CN211137141U - 隧道机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种隧道机器人。该方法包括：机器人主体；激光发射部，设置于机器人主体上，用于依据三维扫描要求向隧道发射多条激光；图像采集部，设置于机器人主体上，用于采集隧道的图像信息，其中，图像信息中包含上述多条激光接触到物体后的反射光线；三维模型生成部，设置于机器人主体内，三维模型生成部与图像采集部通讯连接，以获取图像采集部所采集的图像信息，并依据图像信息建立隧道内的三维模型。通过本申请，解决了相关技术中工作人员对隧道的勘察工作难度较高、条件较差的问题。

Description

隧道机器人

技术领域

本申请涉及隧道勘探领域，具体而言，涉及一种隧道机器人。

背景技术

目前，对于隧道内的物体状态常常为人为勘察，即，由工作人员深入隧道中以对隧道内的进行勘察工作，以便工作人员能准确掌握隧道内的详细信息，进而服务于设计工作、施工工作和运维工作。但是，工作人员在进行上述勘察处理时，工作压力大、工作环境差，且容易出现意外事故，进而导致人工成本过高的难题。

针对相关技术中工作人员对隧道的勘察工作难度较高、条件较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请提供一种隧道机器人，以解决相关技术中工作人员对隧道的勘察工作难度较高、条件较差的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种隧道机器人。该隧道机器人包括：机器人主体；激光发射部，设置于所述机器人主体上，用于依据三维扫描要求向隧道发射多条激光；图像采集部，设置于所述机器人主体上，用于采集所述隧道的图像信息，其中，所述图像信息中包含上述多条激光接触到物体后的反射光线；三维模型生成部，设置于所述机器人主体内，所述三维模型生成部与所述图像采集部通讯连接，以获取所述图像采集部所采集的图像信息，并依据所述图像信息建立所述隧道内的三维模型。

可选的，所述隧道机器人还包括运动部，所述运动部设置于所述机器人主体的上方，用于驱动所述机器人主体行驶，其中，所述运动部与设置于隧道顶的移动导轨滑动连接。

可选的，所述激光发射部包括方位调节件和激光发射件，所述激光发射件与所述方位调节件相连接，所述方位调节件用于调节所述激光发射件所发射光线的发送方向，以令所述激光发射部依据三维扫描要求向隧道发射多条激光。

可选的，所述三维模型生成部还用于：根据所述图像信息中所包含的所述多条激光接触到物体后的反射光线，确定所述隧道内被所述激光接触到的物体的信息，并依据所述物体的信息建立所述隧道内的三维模型。

可选的，所述物体的信息包括：所述物体表面的水平方向、天顶距、斜距、反射强度和色彩灰度。

可选的，所述隧道机器人还包括地理定位部和运动定位部，其中，所述地理定位部用于获取所述隧道机器人的地理定位信息，所述运动定位部用于获取所述隧道机器人的运动定位信息。

可选的，地理定位部为GPS装置。

可选的，运动定位部为陀螺仪。

可选的，运动定位信息包括以下至少之一：位置、速度、航向和水平姿态。

可选的，所述三维模型生成部还与所述地理定位部、所述运动定位部连接，以获取所述地理定位信息和所述运动定位信息，并依据所述图像信息、所述地理定位信息和所述运动定位信息生成所述隧道内的空间位置曲线模型。

通过本申请，在机器人主体上设置激光发射部、图像采集部、三维模型生成部，以便隧道机器人可以通过激光发射部向隧道内部发射多条激光，此时，隧道机器人通过图像采集部采集多条激光经由隧道内部物体反射回的反射光线，进而令三维模型生成部依据图像采集部所采集到的数据信息，生成隧道内的三维模型，以便使用隧道机器人代替工作人员对隧道内部进行勘察工作，解决了工作人员对隧道的勘察工作难度较高、条件较差的问题。实现了工作人员仅需在隧道外控制隧道机器人对隧道内环境进行扫描处理，即可得到隧道内部的三维模型。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的隧道机器人的外形示意图

图2是根据本申请实施例提供的隧道机器人的构造联系示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、机器人主体；30、激光发射部；50、图像采集部；70、三维模型生成部；90、运动部。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

如图1和2所示，本发明的实施例提供了一种隧道机器人，具体的，该隧道机器人包含：机器人主体10、激光发射部30、图像采集部50和三维模型生成部70。

其中，激光发射部30设置于机器人主体10上，用于依据三维扫描要求向隧道发射多条激光；图像采集部50设置于机器人主体10上，用于采集隧道的图像信息，其中，图像信息中包含上述多条激光接触到物体后的反射光线；三维模型生成部70设置于机器人主体10内，三维模型生成部70与图像采集部50通讯连接，以获取图像采集部50所采集的图像信息，并依据图像信息建立隧道内的三维模型。

