，其隧道运营安全日益引起人们的重视！因此，在隧道内建设先进、稳定、可靠、可以24小时对隧道进行全方位监控的隧道监控预警系统，成为运营管理部门、养护部门和交通执法部门共同关心的问题。

据资料显示，仅2001年至2017年，隧道事故全国就已发生近120起，其中大部分为车辆追尾相撞，其中大部分都在16：00—18：00发生，共造成了近250人死亡，400多人受伤，数百辆车损毁的惨痛局面。而因没有有效的隧道巡检系统，事故发生时往往无法及时发现事故并及时知晓事故情况，以及事故发生后隧道的拥堵，对救援人员造成了很大的困扰。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术不足，提供一种能够及时响应并预警的隧道巡检机器人，防止因隧道因素造成的交通事故。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案得以解决：一种隧道巡检机器人包括导向装置、安装座以及设置于所述安装座上的巡检装置，所述的巡检装置包括主控模块和执行模块，所述的主控模块与所述的执行模块电连接，所述的执行模块包括语音模块、通信模块、电源模块、充电对接模块、运动模块、防护模块、监拍模块、测速模块以及辅助模块，所述的巡检装置通过所述的运动模块能够沿着所述的导向装置运动。

上述方案中，所述的语音模块包括内置喇叭以及内部存储模块。

上述方案中，所述的通信模块包括4G信号发射器以及位置定位器。

上述方案中，所述的电源模块包含锂电池以及开关电源，所述的锂电池固定设置在所述安装座的中部。

上述方案中，所述的运动模块包括电机、同步带轮、从动轮、辅助轮以及同步带，所述的电机固定设置在所述安装座的上表面，所述的同步带轮、所述的从动轮、所述的辅助轮均安装于所述安装座的下表面，所述电机的输出轴穿过所述安装座与所述的同步带轮配合，并通过所述的同步带带动所述的从动轮和所述的辅助轮沿所述的导向装置运动。

上述方案中，所述的防护模块设置于所述安装座的端部，包括防护罩、转动机构、涡轮减速电机、顶板以及底板，所述的防护罩包括左罩壳和右罩壳，所述的左罩壳和所述的右罩壳设于所述转动机构的两侧，所述的转动机构设置在所述顶板与所述的底板之间，设置有两组，包括中轴、转拨杆、涡轮、扭矩限制盘，所述中轴的底端部通过轴承装设在所述底板上，所述中轴的顶部穿过所述顶板的安装孔后，分别活动插设在所述左罩壳的左上安装座和所述右罩壳的右上安装座内，所述的转拨杆、所述的涡轮以及所述的扭矩限制盘由下至上装设在所述的中轴上，所述涡轮与所述涡轮减速电机的输出轴啮合，所述转拨杆的伸出端分别与所述左罩壳的左后安装座和所述右罩壳的右后安装座活动连接，所述的涡轮减速电机设置于所述的底板上，并位于所述转动机构的后侧，所述的转动机构能够在所述涡轮减速电机的驱动下使所述的左罩壳和所述的右罩壳打开或合拢。

上述方案中，所述的充电对接模块设置于所述底板上，并位于所述转动机构的前侧，包括对接公头以及锁紧公头组件，所述的对接公头与所述的锁紧公头组件相连接，所述的锁紧公头组件包括锁紧座、电磁锁紧装置以及第一感应装置、第二感应装置，所述的锁紧座内设置有相互垂直并联通的第一腔体和第二腔体，所述的电磁锁紧装置插设在所述的第一腔体内，所述的第一感应装置通过固定柱固定，并位于所述电磁锁紧装置的顶部，所述的第二感应装置固定设置于所述锁紧座的后部，并与所述的第二腔体位置对应，所述的第二腔体用于与锁紧母头组件上的锁紧柱配合，当所述的对接公头与插接母头插接时，所述的锁紧公头组件能够与插接母头上的锁紧母头组件配合实现对接锁紧。

