CN219013842U - 隧道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种隧道巡检机器人，属于隧道巡检设备技术领域，包括导轨和安装于导轨上的机器人本体；机器人本体包括壳体、行走单元、云台单元以及供电单元；行走单元包括两个对称设于导轨两侧的驱动轮，驱动轮连接有驱动电机，驱动轮贴合于导轨并沿导轨的长度方向滑动；供电单元包括设于壳体内的电池和设于壳体外侧的充电器，充电器与电池连接，充电器的端部具有充电插头；导轨的端部设有充电桩，充电桩上具有与充电插头插接配合的充电座。本实用新型提供的隧道巡检机器人，可代替人工完成隧道巡检作业，在机器人本体上设置充电单元，实现了机器人本体的自动充电和机器人本体长时间、远距离运行，提高了巡检质量和效率。

Description

隧道巡检机器人

技术领域

本实用新型属于隧道巡检设备技术领域，更具体地说，是涉及一种隧道巡检机器人。

背景技术

在隧道建设中，需大量使用全断面掘进机等机器设备进行掘进作业，而连续皮带机是实现稳定、高效、安全出碴的关键装备。由于长距离、高海拔、低压、缺氧等因素，依托人工进行连续皮带机巡检效率低、精度差且耗费不菲。同时皮带机托辊是种极易损耗的零部件，时常出现缺油磨损、断轴、掉皮等问题，托辊的故障有可能导致皮带跑偏，以至磨损、撕裂、堵料、漏料，皮带与机架剧烈摩擦使皮带软化、烧焦甚至发生火灾，造成突发停机停产，甚至更严重的生产安全事故。传统的工业运维手段，对托辊工作状态的检测通常以人工巡检的方式进行，这就存在着诸如巡检效率低、可靠性差、人员安全没保障、设备数据信息采集不完备等弊端。

随着智能化技术的发展，视频监控手段逐渐被广泛应用，但由于大部分工况环境较为恶劣，视频设备受煤末、粉尘堆积，能见度低的条件限制，并不能有效对长距离的隧道进行监控作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道巡检机器人，旨在实现对长距离隧道的巡检作业。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种隧道巡检机器人，包括：导轨和安装于所述导轨上的机器人本体；所述机器人本体包括壳体、行走单元、云台单元以及供电单元；所述行走单元包括两个对称设于所述导轨两侧的驱动轮，所述驱动轮连接有驱动电机，所述驱动轮贴合于所述导轨并沿所述导轨的长度方向滑动；所述云台单元包括设于所述壳体内的云台和设于所述云台上的热成像网络摄像机；所述供电单元包括设于所述壳体内的电池和设于所述壳体外侧的充电器，所述充电器与所述电池连接，所述充电器的端部具有充电插头；所述导轨的端部设有充电桩，所述充电桩上具有与所述充电插头插接配合的充电座。

作为本申请另一实施例，所述行走单元还包括：

两个端板，两个所述端板分别位于所述导轨的两侧；两个所述驱动轮分别安装在两个所述端板上；

所述端板远离所述驱动轮的一侧设有电机座，所述驱动电机设于所述电机座上且所述驱动电机的输出端贯穿所述端板连接所述驱动轮。

作为本申请另一实施例，所述端板包括：

纵向板，所述纵向板的上端固定于所述壳体的顶板上，所述纵向板位于所述导轨的一侧；所述驱动轮安装于所述纵向板上；

横向板，所述横向板垂直连接所述纵向板的下端并朝向远离所述导轨的一侧水平延伸，所述电机座设于所述横向板的上端。

作为本申请另一实施例，所述行走单元还包括成对设于所述导轨两侧的从动轮，所述从动轮转动设于所述纵向板上并与所述驱动轮间隔设置。

作为本申请另一实施例，所述行走单元还包括至少两个间隔设于所述纵向板靠近所述导轨一侧的纠偏轮组件，所述纠偏轮组件包括：

安装座，所述安装座内转动安装有纠偏轮，所述纠偏轮贴合于所述导轨的侧壁；

纠偏支杆，所述纠偏支杆贯穿所述安装座并连接在所述纵向板上；所述纠偏支杆的端部具有限位部，所述限位部贴合在所述安装座上；

纠偏弹簧，所述纠偏弹簧套设于所述纠偏支杆的外侧，所述纠偏弹簧的两端分别抵在所述安装座和所述纵向板上。

作为本申请另一实施例，所述电池固定于所述横向板的下端，所述横向板的下端还连接有四个挂板，四个所述挂板分别位于所述电池的四周；四个所述挂板用于固定所述云台及控制组件。

