CN211761557U - 一种综合管廊巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种综合管廊巡检机器人，包括机器人本体及其控制系统，所述机器人本体包括所述机器人本体底部设置的麦克纳姆轮驱动机构，后部设置的灭火执行机构，前部设置的升降监测机构，以及左右侧部设置的蛇形探测机构,本实用新型涉及巡检机器人技术领域，通过本综合管廊巡检机器人，解决了目前传统的人工巡检的巡检人员负担，并且可以弥补综合管廊监控系统只能定点监控的缺陷,进一步提高综合管廊监控管理能力，另外，机器人上搭载多种气体传感器，对工作人员进入综合管廊维修提供了安全保障。

Description

一种综合管廊巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及巡检机器人技术领域，具体为一种综合管廊巡检机器人。

背景技术

综合管廊是将污水、电力、通讯、综合通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体的城市基础设施，是确保城市正常运作的重要保障。

目前，综合管廊大部分采用人工定期巡检并结合综合管廊监控系统反馈的监控报警信息，进行日常检测及维护。然而，综合管廊一般具有距离长、舱室多、检测项目复杂及环境恶劣等特点，人工巡检劳动强度大、效率低，且不利于巡检员的心理健康，此外，综合管廊监控视频只能做到定点局部监控，存在监控盲区，覆盖范围有限。

针对目前所存在的问题，设计一款综合管廊巡检机器人就十分有必要，基于现代传感技术、无线通信技术、图像采集处理技术及计算机技术等人工智能技术的综合管廊巡检机器人可以为综合管廊提供管道、设备、环境、火灾、安防监测及通信传输服务,保障综合管廊的安全运行和规范管理。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种综合管廊巡检机器人。综合管廊巡检机器人作为一种新型智能化巡检模式,可以有效减轻传统的人工巡检的巡检人员负担；作为一种移动式监控模式,又可以弥补综合管廊监控系统只能定点监控的缺陷,进一步提高综合管廊监控管理能力。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种综合管廊巡检机器人，包括机器人本体及其控制系统，所述机器人本体包括所述机器人本体底部设置的麦克纳姆轮驱动机构，后部设置的灭火执行机构，前部设置的升降监测机构，以及左右侧部设置的蛇形探测机构；

所述麦克纳姆轮驱动机构包括驱动伺服电机、麦克纳姆轮，可以实现360°无死角运动，实现在综合管廊内部的自由驱动行走；

所述灭火执行机构包括固定底盘、转台、机械臂底座，所述固定底盘固定于驱动机构底盘上，且与机械臂底座之间通过转台连接，驱动转台可以实现机械臂底座水平面内的旋转运动，所述机械臂底座由下至上依次设置有第一机械臂、第二机械臂和灭火系统，所述机械臂底座与第一机械臂之间通过第一伺服电机连接，用于驱动第一机械臂运动；所述第一机械臂与第二机械臂之间通过第二伺服电机连接，用于驱动第二机械臂运动；所述第二机械臂和灭火系统之间通过第三伺服电机连接，用于驱动灭火系统运动；所述灭火系统包括高压水喷头、支撑底座、高压水泵，该机构实现综合管廊的灭火功能；

所述升降监测机构包括固定基座、升降连杆、搭载平台、支撑座、监测装置，所述固定基座固定于驱动机构底盘上，且与升降连杆通过升降电机连接，所述搭载平台与升降连杆通过铆钉连接，所述支撑座与搭载平台通过固定于搭载平台上的第一驱动电机连接，用于实现监测装置在水平平面内的旋转运动，所述监测装置与支撑座通过第二驱动电机、第三驱动电机连接，用于实现监测装置在竖直平面内的旋转运动，通过配合运动，实现监测装置360°无死角检测；

所述蛇形探测机构包括蛇形上关节结构、蛇形下关节结构和微小型驱动电机，

蛇形上关节结构和蛇形下关节结构通过微小型驱动电机连接，通过微小型驱动电机运动，可以实现蛇形结构自由运动轨迹，从而完成复杂危险区域的近距离无死角探测；

所述控制系统包括软件系统，驱动机构，控制机构和感知机构。

进一步地，所述软件系统包括应用组件和通用组件。所述应用组件主要包括电力电气火灾监测、市政管网监测、煤气监测报警、运营管理、综合监控、视屏监控，主要用于数据的处理显示以及极限值设置后的报警等功能；所述通用组件包括运动控制和通讯模块，此组件都为整个系统中通用型组件，可以实现重复利用。