也即，应用本实施例的技术方案，在机器人主体10上设置激光发射部30、图像采集部50、三维模型生成部70，以便隧道机器人可以通过激光发射部30向隧道内部发射多条激光，此时，隧道机器人通过图像采集部50采集多条激光经由隧道内部物体反射回的反射光线，进而令三维模型生成部70依据图像采集部50所采集到的数据信息，生成隧道内的三维模型，以便使用隧道机器人代替工作人员对隧道内部进行勘察工作，解决了工作人员对隧道的勘察工作难度较高、条件较差的问题。实现了工作人员仅需在隧道外控制隧道机器人对隧道内环境进行扫描处理，即可得到隧道内部的三维模型。

需要说明的是：隧道机器人基于扫描技术得到的隧道内部的三维模型的数据精准度，远高于人工勘察所得到的信息数据。

可选的，激光发射部30包括方位调节件和激光发射件，激光发射件与方位调节件相连接，方位调节件用于调节激光发射件所发射光线的发送方向，以令激光发射部30依据三维扫描要求向隧道发射多条激光。

可选的，三维模型生成部70还用于：根据图像信息中所包含的多条激光接触到物体后的反射光线，确定隧道内被激光接触到的物体的信息，并依据物体的信息建立隧道内的三维模型。

可选的，物体的信息包括：物体表面的水平方向、天顶距、斜距、反射强度和色彩灰度。

可选的，上述激光发射件所发射的多条激光的精度为毫米级别。

可选的，上述隧道机器人可以采集与该隧道机器人距离为100米范围内的物体信息。

需要说明的是：本实施例的技术方案中的隧道机器人所采用的基本原理为激光测距原理。具体的，激光发射部30发射多条激光至隧道内部，图像采集部50采集多条激光照射到隧道内部物体后再反射回来的反射光线，此时，基于该发射光线确定测量系统(隧道机器人)与被测物体之间的相对位置。

需要说明的是：如图1所示，隧道机器人还包括可以运动部90，该运动部90设置于机器人主体10的上方，用于驱动所述机器人主体10行驶，其中，所述运动部90与设置于隧道顶的移动导轨滑动连接。也即，该隧道机器人是采用倒挂移动模式，通过设置于机器人主体10上方的运动部90，与设置于隧道顶的滑动导轨滑动连接，避免了隧道机器人干扰隧道的正常使用；同时，采用轨道运动的模式，增加了隧道机器人的移动稳定性，提高了隧道机器人建立隧道内的三维模型的精准程度。

此时，隧道机器人可以基于该运动部90和方位调节件对扫描范围进行调整，以便对隧道内的全部物体进行快速精准扫描测量，以获取激光所接触的所有物体的信息，其中，该物体的信息包含：物体表面的水平方向、天顶距、斜距、反射强度和色彩灰度。

需要说明的是：三维模型生成部70可以通过对上述物体的信息进行数据化处理，得到真实物体表面的空间采样点的数据信息(即，物体的点云数据)，此时，基于物体表面的空间采样点的数据信息建立隧道内的三维模型。具体的，三维模型生成部70可以通过将物体表面的空间采样点的数据信息导入至三维设计软件，以获取隧道内的三维模型。

可选的，三维模型生成部70还用于：存储上述物体的信息(物体表面的水平方向、天顶距、斜距、反射强度和色彩灰度)。

需要说明的是：本实施例的技术方案中的隧道机器人通过对隧道内的物体信息进行数据扫描，采集到隧道内的电缆线路信息(如，回路数)、电缆通道信息(如，支架层数、层高、孔距)，实现了代替人工现场勘察，以确知隧道内的事故现场信息(如，事故范围、涉及回路数、故障点相对于本体的位置、故障点的尺寸)的技术效果。

此外，隧道机器人最后所建立的隧道内的三维模型作为二次设计的原始数据资料，实现了二维平面设计到三维立体设计的转变。

可选的，隧道机器人还包括地理定位部和运动定位部，其中，地理定位部用于获取隧道机器人的地理定位信息，运动定位部用于获取隧道机器人的运动定位信息。

在一个可选的示例中，地理定位部为GPS装置。

在一个可选的示例中，运动定位部为陀螺仪。

也即，本实施例的技术方案中的隧道机器人通过使用GPS定位加陀螺仪定位的方式，使隧道机器人具备在隧道精准定位的功能。通过GPS系统和GIS地图系统，可以进行隧道机器人的自身定位和对巡检路径的定位，并在GIS地图上显示。陀螺仪能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，生成基于x、y、z三维坐标的地下管线空间位置曲线图，获取整条管线的平面信息和高程信息，形成完整、精确的管线资料。