上述方案中，所述的监拍模块包括云台和抓拍机。

上述方案中，所述的测速模块为测速雷达。

上述方案中，所述的辅助模块包括3D激光雷达、高清成像组件以及热成像组件。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：隧道预警巡逻机器人针对现在隧道的基本特性，当发生事故时后方车辆无法做到及时闪避，且交警也无法及时得知事故情况的背景下，采用导轨侧方壁挂式即非对称负重结构的方法，自行铺设一条位于隧道路灯上方的导轨，隧道机器人通过导轨运行，在隧道内全天候不间断巡逻，事故发生时，相关部门可操控隧道机器人提前在现场进行远程执法，通过本机器人了解现场情况并利用本机器人进行远程指挥，或疏导交通，通过各模块实现对隧道进行实时监控；对违法车辆进行抓拍取证；方便相关部门进行快速执法以及对隧道的路面及墙壁进行全方位监控，防止因隧道因素造成的交通事故。

附图说明

图1为本实用新型外部结构示意图。

图2为去除罩壳后的本实用新型外部结构示意图。

图3为本实用新型后侧结构示意图。

图4为本实用新型前侧向结构示意图。

图5为防护模块结构示意图。

图6为充电对接模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1至图6，隧道巡检机器人，包括导向装置11、安装座12以及设置于安装座12上的巡检装置，巡检装置包括主控模块1和执行模块，主控模块1与执行模块电连接，执行模块包括语音模块、通信模块、电源模块、充电对接模块、运动模块、防护模块、监拍模块、测速模块以及辅助模块，巡检装置通过运动模块能够沿着导向装置11运动。

语音模块2包括内置喇叭以及内部存储模块，通信模块包括4G信号发射器以及位置定位器，电源模块包含锂电池41以及开关电源，锂电池41固定设置在安装座12的中部，运动模块包括电机61、同步带轮62、从动轮63、辅助轮64以及同步带65，电机61固定设置在安装座12的上表面，同步带轮62、从动轮63、辅助轮64均安装于安装座12的下表面，电机61的输出轴穿过安装座12与同步带轮62配合，并通过同步带65带动从动轮63和辅助轮64沿导向装置11运动，防护模块设置于安装座12的端部，包括防护罩、转动机构、涡轮减速电机73、顶板74以及底板75，防护罩包括左罩壳711和右罩壳712，左罩壳711和右罩壳712设于转动机构的两侧，转动机构设置在顶板74与底板75之间，设置有两组，包括中轴721、转拨杆722、涡轮723、扭矩限制盘724，中轴721的底端部通过轴承装设在底板75上，中轴721的顶部穿过顶板74的安装孔后，分别活动插设在左罩壳711的左上安装座和右罩壳712的右上安装座内，转拨杆722、涡轮723以及扭矩限制盘724由下至上装设在中轴721上，涡轮723与涡轮减速电机73的输出轴啮合，转拨杆722的伸出端分别与左罩壳711的左后安装座和右罩壳712的右后安装座活动连接，涡轮减速电机73设置于底板75上，并位于转动机构的后侧，转动机构能够在涡轮减速电机73的驱动下使左罩壳711和右罩壳712打开或合拢，充电对接模块设置于底板上，并位于转动机构的前侧，包括对接公头51以及锁紧公头组件，对接公头51与锁紧公头组件相连接，锁紧公头组件包括锁紧座521、电磁锁紧装置522以及第一感应装置523、第二感应装置524，锁紧座521内设置有相互垂直并联通的第一腔体和第二腔体，电磁锁紧装置522插设在第一腔体内，第一感应装置523通过固定柱5231固定，并位于电磁锁紧装置522的顶部，第二感应装置524固定设置于锁紧座521的后部，并与第二腔体位置对应，第二腔体用于与锁紧母头组件上的锁紧柱配合，当对接公头51与插接母头插接时，锁紧公头组件能够与插接母头上的锁紧母头组件配合实现对接锁紧，监拍模块包括云台和抓拍机8，测速模块为测速雷达9，辅助模块包括3D激光雷达101、高清成像组件102以及热成像组件103。

上述方案中，4G信号发射器可以是4G信号、网桥、漏缆中的一种，而辅助模块可以通过使用环境的用途的不同，选择适合的组件；导向装置为导轨。

上述结构各模块功能：语音模块中，内置喇叭通过内部预存储中预存的交通疏导语音，由远程控制播放预存语音，提示车辆注意相关事物；同时也可切换实时语音功能，完成远程语音喊话，配合云台可进行远程交通的指挥车辆的疏导。