作为本申请另一实施例，其中一个所述挂板连接有支撑板，所述支撑板延伸至所述壳体的外侧；所述充电器固定于所述支撑板上。

作为本申请另一实施例，所述导轨的端部设有固定座，所述充电桩安装在所述固定座上。

作为本申请另一实施例，所述壳体的一侧开设有窗口，所述窗口对应于所述云台和所述热成像网络摄像机。

作为本申请另一实施例，所述壳体的下端设有百叶箱体，所述壳体的内腔与所述百叶箱体的内腔连通，所述百叶箱体的侧壁上开设有百叶窗。

本实用新型提供的隧道巡检机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型隧道巡检机器人，可代替人工完成隧道巡检作业，极大降低恶劣环境下巡检所需的人力物力，在机器人本体上设置充电单元，实现了机器人本体的自动充电和机器人本体长时间、远距离运行，提高了巡检质量和效率，降低工程成本，大幅度提高了隧道施工的安全性和工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的隧道巡检机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的机器人本体的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的机器人本体的透视图；

图4为本实用新型实施例提供的机器人本体的俯视图；

图5为图4中A-A线的剖视图；

图6为图4中B-B线的剖视图。

图中：10、导轨；11、吊柱；12、固定座；13、充电桩；

20、壳体；21、充电器；22、支撑板；23、窗口；

30、纵向板；31、驱动轮；32、从动轮；33、纠偏轮；34、纠偏支杆；35、纠偏弹簧；36、横向板；37、驱动电机；38、联轴器；

40、热成像网络摄像机；41、云台；42、挂板；43、控制组件；44、电池；45、百叶箱体。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1至图6，现对本实用新型提供的隧道巡检机器人进行说明。所述隧道巡检机器人，包括导轨10和安装于导轨10上的机器人本体；机器人本体包括壳体20、行走单元、云台单元以及供电单元；行走单元包括两个对称设于导轨10两侧的驱动轮31，驱动轮31连接有驱动电机37，驱动轮31贴合于导轨10并沿导轨10的长度方向滑动；云台单元包括设于壳体20内的云台41和设于云台41上的热成像网络摄像机40；供电单元包括设于壳体20内的电池44和设于壳体20外侧的充电器21，充电器21与电池44连接，充电器21的端部具有充电插头；导轨10的端部设有充电桩13，充电桩13上具有与充电插头插接配合的充电座。

本实用新型提供的隧道巡检机器人，与现有技术相比，导轨10固定在隧道的上部，机器人本体可移动安装在导轨10上并沿导轨10的长度方向来回滑动，以实现对隧道的巡回检测。

机器人本体的两个驱动轮31分别位于导轨10的两侧，驱动轮31在驱动电机37的作用下在导轨10上滑动以带动机器人本体沿导轨10往复行走，保障完成输送机沿线巡检作用的行走系统。

此外，在壳体20内还安装有云台41和云台41上的热成像网络摄像机40，以获取沿线巡检数据并将数据传输至平台上，以及获取控制指令。

为保证巡检工作以及云台单元的正常运行，在壳体20内安装有电池44以及充电器21，电池44连接有云台41以及热成像网络摄像机40用于对云台单元进行供电。充电器21的端部设有充电插头，充电插头与导轨10端部的充电桩13上的充电座配合，以实现对电池44的充电，保障机器人本体长时间、远距离运动以及机器人本体自动充电的稳定与安全。在导轨10的端部设置充电桩13，并采用带接触监测的滑触式安全充电，充电设备能够应用于潮湿粉尘环境中。当不充电时，充电插头和充电座完全不带电，保证安全；电量充满后，机器人本体自动恢复至之前的工作状态，可保证连续运行和快速响应。目前对于充电桩13可选用功率为200w的拓达伺服电机，电池44可选用工作电压为24V、容量为80A*h的磷酸铁锂电池44。