需要说明的是：上述陀螺仪的基本工作原理为：在不受外力影响时，旋转物体的旋转轴所指的方向是不会改变的。具体的，陀螺仪和加速度计分别测量定位仪的相对惯性空间的3个转角速度和3个线加速度沿定位仪坐标系的分量，经过坐标变换，把加速度信息转化为导航坐标系的加速度，并计算出定位仪的位置、速度、航向和水平姿态；此时，再结合起点和终点的坐标进行计算，得到定位仪运动的空间轨迹。

需要说明的是：上述陀螺仪具备以下技术优势：定位精度高且数据连续、测量不受地形限制、不受深度限制、不受电磁干扰、适合于任何材质的地下管道、自动生成三维空间曲线图，且与GIS无缝兼容。

在一个可选的示例中，运动定位信息包括以下至少之一：位置、速度、航向和水平姿态。

最后，基于隧道机器人还包括地理定位部和运动定位部，三维模型生成部70还可以与地理定位部、运动定位部连接，以获取地理定位信息和运动定位信息，并依据图像信息、地理定位信息和运动定位信息生成隧道内的空间位置曲线模型。

需要说明的是：由于隧道机器人具备运行部，因此，隧道机器人可以在隧道内自如运动，此时，令隧道机器人的三维模型生成部70与该地理定位部、运动定位部连接，使得三维模型生成部70在建立隧道内的三维模型(空间位置曲线模型)时，可以参考隧道机器人的运动轨迹(地理定位信息和运动定位信息)对该三维模型进行一些数据调整，进而获取到更为准确的三维模型。

此时，隧道机器人还达到辅助运检人员精确定位巡检，以及辅助建设施工人员进行竣工测量等技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种隧道机器人，其特征在于，包括：

机器人主体(10)；

激光发射部(30)，设置于所述机器人主体(10)上，用于依据三维扫描要求向隧道发射多条激光；

图像采集部(50)，设置于所述机器人主体(10)上，用于采集所述隧道的图像信息，其中，所述图像信息中包含上述多条激光接触到物体后的反射光线；

三维模型生成部(70)，设置于所述机器人主体(10)内，所述三维模型生成部(70)与所述图像采集部(50)通讯连接，以获取所述图像采集部(50)所采集的图像信息，并依据所述图像信息建立所述隧道内的三维模型。

2.根据权利要求1所述的隧道机器人，其特征在于，所述隧道机器人还包括运动部(90)，所述运动部(90)设置于所述机器人主体(10)的上方，用于驱动所述机器人主体(10)行驶，其中，所述运动部(90)与设置于隧道顶的移动导轨滑动连接。

3.根据权利要求1所述的隧道机器人，其特征在于，所述激光发射部(30)包括方位调节件和激光发射件，所述激光发射件与所述方位调节件相连接，所述方位调节件用于调节所述激光发射件所发射光线的发送方向，以令所述激光发射部(30)依据三维扫描要求向隧道发射多条激光。

4.根据权利要求1所述的隧道机器人，其特征在于，所述三维模型生成部(70)还用于：根据所述图像信息中所包含的所述多条激光接触到物体后的反射光线，确定所述隧道内被所述激光接触到的物体的信息，并依据所述物体的信息建立所述隧道内的三维模型。

5.根据权利要求4所述的隧道机器人，其特征在于，所述物体的信息包括：所述物体表面的水平方向、天顶距、斜距、反射强度和色彩灰度。

6.根据权利要求2所述的隧道机器人，其特征在于，所述隧道机器人还包括地理定位部和运动定位部，其中，所述地理定位部用于获取所述隧道机器人的地理定位信息，所述运动定位部用于获取所述隧道机器人的运动定位信息。

7.根据权利要求6所述的隧道机器人，其特征在于，地理定位部为GPS装置。

8.根据权利要求6所述的隧道机器人，其特征在于，运动定位部为陀螺仪。

9.根据权利要求6所述的隧道机器人，其特征在于，运动定位信息包括以下至少之一：位置、速度、航向和水平姿态。

10.根据权利要求6所述的隧道机器人，其特征在于，所述三维模型生成部(70)还与所述地理定位部、所述运动定位部连接，以获取所述地理定位信息和所述运动定位信息，并依据所述图像信息、所述地理定位信息和所述运动定位信息生成所述隧道内的空间位置曲线模型。

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