通信模块中，通过预设的4G信号发射器，进行信息的交换，违法视频、照片的上传、远程语音的喊话等功能，当隧道内没有预设的4G网络时，也会通过网桥或漏缆的方式，进行网络通信的传输，同时，通过内置的位置定位器，可实时对隧道预警巡逻机器人进行定位，可精确锁定巡逻位置及事故发生地，达到快速得知事故现场以及现场处理的效果。

电源模块为隧道预警巡逻机器人的供电结构，其中包含锂电池以及开关电源，负责提供巡检装置运动的核心动力。

充电对接模块为隧道预警巡逻机器人的充电结构，该模块会与外部充电装置的相应部位进行对接，并进行锁紧充电，充电的同时，外部充电装置会随着隧道预警巡逻机器人一同运动，不阻碍本身的巡检过程，其工作原理为：需要充电对接时，对接公头与插接母头插接，电磁锁紧装置中的电磁座不通电，电磁锁紧装置中的电磁柱为掉落状态，插接母头的锁杆进入第二腔体，此时，电磁柱会被顶起，第一感应装置首先感应锁杆是否到位；当第一感应装置感应到锁杆到位后，第二感应装置再次感应电磁柱是否到位；感应电磁柱是否在重力的作用下卡于锁杆的限位槽内，确认到位后，充电过程开始；当充电完成需要脱离时，电磁座通电，持续通电4-5秒，电磁柱被向上吸起，从限位槽中脱离，锁杆从第二腔体内退出，完成脱离工作，电磁柱断电恢复初始状态。

运动模块为设备在导轨上运行提供机械支撑，由内部电机提供动力，导轮设计成倾斜一定角度，在导轨上方形成类似于“钩”的状态，可以有效的防止设备因重力等原因脱离导轨，提高设备运行的安全性，并且在运动轮的位置处设置有防脱挂钩66，钩子勾于导轨内，当设备因不可抗因素等原因脱轨时，会钩中导轨，防止设备的掉落，避免损失。

主控模块为隧道预警巡逻机器人的核心，其包含各种控制主板，为装置的“大脑”，控制个模块的工作。

防护模块包含充电防护与装置防护。在充电对接的外部会有两块半弧形的板进行“包裹”，防止灰尘、潮湿等杂质对充电对接装置的损害。当充电时，系统会控制两块板打开；完成时再进行关闭工作，工作原理为：中轴负责装置整体的固定，主要对防护罩进行支撑，并作为中心使防护罩围绕其进行运动；驱动机构为整体装置的动力源，负责整体的动力控制；固定柱负责整个装置的稳定性；驱动机构的输出轴负责传递电机产生的动力，带动拨转杆运动；拨转杆起连接作用，带动防护罩进行开关运动；限位组负责限位工作，控制左罩壳和右罩壳的开关程度，其中加入了“扭矩限制”的概念，该装置的中轴上设置了扭矩限制盘，负责限制过剩的扭矩，因电机转速与扭矩成反比，为使扭矩增大，该装置使用了涡轮减速电机，但扭矩偏大，当到达开门板左/右的转动极限，触碰到设置在顶板上的限位开关，电机缺未及时停止，继续转动会对拨转杆造成一定的损伤，因此扭矩限制盘会在此时进行空转，保护本装置不会受到损伤；整体工作原理为涡轮减速电机产生动力，控制其上的蜗杆进行转动，带动旋转蜗杆和拨转杆，使左罩壳和右罩壳打开关闭运动，其中在一根中轴旁边设置了2个限位开关，分别作为开门限位与关门限位，当限位调节块触碰到相应的限位开关，则电机停止工作；该机构通过PLC对其进行控制，并反馈机门的当前状态，以便判断后续机构的运行，避免了装置的错误运行，通过本装置来打开左罩壳和右罩壳和关闭左罩壳和右罩壳，可以防止灰尘等杂物进入内部的充电对接装置导致充电接触不良；降低了设备的故障率，提高设备的稳定性，减少维护次数并降低由此带来的使用成本。

