CN109262630A - 一种公路隧道养护机器人及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路隧道养护机器人及其实施方法，用于公路隧道的日常巡检、机电设施清洁、病害长期监测。本发明提供的包括公路隧道养护机器人固定导向***、电气通信***和机器人***，特别是，机器人***的车辆识别器用于检测附近是否有车辆，进而控制机器人可否工作；机器人***的机械臂为一个由两个转动副构成的串联机械手，用以控制末端执行装置空间位姿；末端执行装置安装有监控装置、清洁装置和监测装置，用以实现隧道智能养护工作。

Description

一种公路隧道养护机器人及其实施方法

技术领域

本发明属于智能交通辅助设备技术领域，特别涉及一种公路隧道养护机器人及其实施方法，用于公路隧道的日常巡检、机电设施清洁、病害长期监测。

技术背景

随着交通事业的迅猛发展，大量高速公路隧道投入建设和运营管理。截止2017年底，全国公路隧道共有16229处、总里程1528.51万米，其中特长隧道902处、总里程401.32万米；长隧道3841处、总里程659.93万米。因此，未来相当一段时间内，我国将面临大量隧道需要定期维护、保养的现状。

在日常运行管理中，隧道中的通行状态主要通过人工巡查、车辆巡查和视频监控轮巡进行现场监控。由于存在的时间间隔，尽管采取了多种方式相结合的巡查方式，依然无法做到实时、准确、全面的对隧道运行状况进行监控。当隧道运营出现异常情况时，仍然无法第一时间准确获取现场情况，这为隧道运营管理带来了诸多困难。

同时，隧道中环境恶劣，机电设施容易被油烟、烟尘、尾气损坏，从而降低设备使用效果和寿命。按照隧道设施养护技术规范要求，相关隧道附属设施均需要定期进行***的维护、保养、维修。目前隧道机电设施保洁需要封闭交通，通常借助高空作业车完成保洁工作。这种基于人工清洁的方法工作效率低、花费高、危险性大，无法满足高效安全的保洁要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种公路隧道养护机器人及其实施方法，具有隧道日常巡检、机电设施清扫、病害长期监测等功能，可能够大幅降低隧道公路维护时间和维护成本，从而在保障公路隧道安全运营、及时发现隧道险情、降低维护费用等多方面发挥不可替代的作用。

技术方案如下：

一种公路隧道养护机器人，包括固定导向***、电气通信***和机器人***，其中：

固定导向***为机器人移动提供导向作用，安装于隧道衬砌表面且沿行车方向，包括：行走导轨、导轨固定块、安装支架，所述安装支架一端固定于隧道衬砌表面，另一端通过轨道固定块与行走导轨连接；

电气通信***用于为机器人***提供电力和控制信号，包括：充电桩、通信模块、光纤、电缆，充电桩位于隧道入口和出洞口处，通过电缆与隧道供电设施连接；通信模块安装于行走导轨上方，其一端通过光纤与隧道监控***连接、另一端通过无线传输信号与机器人***连接；

机器人***包括：驱动轮、导向轮、电池、固定平台、车辆识别器、机械臂、末端执行装置，所述驱动轮和导向轮用于引导机器人沿行走导轨往复运动；电池为机器人运动提供动力，通过充电桩为其定时充电；车辆识别器用于检测附近是否有车辆，进而控制机器人可否工作；机械臂为一个由两个转动副构成的串联机械手，用以控制末端执行装置空间位姿；末端执行装置安装有监控装置、清洁装置和监测装置，用以实现隧道智能养护工作；

机器人初始位于充电桩，并在充电桩内完成自主充电；

机器人以设定速度沿行走导轨在隧道内往返运动，车辆识别装置检测附近没有超高车辆行驶时，机械壁转动控制监控、监测仪器设备空间位姿，完成日常巡检、病害监测任务；当机器人电量超限时，机器人自主返回充电站完成充电，充电完成后继续完成日常巡检、病害监测任务；

机器人接受到隧道监控***清洁指令后，机器人以设定速度延行走导轨在隧道内行驶，机器人达到指定位置后停止前进，车辆识别装置检测附近没有超高车辆行驶时，机械臂转动控制清洁设备空间位姿，完成机电设施清洁工作；清洁完成后，机械臂收起将末端执行装置置于限界空间外，机器人继续前进完成其它机电设施清洁工作；当机器人电量超限时，机器人自主返回充电站完成充电，充电完成后继续完成指令任务。

本发明中，所述移动轨道为定长轨道，移动轨道之间为有缝连接，移动轨道之间的安装间隙根据隧道内温度预留。

本发明中，所述车辆识别器检测到附近有超高车辆通过，机器人***通过机械臂将末端执行装置置于隧道限界空间外，保证行车安全。

一种公路隧道养护机器人的实施方法，包括以下步骤:

1)根据设计高度和设计间距，划定高度标线和垂直标线，确定安装支架中心位置；

2)根据安装支架中心位置，确定安装孔位置，吊装安装支架；

3)根据设计间距，行走导轨上穿插导轨固定块，将导轨固定块与安装支架连接；

4)调整导轨固定块与安装支架之间的螺栓，确保行走导轨平直，拧紧螺栓；

5)在行走导轨下方，从隧道入洞口开始，根据设计间距，安装通信模块；

6)从洞口配电室经地沟、配电箱和桥架敷设通信模块供电电缆、充电桩供电电缆和光纤，为通信模块和充电桩提供电源，实现机器人与隧道监控***的连接；

7)在行走导轨上安装机器人***，测试固定导向***、电气通信***和机器人***，联调机器人监控、清洁和监测功能；

8)通过隧道监控***发布指令，控制机器人实现监控、清洁和监测操作。

本发明的有益效果为：

(1)本发明机器人可自动对机电设施进行清洁，无需人工干预，克服了人工清洁工作效率低、花费高和危险性大等缺点；

(2)本发明机器人能够全天候代替人工完成隧道巡逻，大大提高巡检的效率，也能大大提高隧道运行监控信息的及时性和准确性；

(3)本发明机器人通过长期对隧道病害进行监测，能够及时发现隧道病害，实时监测病害发展趋势，为隧道病害及时治理提高科学依据；

(4)本发明机器人实现隧道日常巡检、机电设施清洁和病害长期监测，大幅降低维护时间和维护成本，在保障公路隧道安全运营、及时发现隧道险情、降低维护费用等多方面发挥不可替代的作用。

附图说明

图1是本发明提供的公路隧道养护机器人的结构示意图。

图2是本发明提供的公路隧道养护机器人安装方法流程图。

图3是本发明提供的公路隧道养护机器人工作流程图。

附图标记说明：

1-固定导向***，2-电气通信***，3-机械人***，101-行走导轨，102-导轨固定块，103-安装支架，201-通信模块，301-驱动轮，302-导向轮，303-电池，304-固定平台，305-车辆识别器，306-机械臂，307-末端执行装置。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种公路隧道养护机器人及其实施方法进行详细描述。

实施例一

一种公路隧道养护机器人，包括固定导向***、电气通信***和机器人***，其中：

固定导向***为机器人移动提供导向作用，安装于隧道衬砌表面且沿行车方向，包括：行走导轨、导轨固定块、安装支架，所述安装支架一端固定于隧道衬砌表面，另一端通过轨道固定块与行走导轨连接；

电气通信***用于为机器人***提供电力和控制信号，包括：充电桩、通信模块、光纤、电缆，充电桩位于隧道入口和出洞口处，通过电缆与隧道供电设施连接；通信模块安装于行走导轨上方，其一端通过光纤与隧道监控***连接、另一端通过无线传输信号与机器人***连接；

机器人***包括：驱动轮、导向轮、电池、固定平台、车辆识别器、机械臂、末端执行装置，所述驱动轮和导向轮用于引导机器人沿行走导轨往复运动；电池为机器人运动提供动力，通过充电桩为其定时充电；车辆识别器用于检测附近是否有车辆，进而控制机器人可否工作；机械臂为一个由两个转动副构成的串联机械手，用以控制末端执行装置空间位姿；末端执行装置安装有监控装置、清洁装置和监测装置，用以实现隧道智能养护工作。

本实施例中中，所述移动轨道为定长轨道，移动轨道之间为有缝连接，移动轨道之间的安装间隙根据隧道内温度预留。

本实施例中，所述车辆识别器检测到附近有超高车辆通过，机器人***通过机械臂将末端执行装置置于隧道限界空间外，保证行车安全。

实施例二

一种公路隧道养护机器人的实施方法，包括以下步骤:

1)根据设计高度和设计间距，划定高度标线和垂直标线，确定安装支架中心位置；

2)根据安装支架中心位置，确定安装孔位置，吊装安装支架；

3)根据设计间距，行走导轨上穿插导轨固定块，将导轨固定块与安装支架连接；

4)调整导轨固定块与安装支架之间的螺栓，确保行走导轨平直，拧紧螺栓；

5)在行走导轨下方，从隧道入洞口开始，根据设计间距，安装通信模块；

6)从洞口配电室经地沟、配电箱和桥架敷设通信模块供电电缆、充电桩供电电缆和光纤，为通信模块和充电桩提供电源，实现机器人与隧道监控***的连接；

7)在行走导轨上安装机器人***，测试固定导向***、电气通信***和机器人***，联调机器人监控、清洁和监测功能；

8)通过隧道监控***发布指令，控制机器人实现监控、清洁和监测操作。

实施例三

一种公路隧道养护机器人的工作方法，包括以下步骤:

1)机器人初始位于充电桩，并在充电桩内完成自主充电；

2)机器人以设定速度沿行走导轨在隧道内往返运动，车辆识别装置检测附近没有超高车辆行驶时，机械壁转动控制监控、监测仪器设备空间位姿，完成日常巡检、病害监测任务；当机器人电量超限时，机器人自主返回充电站完成充电，充电完成后继续完成日常巡检、病害监测任务；

3)机器人接受到隧道监控***清洁指令后，机器人以设定速度延行走导轨在隧道内行驶，机器人达到指定位置后停止前进，车辆识别装置检测附近没有超高车辆行驶时，机械臂转动控制清洁设备空间位姿，完成机电设施清洁工作；清洁完成后，机械臂收起将末端执行装置置于限界空间外，机器人继续前进完成其它机电设施清洁工作；当机器人电量超限时，机器人自主返回充电站完成充电，充电完成后继续完成指令任务。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，凡对本发明所作的任何改进和变型均属本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种公路隧道养护机器人，其特征在于，包括固定导向***、电气通信***和机器人***，其中：

固定导向***为机器人移动提供导向作用，安装于隧道衬砌表面且沿行车方向，包括：行走导轨、导轨固定块、安装支架，所述安装支架一端固定于隧道衬砌表面，另一端通过轨道固定块与行走导轨连接；

电气通信***用于为机器人***提供电力和控制信号，包括：充电桩、通信模块、光纤、电缆，充电桩位于隧道入口和出洞口处，通过电缆与隧道供电设施连接；通信模块安装于行走导轨上方，其一端通过光纤与隧道监控***连接、另一端通过无线传输信号与机器人***连接；

机器人***包括：驱动轮、导向轮、电池、固定平台、车辆识别器、机械臂、末端执行装置，所述驱动轮和导向轮用于引导机器人沿行走导轨往复运动；电池为机器人运动提供动力，通过充电桩为其定时充电；车辆识别器用于检测附近是否有车辆，进而控制机器人可否工作；机械臂为一个由两个转动副构成的串联机械手，用以控制末端执行装置空间位姿；末端执行装置安装有监控装置、清洁装置和监测装置，用以实现隧道智能养护工作；

机器人初始位于充电桩，并在充电桩内完成自主充电；

机器人以设定速度沿行走导轨在隧道内往返运动，车辆识别装置检测附近没有超高车辆行驶时，机械壁转动控制监控、监测仪器设备空间位姿，完成日常巡检、病害监测任务；当机器人电量超限时，机器人自主返回充电站完成充电，充电完成后继续完成日常巡检、病害监测任务；

机器人接受到隧道监控***清洁指令后，机器人以设定速度延行走导轨在隧道内行驶，机器人达到指定位置后停止前进，车辆识别装置检测附近没有超高车辆行驶时，机械臂转动控制清洁设备空间位姿，完成机电设施清洁工作；清洁完成后，机械臂收起将末端执行装置置于限界空间外，机器人继续前进完成其它机电设施清洁工作；当机器人电量超限时，机器人自主返回充电站完成充电，充电完成后继续完成指令任务。

2.根据权利要求1所述的公路隧道养护机器人，其特征在于，所述移动轨道为定长轨道，移动轨道之间为有缝连接，移动轨道之间的安装间隙根据隧道内温度预留。

3.根据权利要求2所述的公路隧道养护机器人，其特征在于，所述车辆识别器检测到附近有超高车辆通过，机器人***通过机械臂将末端执行装置置于隧道限界空间外，保证行车安全。

4.一种公路隧道养护机器人的实施方法，用于实现权利要求1至3中任意一条所述的公路隧道养护机器人，其特征在于，包括以下步骤:

1)根据设计高度和设计间距，划定高度标线和垂直标线，确定安装支架中心位置；

2)根据安装支架中心位置，确定安装孔位置，吊装安装支架；

3)根据设计间距，行走导轨上穿插导轨固定块，将导轨固定块与安装支架连接；

4)调整导轨固定块与安装支架之间的螺栓，确保行走导轨平直，拧紧螺栓；

5)在行走导轨下方，从隧道入洞口开始，根据设计间距，安装通信模块；

6)从洞口配电室经地沟、配电箱和桥架敷设通信模块供电电缆、充电桩供电电缆和光纤，为通信模块和充电桩提供电源，实现机器人与隧道监控***的连接；

7)在行走导轨上安装机器人***，测试固定导向***、电气通信***和机器人***，联调机器人监控、清洁和监测功能；

8)通过隧道监控***发布指令，控制机器人实现监控、清洁和监测操作。