进一步地，所述驱动机构包括电机驱动器、伺服驱动电机和电源模块，通过控制机构的嵌入式CPU对电机驱动器的程序控制，实现伺服驱动电机的控制，整个机器人的电机控制均采用此驱动机构；所述电源模块用于对各用电模块的电源供应以及电压转换。

进一步地，所述控制机构包括嵌入式CPU，以及其上的可扩展模块，所述的可扩展模块包括A/D、D/A接口、IO接口、Ethernet接口、通讯接口，通过程序的嵌入实现机器人的运动控制。

进一步地，所述感知机构包括烟雾报警传感器、温湿度传感器、氧气监测传感器、可燃气体传感器、压力传感器、液位传感器、液体泄漏传感器、漏电流传感器、3D激光传感器、超声波传感器，通过控制机构可扩展模块各接口的连接，将采集数据传输至嵌入式CPU，数据经过处理后在软件系统的应用组件中进行应用。

进一步地，所述3D激光传感器用于地图扫描建立，结合导航模块，在建立地图后实现自动巡检。

进一步地，所述导航模块用于机器人路径规划以及定位导航。在一种较优的实施方式中，机器人导航系统采用GS-SR001激光导航模块，配置内部路径算法规划，机器人可以根据环境地图进行扫描，内部算法根据地图进行巡检路径规划，机器人根据规划路径运行，配合相应的自动控制系统，机器人根据所在位置，完成监测以及数据采集。

进一步地，所述超声波传感器用于机器人自动避障。

进一步地，所述机器人供电方面采用电池供电和分布式接触充电相结合的供电方式。管廊内每隔500m布置一个分布式充电点，采用220V供电电缆连接到充电站设备进行供电。机器人配备大容量锂电池，电池可以提供高达20A的电流供电系统，电池容量满足满负荷(充电一次)行走里程不低于8km。机器人锂电池电量低于预先设定的阈值或者一次巡检任务完成后，电源管理模块命令其就近寻找充电点充电，此外，机器人失去通信后可就近寻找充电点充电，以实现机器人在管廊中永不断电的功能。

所述综合管廊巡检机器人工作原理如下：机器人开始工作，通过对已采集数据进行分析并判断所处环境是否已经建立过地图；若没有建立地图则说明机器人是初次进入检测环境，机器人将沿巡检道路慢速前进，行进过程中扫描并建立管廊地图，并通过无线通讯模块将采集的数据上传至软件系统；后台处理器进行数据处理后，计算出合理的行进路线与行驶速度，将数据储存至数据库；若机器人所处巡检环境已经建立地图，将按照已经储存的巡检数据安排进行巡检；当在巡检过程中突发紧急情况时，内部算法对所采集的数据进行分析后并上传报警信息，相关信息将在显示界面进行信息展示，机器人内部算法自主判断能否对紧急情况自行处理；若不可自行进行处理，暂停巡检并对紧急情况进行实时跟踪监控；若可以对紧急情况进行处理，进行处理完成后判断是否解决问题；若未解决则暂停巡检对紧急情况进行跟踪监控，若已经解决，则继续未完成的巡检任务。

本实用新型的有益效益是：通过本综合管廊巡检机器人，解决了目前传统的人工巡检的巡检人员负担，并且可以弥补综合管廊监控系统只能定点监控的缺陷,进一步提高综合管廊监控管理能力，另外，机器人上搭载多种气体传感器，对工作人员进入综合管廊维修提供了安全保障。

附图说明

图1为本实用新型机器人整体技术框架图；

图2为本实用新型机器人整体结构示意图；

图3为本实用新型机器人灭火执行机构示意图；

图4为本实用新型机器人升降监测机构示意图；

图5为本实用新型机器人蛇形探测机构示意图；

图6为本实用新型机器人工作流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，以具体阐述本技术方案。

如图1至6所示，一种综合管廊巡检机器人，包括机器人本体及其控制系统，所述机器人本体包括所述机器人本体底部设置的麦克纳姆轮驱动机构41，后部设置的灭火执行机构42，前部设置的升降监测机构44，以及左右侧部设置的蛇形探测机构43；

所述麦克纳姆轮驱动机构41包括驱动伺服电机411、麦克纳姆轮412，可以实现360°无死角运动，实现在综合管廊内部的自由驱动行走；

所述灭火执行机构42包括固定底盘421、转台422、机械臂底座423，所述固定底盘421固定于驱动机构41底盘上，且与机械臂底座423之间通过转台422连接，驱动转台422可以实现机械臂底座水平面内的旋转运动，所述机械臂底座由下至上依次设置有第一机械臂425、第二机械臂427和灭火系统429，所述机械臂底座423与第一机械臂425之间通过第一伺服电机424连接，用于驱动第一机械臂425运动；所述第一机械臂425与第二机械臂427之间通过第二伺服电机426连接，用于驱动第二机械臂427运动；所述第二机械臂427和灭火系统429之间通过第三伺服电机428连接，用于驱动灭火系统运动；所述灭火系统包括高压水喷头4291、支撑底座4293、高压水泵4292，该机构实现综合管廊的灭火功能；