监拍模块包含云台和抓拍机。其中云台可实时的对路面进行全方位的监控，云台可360度旋转，对路面进行监控并生成视频进行储存，同时也可通过远程控制查看想要看的位置。当事故发生时，云台可对事故过程进行记录（视频）并上传至后台，方便相关执法部门进行调取并查看，可作为执法证据。抓拍机配合测速模块，当监测到有车辆超速/低速行驶时，抓拍机会对其进行抓拍并上传，作为执法证据。

测速模块的测速雷达会对前方路面进行持续测速，当检测到超速/低速车辆时，系统会控制抓拍机进行抓拍。

3D激光雷达负责路面异常的检测，例如车辆的拥堵、路面的异物、消防门误开等功能。

高清成像模块位于设备的中间，可以垂直180°旋转拍摄，全方位监控隧道整体情况。随着设备的运行，该模块会不断的旋转同时快速拍摄隧道照片并拼接成一幅整体的图像，同时系统会对图像进行储存并分析，当发现异常（墙面开裂等情况）时，系统会进行报警提示。同时也可人工查看图像。

热成像模块负责检测墙面是否有渗水，该模块会随着巡逻机器人的运行，持续对墙面进行图像采集，根据墙面的温度差进行判断，当存在较大的温度差时，会进问题图像进行采集并上传报警。

本结构的工作流程：通过操控端（手机APP/PC端）控制隧道巡检机器人开启；主控模块开始运行，控制各功能模块的功能；电源模块开始为其他模块进行供电；运动模块（电机）接收到主控模块的启动信息后，运动模块开始运行，隧道巡检机器人开始移动巡检工作；测速模块持续检测隧道路面车辆进行测速。当发现违法车辆后，测速模块将信息传递至主控模块，主控模块控制监拍模块进行抓拍与违法视频录制，获取的照片与视频会通过4G网络传递至后台进行违法信息的取证保存；3D雷达模块持续对路面情况及消防设施进行检测。当发现异常情况（消防栓门误开、路面异物等）时，传递异常信息至主控模块，主控模块控制通信模块向后台进行异常报警，控制监拍模块（云台）对异常位置进行拍摄，并控制语音模块开启语音预警，提醒车辆异常情况（路面异常）的发生，同时等待人员处理。

其中道路拥堵时，相关人员可远程通过操控端进行远程语音疏导交通；通信模块接收到操控端的远程语音命令后，通过4G网络连接操控端，并传递信息至主控模块，主控模块控制语音预警模块与通信模块进行连接，完成远程语音工作；热成像模块与高清成像模块持续对隧道墙面进行检测。当发现墙面渗水或墙面裂痕情况时，传递异常信息至主控模块，主控模块控制通信模块向后台进行异常报警；当电量不足时，电源模块会向主控模块发送需求充电信息，主控模块控制通信模块向外部充电设备进行充电信息的传递。当外部充电设备到达距离隧道巡检机器人一定距离时，主控模块控制防护模块开启，并控制充电对接模块进行充电对接准备。充电完成后，电源模块向主控模块发送充电完成信息，主控模块控制充电对接模块分离，并控制关闭防护模块。

关闭时，只需按下操控端的关闭运行按钮，主控模块控制各模块停止工作，电源模块停止供电，运动模块停止运动，整体系统关闭。

装配关系：以主支架为基础，各个功能模块安装固定于其上。充电对接模块固定于最左侧，防护模块固定于充电对接装置上方位置；相邻的隔板上固定有4G路由器，旁边固定为主控模块；主控模块上方固定有电机驱动器；电机驱动器右侧固定为运动模块的电机，与主支架另一侧的运动模块相连，包含同步带轮、辅助轮、从动轮与同步带；电机右侧固定有电源模块，电机与电源模块中下方固定有高清成像模块；电源模块下方固定有语音模块；语音模块右侧固定有监拍模块（云台）；监拍模块（云台）右侧分别固定有监拍模块（抓拍机）与热成像模块，其中监拍模块（抓拍机）固定在热成像模块的上方；主支架最右侧固定有3D激光雷达与测速模块，其中3D激光雷达固定在测速模块上方。外壳固定在主支架外侧，覆盖于所有功能模块上。整体通过运动模块（导轮）与导轨进行连接，使其可沿导轨运行。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.隧道巡检机器人，其特征在于，包括导向装置（11）、安装座（12）以及设置于所述安装座（12）上的巡检装置，所述的巡检装置包括主控模块（1）和执行模块，所述的主控模块（1）与所述的执行模块电连接，所述的执行模块包括语音模块、通信模块、电源模块、充电对接模块、运动模块、防护模块、监拍模块、测速模块以及辅助模块，所述的巡检装置通过所述的运动模块能够沿着所述的导向装置（11）运动。