本实用新型提供的隧道巡检机器人，可代替人工完成隧道巡检作业，极大降低恶劣环境下巡检所需的人力物力，在机器人本体上设置充电单元，实现了机器人本体的自动充电和机器人本体长时间、远距离运行，提高了巡检质量和效率，降低工程成本，大幅度提高了隧道施工的安全性和工作效率。

具体地，导轨10为工字型轨道，导轨10的上端间隔设有多个吊柱11，吊柱11的上端借助膨胀螺栓固定在隧道的顶部。导轨10和吊柱11通过螺栓连接。

行走单元可选用125*38mm的聚氨酯驱动轮31、减速比为10的直角减速器以及高精度的梅花联轴器38。

机器人本体设计行走速度为1.5m/s，可在两个小时内完成对五公里长隧道的巡回检测。在机器人本体的壳体20内还设置有定位系统，定位系统可采用精准里程定位(RFID)和电机自带编码器辅助定位，实时上传自身位置信息。

此外，机器人本体的巡检过程中，需要对隧道内的环境数据进行检测和传输，其移动平台通信数据包括控制指令、传感器数据、可见光与热成像数据。由于不同数据需依据数据特点选用合适传输方式，控制指令和传感器数据要求数据稳定可靠，因此该部分数据使用TCP连接；可见光成像图像数据量巨大，要求延迟小，画面流畅、帧率高，因此选用UDP连接。差错控制技术可以有效减少数据出错，对于巡检系统控制指令来说，数据量较少，对可靠要求极高，因此机器人本体选用可靠性要求较高的差错控制技术。目前常用的差错控制方式主要有以四种：检错重发、信息反馈、前向纠错、混合纠错。

为保证数据检测的准确性，在机器人本体内设有云台41和热成像网络摄像机40以及其他控制模块，如向日葵方舟。依据网络等传输方式实现通过移动平台控制机器人本体进行检测工作和数据获取。

具体地，双视云台41可以观察下部皮带和托辊等外部状况、监测设备的温度，防止温度过高烧损输送设备，及时起到预警作用，从而减少或避免皮带输送机事故发生。

除此之外，在机器人本体的壳体20内还设有便携式工业相机、红外热像设备、温度传感器，湿度传感器、氧气含量传感器、烟雾传感器、有害气体传感器和距离传感器等多视觉、多传感器装置。多源传感器对巡航路线上温度、湿度、含氧量以及一氧化碳、烟雾等有害气体进行环境参数监测，增强音频信息识别的准确性和可靠性。红外成像作为一种先进的在线故障检测技术，能够以远距离、不停电、不取样、不接触、不解体的方式对隧道施工时的皮带机及隧道内部的表面温度和红外辐射进行采集成像，实现对隧道的实时状态监测和故障诊断。热成像网络摄像机40采用红外成像的原理，收集现场设备运行声音，更加有利于判断设备的故障。

在一些可能的实施例中，请参阅图3及图5，行走单元还包括两个端板，两个端板分别位于导轨10的两侧；两个驱动轮31分别安装在两个端板上；端板远离驱动轮31的一侧设有电机座，驱动电机37设于电机座上且驱动电机37的输出端贯穿端板连接驱动轮31。

在导轨10的两侧分别设置有一个端板，端板的上端连接壳体20，端板用于固定驱动电机37和驱动轮31。

具体地，端板包括垂直连接的纵向板30和横向板36；其中纵向板30沿竖直方向设置，纵向板30的上端通过螺栓固定在壳体20的顶板上，纵向板30位于导轨10的一侧，纵向板30的下端连接横向板36，横向板36向远离导轨10的一侧延伸。