所述升降监测机构44包括固定基座441、升降连杆442、搭载平台443、支撑座444、监测装置445和446，所述固定基座441固定于驱动机构41底盘上，且与升降连杆442通过升降电机447连接，所述搭载平台443与升降连杆442通过铆钉连接，所述支撑座444与搭载平台443通过固定于搭载平台443上的第一驱动电机448连接，用于实现监测装置445和446在水平平面内的旋转运动，所述监测装置445和446与支撑座444通过第二驱动电机4491、第三驱动电机4492连接，用于实现监测装置445和446在竖直平面内的旋转运动，通过配合运动，实现监测装置360°无死角检测；

所述蛇形探测机构43包括蛇形上关节结构431、蛇形下关节结构432和微小型驱动电机433，蛇形上关节结构431和蛇形下关节结构432通过微小型驱动电机433连接，通过微小型驱动电机433运动，可以实现蛇形结构自由运动轨迹，从而完成复杂危险区域的近距离无死角探测，图示434为连接键槽，435为驱动连接啮合处；

所述控制系统包括软件系统1，驱动机构2，控制机构3和感知机构5。

所述软件系统1包括应用组件11和通用组件12。所述应用组件11主要包括电力电气火灾监测111、市政管网监测112、煤气监测报警113、运营管理114、综合监控115、视屏监控116，主要用于数据的处理显示以及极限值设置后的报警等功能；所述通用组件12包括运动控制121和通讯模块122，此组件都为整个系统中通用型组件，可以实现重复利用。

所述驱动机构2包括电机驱动器21、伺服驱动电机22和电源模块23，通过控制机构3的嵌入式CPU31对电机驱动器21的程序控制，实现伺服驱动电机22的控制，整个机器人的电机控制均采用此驱动机构；所述电源模块23用于对各用电模块的电源供应以及电压转换。

所述控制机构3包括嵌入式CPU31，以及其上的可扩展模块32，所述的可扩展模块32包括A/D、D/A接口321、IO接口322、Ethernet接口323、通讯接口324，通过程序的嵌入实现机器人的运动控制。

所述感知机构5包括烟雾报警传感器51、温湿度传感器52、氧气监测传感器53、可燃气体传感器54、压力传感器55、液位传感器56、液体泄漏传感器57、漏电流传感器58、3D激光传感器59、超声波传感器60，通过控制机构3可扩展模块32各接口的连接，将采集数据传输至嵌入式CPU31，数据经过处理后在软件系统1的应用组件11中进行应用。

所述3D激光传感器59用于地图扫描建立，结合导航模块，在建立地图后实现自动巡检。

所述导航模块用于机器人路径规划以及定位导航。在一种较优的实施方式中，机器人导航系统采用GS-SR001激光导航模块，配置内部路径算法规划，机器人可以根据环境地图进行扫描，内部算法根据地图进行巡检路径规划，机器人根据规划路径运行，配合相应的自动控制系统，机器人根据所在位置，完成监测以及数据采集。

所述超声波传感器60用于机器人自动避障。

所述机器人供电方面采用电池供电和分布式接触充电相结合的供电方式。管廊内每隔500m布置一个分布式充电点，采用220V供电电缆连接到充电站设备进行供电。机器人配备大容量锂电池，电池可以提供高达20A的电流供电系统，电池容量满足满负荷(充电一次)行走里程不低于8km。机器人锂电池电量低于预先设定的阈值或者一次巡检任务完成后，电源管理模块命令其就近寻找充电点充电，此外，机器人失去通信后可就近寻找充电点充电，以实现机器人在管廊中永不断电的功能。