2.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的语音模块（2）包括内置喇叭以及内部存储模块。

3.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的通信模块包括4G信号发射器以及位置定位器。

4.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的电源模块包括锂电池（41）以及开关电源，所述的锂电池（41）固定设置在所述安装座（12）的中部。

5.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的运动模块包括电机（61）、同步带轮（62）、从动轮（63）、辅助轮（64）以及同步带（65），所述的电机（61）固定设置在所述安装座（12）的上表面，所述的同步带轮（62）、所述的从动轮（63）、所述的辅助轮（64）均安装于所述安装座（12）的下表面，所述电机（61）的输出轴穿过所述安装座（12）与所述的同步带轮（62）配合，并通过所述的同步带（65）带动所述的从动轮（63）和所述的辅助轮（64）沿所述的导向装置（11）运动。

6.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的防护模块设置于所述安装座（12）的端部，包括防护罩、转动机构、涡轮减速电机（73）、顶板（74）以及底板（75），所述的防护罩包括左罩壳（711）和右罩壳（712），所述的左罩壳（711）和所述的右罩壳（712）设于所述转动机构的两侧，所述的转动机构设置有两组，并位于所述顶板（74）与所述的底板（75）之间，包括中轴（721）、转拨杆（722）、涡轮（723）、扭矩限制盘（724），所述中轴（721）的底部通过轴承装设在所述的底板（75）上，所述中轴（721）的顶部穿过所述顶板（74）的安装孔后，分别活动插设在所述左罩壳（711）的左上安装座和所述右罩壳（712）的右上安装座内，所述的转拨杆（722）、所述的涡轮（723）以及所述的扭矩限制盘（724）由下至上装设在所述的中轴（721）上，所述涡轮（723）与所述涡轮减速电机（73）的输出轴啮合，所述转拨杆（722）的伸出端分别与所述左罩壳（711）的左后安装座和所述右罩壳（712）的右后安装座活动连接，所述的涡轮减速电机（73）设置于所述的底板（75）上，并位于所述转动机构的后侧，所述的转动机构能够在所述涡轮减速电机（73）的驱动下使所述的左罩壳（711）以及所述的右罩壳（712）完成打开或合拢动作。

7.根据权利要求6所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的充电对接模块设置于所述转动机构前侧的所述底板（75）上，包括对接公头（51）以及锁紧公头组件，所述的对接公头（51）与所述的锁紧公头组件相连接，所述的锁紧公头组件包括锁紧座（521）、电磁锁紧装置（522）以及第一感应装置（523）、第二感应装置（524），所述的锁紧座（521）内设置有相互垂直并联通的第一腔体和第二腔体，所述的电磁锁紧装置（522）插设在所述的第一腔体内，所述的第一感应装置（523）通过固定柱（5231）固定，并位于所述电磁锁紧装置（522）的顶部，所述的第二感应装置（524）固定设置于所述锁紧座（521）的后部，并与所述的第二腔体位置对应，所述的第二腔体用于与锁紧母头组件上的锁紧柱配合，当所述的对接公头（51）与插接母头插接时，所述的锁紧公头组件能够与插接母头上的锁紧母头组件配合实现对接锁紧。

8.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的监拍模块包括云台和抓拍机（81）。

9.根据权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述的测速模块为测速雷达（9）。

10.根据权利要求1所述的一种隧道巡检机器人，其特征在于，所述的辅助模块包括3D激光雷达（101）、高清成像组件（102）以及热成像组件（103）。