纵向板30平行与工字型导轨10的中间纵板，纵向板30上转动安装有驱动轮31，驱动轮31的下端贴合在导轨10的下端板上，驱动轮31在导轨10的下端板上行走。

横向板36平行于导轨10的下端板，横向板36的上端面设有电机座，驱动电机37和联轴器38均固定在电机座上，驱动电机37的输出端连接驱动轮31，以驱动该驱动轮31转动。横向板36与纵向板30之间还设有加强筋，加强筋沿壳体20的长度方向间隔设有多个。

在一些可能的实施例中，请参阅图2至图5，行走单元还包括成对设于导轨10两侧的从动轮32，从动轮32转动设于纵向板30上并与驱动轮31间隔设置。

在纵向板30上还转动安装有从动轮32，从动轮32与驱动轮31沿壳体20的长度方向间隔设置，从动轮32的外径与驱动轮31的外径一致。从动轮32贴合于导轨10的下端板转动，配合驱动轮31以实现壳体20的平衡。

从动轮32对称设置在导轨10的两侧，以维持壳体20的平衡。

在一些可能的实施例中，请参阅图2至图5，行走单元还包括至少两个间隔设于纵向板30靠近导轨10一侧的纠偏轮组件，纠偏轮组件包括安装座、纠偏支杆34以及纠偏弹簧35；安装座内转动安装有纠偏轮33，纠偏轮33贴合于导轨10的侧壁；纠偏支杆34贯穿安装座并连接在纵向板30上；纠偏支杆34的端部具有限位部，限位部贴合在安装座上；纠偏弹簧35套设于纠偏支杆34的外侧，纠偏弹簧35的两端分别抵在安装座和纵向板30上。

在纵向板30上还设有至少两组纠偏轮33，两个纵向板30上的纠偏轮33分别抵在导轨10的中间纵板的两侧。

纠偏支杆34为螺栓，螺栓贯穿安装座上的安装孔，螺栓带有螺帽的一侧抵在安装座上；螺栓具有螺纹的一端借助螺帽固定在纵向板30上。在螺栓上套设有纠偏弹簧35，纠偏弹簧35的两端分别抵在纵向板30和安装座上，纠偏弹簧35处于压缩状态。

在安装座上安装有纠偏轮33，纠偏轮33贴合在导轨10的中间纵板上。当机器人本体偏斜时，对应的纠偏轮33受到挤压驱动安装座沿纠偏支杆34移动，以挤压纠偏弹簧35；在受到纠偏弹簧35的反弹力后，安装座和纵向板30均受到一个反向的推动力，以协助机器人本体恢复直线状态，实现纠偏；进而保证机器人本体运行的平稳性。

在一些可能的实施例中，请参阅图2至图5，电池44固定于横向板36的下端，横向板36的下端还连接有四个挂板42，四个挂板42分别位于电池44的四周；四个挂板42用于固定云台41及控制组件43。

电池44固定于横向板36的下端，电池44的四周环设有四个挂板42，挂板42的上端均与横向板36螺栓连接。挂板42保护电池44的同时，用于固定云台41以及其他的控制组件43，如向日葵方舟、工控机、PLC、伺服驱动器等。

具体地，其中一个挂板42连接有支撑板22，支撑板22延伸至壳体20的外侧；充电器21固定于支撑板22上。

支撑板22固定在挂板42的下端，支撑板22为L形，支撑板22向外延伸至壳体20的外侧。在支撑板22上固定有充电器21以及充电线，且支撑板22的端部固定有充电器21的充电插头。

对应的，在导轨10的端部设有固定座12，固定座12的上端通过螺栓固定在导轨10上，固定座12的下端连接有充电桩13。在充电桩13靠近机器人本体的一侧留设有充电座，充电座与充电插头插接配合。当机器人本体的电池44缺电时，机器人本体移动至导轨10的端部，并使其外侧的充电插头插接至充电座内，以实现对电池44的充电。