所述综合管廊巡检机器人工作流程包括如下步骤：机器人开始工作，通过对已采集数据进行分析并判断所处环境是否已经建立过地图；若没有建立地图则说明机器人是初次进入检测环境，机器人将沿巡检道路慢速前进，行进过程中扫描并建立管廊地图，并通过无线通讯模块将采集的数据上传至软件系统；后台处理器进行数据处理后，计算出合理的行进路线与行驶速度，将数据储存至数据库；若机器人所处巡检环境已经建立地图，将按照已经储存的巡检数据安排进行巡检；当在巡检过程中突发紧急情况时，内部算法对所采集的数据进行分析后并上传报警信息，相关信息将在显示界面进行信息展示，机器人内部算法自主判断能否对紧急情况自行处理；若不可自行进行处理，暂停巡检并对紧急情况进行实时跟踪监控；若可以对紧急情况进行处理，进行处理完成后判断是否解决问题；若未解决则暂停巡检对紧急情况进行跟踪监控，若已经解决，则继续未完成的巡检任务。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，包括机器人本体及其控制系统，所述机器人本体包括所述机器人本体底部设置的麦克纳姆轮驱动机构，后部设置的灭火执行机构，前部设置的升降监测机构，以及左右侧部设置的蛇形探测机构；所述麦克纳姆轮驱动机构包括驱动伺服电机、麦克纳姆轮，可以实现360°无死角运动，实现在综合管廊内部的自由驱动行走；

所述灭火执行机构包括固定底盘、转台、机械臂底座，所述固定底盘固定于驱动机构底盘上，且与机械臂底座之间通过转台连接，驱动转台可以实现机械臂底座水平面内的旋转运动，所述机械臂底座由下至上依次设置有第一机械臂、第二机械臂和灭火系统，所述机械臂底座与第一机械臂之间通过第一伺服电机连接，用于驱动第一机械臂运动；所述第一机械臂与第二机械臂之间通过第二伺服电机连接，用于驱动第二机械臂运动；所述第二机械臂和灭火系统之间通过第三伺服电机连接，用于驱动灭火系统运动；所述灭火系统包括高压水喷头、支撑底座、高压水泵，该机构实现综合管廊的灭火功能；

所述升降监测机构包括固定基座、升降连杆、搭载平台、支撑座、监测装置，所述固定基座固定于驱动机构底盘上，且与升降连杆通过升降电机连接，所述搭载平台与升降连杆通过铆钉连接，所述支撑座与搭载平台通过固定于搭载平台上的第一驱动电机连接，用于实现监测装置在水平平面内的旋转运动，所述监测装置与支撑座通过第二驱动电机、第三驱动电机连接，用于实现监测装置在竖直平面内的旋转运动，通过配合运动，实现监测装置360°无死角检测；

所述蛇形探测机构包括蛇形上关节结构、蛇形下关节结构和微小型驱动电机，

蛇形上关节结构和蛇形下关节结构通过微小型驱动电机连接，通过微小型驱动电机运动，可以实现蛇形结构自由运动轨迹，从而完成复杂危险区域的近距离无死角探测；

所述控制系统包括软件系统，驱动机构，控制机构和感知机构。

2.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，所述软件系统包括应用组件和通用组件；所述应用组件主要包括电力电气火灾监测、市政管网监测、煤气监测报警、运营管理、综合监控、视屏监控，主要用于数据的处理显示以及极限值设置后的报警等功能；所述通用组件包括运动控制和通讯模块，此组件都为整个系统中通用型组件，可以实现重复利用。

3.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，所述驱动机构包括电机驱动器、伺服驱动电机和电源模块，通过控制机构的嵌入式CPU对电机驱动器的程序控制，实现伺服驱动电机的控制，整个机器人的电机控制均采用此驱动机构；所述电源模块用于对各用电模块的电源供应以及电压转换。

4.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，所述控制机构包括嵌入式CPU，以及其上的可扩展模块，所述的可扩展模块包括A/D、D/A接口、IO接口、Ethernet接口、通讯接口，通过程序的嵌入实现机器人的运动控制。

5.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，所述感知机构包括烟雾报警传感器、温湿度传感器、氧气监测传感器、可燃气体传感器、压力传感器、液位传感器、液体泄漏传感器、漏电流传感器、3D激光传感器、超声波传感器，通过控制机构可扩展模块各接口的连接，将采集数据传输至嵌入式CPU，数据经过处理后在软件系统的应用组件中进行应用。

6.根据权利要求5所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，所述3D激光传感器用于地图扫描建立，结合导航模块，在建立地图后实现自动巡检。

7.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，导航模块用于机器人路径规划以及定位导航。

8.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，超声波传感器用于机器人自动避障。

9.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人，其特征在于，所述机器人供电方面采用电池供电和分布式接触充电相结合的供电方式；管廊内每隔500m布置一个分布式充电点，采用220V供电电缆连接到充电站设备进行供电；机器人配备大容量锂电池，电池可以提供高达20A的电流供电系统，电池容量满足满负荷行走里程不低于8km。

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