在一些可能的实施例中，请参阅图2及图3，壳体20的一侧开设有窗口23，窗口23对应于云台41和热成像网络摄像机40。

为便于对隧道内的环境进行摄像，在壳体20上开设有窗口23，以保证热成像网络摄像机40能够直接拍摄隧道内的实时环境。

在壳体20的下端也开设有通风口，为便于电池44的散热，在该通风口处设有百叶箱体45，百叶箱体45固定在壳体20的底板上，且百叶箱体45的内腔与壳体20的内腔连通，百叶箱体45的侧壁上开设有百叶窗。在移动中，通过百叶箱体45与壳体20内腔的换热提高了对壳体20内的电池44以及其他控制组件43的散热。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.隧道巡检机器人，其特征在于，包括：导轨(10)和安装于所述导轨(10)上的机器人本体；所述机器人本体包括壳体(20)、行走单元、云台单元以及供电单元；所述行走单元包括两个对称设于所述导轨(10)两侧的驱动轮(31)，所述驱动轮(31)连接有驱动电机(37)，所述驱动轮(31)贴合于所述导轨(10)并沿所述导轨(10)的长度方向滑动；所述云台单元包括设于所述壳体(20)内的云台(41)和设于所述云台(41)上的热成像网络摄像机(40)；所述供电单元包括设于所述壳体(20)内的电池(44)和设于所述壳体(20)外侧的充电器(21)，所述充电器(21)与所述电池(44)连接，所述充电器(21)的端部具有充电插头；所述导轨(10)的端部设有充电桩(13)，所述充电桩(13)上具有与所述充电插头插接配合的充电座。

2.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述行走单元还包括：

两个端板，两个所述端板分别位于所述导轨(10)的两侧；两个所述驱动轮(31)分别安装在两个所述端板上；

所述端板远离所述驱动轮(31)的一侧设有电机座，所述驱动电机(37)设于所述电机座上且所述驱动电机(37)的输出端贯穿所述端板连接所述驱动轮(31)。

3.如权利要求2所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述端板包括：

纵向板(30)，所述纵向板(30)的上端固定于所述壳体(20)的顶板上，所述纵向板(30)位于所述导轨(10)的一侧；所述驱动轮(31)安装于所述纵向板(30)上；

横向板(36)，所述横向板(36)垂直连接所述纵向板(30)的下端并朝向远离所述导轨(10)的一侧水平延伸，所述电机座设于所述横向板(36)的上端。

4.如权利要求3所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述行走单元还包括成对设于所述导轨(10)两侧的从动轮(32)，所述从动轮(32)转动设于所述纵向板(30)上并与所述驱动轮(31)间隔设置。

5.如权利要求3所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述行走单元还包括至少两个间隔设于所述纵向板(30)靠近所述导轨(10)一侧的纠偏轮组件，所述纠偏轮组件包括：

安装座，所述安装座内转动安装有纠偏轮(33)，所述纠偏轮(33)贴合于所述导轨(10)的侧壁；

纠偏支杆(34)，所述纠偏支杆(34)贯穿所述安装座并连接在所述纵向板(30)上；所述纠偏支杆(34)的端部具有限位部，所述限位部贴合在所述安装座上；

纠偏弹簧(35)，所述纠偏弹簧(35)套设于所述纠偏支杆(34)的外侧，所述纠偏弹簧(35)的两端分别抵在所述安装座和所述纵向板(30)上。

6.如权利要求3所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述电池(44)固定于所述横向板(36)的下端，所述横向板(36)的下端还连接有四个挂板(42)，四个所述挂板(42)分别位于所述电池(44)的四周；四个所述挂板(42)用于固定所述云台(41)及控制组件(43)。

7.如权利要求6所述的隧道巡检机器人，其特征在于，其中一个所述挂板(42)连接有支撑板(22)，所述支撑板(22)延伸至所述壳体(20)的外侧；所述充电器(21)固定于所述支撑板(22)上。

8.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述导轨(10)的端部设有固定座(12)，所述充电桩(13)安装在所述固定座(12)上。

9.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述壳体(20)的一侧开设有窗口(23)，所述窗口(23)对应于所述云台(41)和所述热成像网络摄像机(40)。

10.如权利要求1所述的隧道巡检机器人，其特征在于，所述壳体(20)的下端设有百叶箱体(45)，所述壳体(20)的内腔与所述百叶箱体(45)的内腔连通，所述百叶箱体(45)的侧壁上开设有百叶窗。

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