CN109500826B - 一种隧道巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道巡检机器人，包括安装于隧道内的轨道、漏波电缆以及机器人本体，轨道为空心钢管，漏波电缆位于钢管内部，机器人本体设有检测组件，检测组件包括云台、激光扫描仪和可见光摄像机。本发明采用漏波电缆通讯，隧道较长时无需布置若干中继站；能够通过携带的检测组件对隧道结构外形、线缆外观等进行检测，有效避免隧道中可能出现的结构下陷、坍塌等意外事故。
Description
技术领域
本发明涉及特种机器人领域，更具体的说，它涉及一种隧道巡检机器人。
背景技术
目前国内隧道机器人已经在部分综合管廊、电缆隧道展开了应用。
隧道通常构建于地下，无法通过地面无线通信基站建立通信环境，因此必须为隧道引入专用的通信***。此外，无线信号在隧道内衰减较开放场所更迅速，信号中继站也是通信环境建设的重点。如果不改进无线通信***，最后为了构建隧道内巡检机器人的无线通信环境，必须每隔100m就建设一个带有天线的无线通信中继站。这不仅极大提高了隧道巡检机器人的工程量以及施工成本，从安全方面考虑，每个中继站都必然是有独立的电源，过多地引入中继站，势必为隧道内的运行安全工作造成更大的负担。
此外，隧道机体的下陷、变形也是检测的重要内容。地下管路隧道在中国虽已发展的比较成熟，但漫长的地下隧道线路极容易受到破坏，如重载汽车的碾压、地震和水土流失等会导致隧道上部出现裂纹，甚至坍塌，对城市的交通、通讯和电力供应造成严重影响。因此，对电缆隧道的结构安全实时监测非常必要。然而，目前的隧道巡检机器人均不具备该功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道巡检机器人，机器人采用漏波电缆通讯，隧道较长时无需布置若干中继站；能够通过携带的检测组件对隧道结构外形、线缆外观等进行检测，有效避免隧道中可能出现的结构下陷、坍塌等意外事故。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧道巡检机器人，其特征在于：包括安装于隧道内的轨道以及机器人本体，轨道设有漏波电缆，机器人本体设有检测组件，检测组件包括云台、激光扫描仪和可见光摄像机。
作为优选的方案，所述隧道巡检机器人包括漏波电缆，漏波电缆安装在轨道内部，运动平台安装有无线客户端、控制***和通讯***，无线客户端分别与控制***和通讯***连接；无线接入端一端与漏波电缆连接，无线接入端另一端通过光纤与后台连接。
作为优选的方案，轨道下方等间距开有用于漏波电缆信号传出的多个通孔。通孔形状不限，优选的，通孔为圆孔。
作为优选的方案，机器人本体包括运动平台，检测组件包括可见光摄像机、激光扫描仪和云台，云台固定于运动平台，可见光摄像机和激光扫描仪分别与云台的两端固定。
作为优选的方案，轨道为空心钢管，漏波电缆位于空心钢管内部。
作为优选的方案，机器人本体包括驱动机构与防跌落机构，驱动机构与防跌落机构位于轨道与运动平台之间。
作为优选的方案，驱动机构包括磁吸附轮、传动轴和传动组件，磁吸附轮沿轨道滑行，传动组件通过传动轴驱动磁吸附轮转动。
作为优选的方案，传动组件采用皮带传动组件，皮带传动组件包括皮带、主动带轮和从动带轮，主动带轮与从动带轮通过皮带传动。
作为优选的方案，驱动机构包括第一支架、第二支架、第三支架和电机，电机、主动带轮和从动带轮均固定在第三支架上，电机输出轴与主动带轮通过平键连接，主动带轮与从动带轮通过皮带传动；磁吸附轮对称设有结构相同的两个，传动轴一端通过轴承与第二支架固定，另一端依次穿过两个磁吸附轮、第三支架、从动带轮，传动轴通过轴承与第二支架固定，第二支架和第三支架均固定于第一支架，转向轴通过轴承与第一支架固定。
作为优选的方案，传动组件包括安装在第三支架上的张紧轮，张紧轮设置于皮带一侧。
作为优选的方案，防跌落机构包括第四支架和抱紧轮，抱紧轮包括结构相同的若干个抱紧片，抱紧片通过螺钉固定在第四支架上，所述第四支架通过轴承空套在转向轴上。优选的，抱紧轮包括结构相同的2个抱紧片。
作为优选的方案，所述抱紧片为直线轴承或由具有润滑功能的耐磨塑料制成。
作为优选的方案，运动平台下方搭载灭火弹、温湿度检测仪以及烟雾传感器。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用漏波电缆进行通讯，通讯可靠，避免隧道较长时需要布置若干中继点的弊端。
(2)本发明能够对隧道的结构变形、蠕动变化进行检测，有效避免隧道中可能出现的结构下陷、坍塌等意外事故。
(3)本发明机器人运行轨道采用低成本的钢管代替高成本的铝合金，有效减少隧道检测成本。
(4)本发明采用磁吸附轮式驱动机构，磁吸附轮能够依靠较大的磁力吸附在钢管下方，有效减小机器人的体积。
(5)本发明采用的防跌落机构具有防跌落和充当机器人从动轮的功能，减小机器人的占用空间，降低成本。
附图说明
图1为本发明吊顶式安装结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明机器人的结构示意图。
图4为本发明驱动轮组件结构示意图。
图5为本发明皮带传动组件的结构示意图。
图6为本发明驱动轮组件在机器人上的安装示意图。
图7所示为本发明防跌落组件的结构示意图。
图8所示为本发明防跌落组件在机器人上的安装示意图。
图9为实施例2带有漏波电缆的轨道吊顶式安装结构示意图。
图10为实施例2的总体结构示意图。
图11为实施例2驱动轮组件的结构示意图。
图中标识：101、吊架；102、横向支架；103、轨道；2、驱动机构；3、防跌落机构；4、运动平台；5、转向轴；201、磁吸附轮；202、电机；203、传动组件；204、第一支架；205、第二支架；206、第三支架；207、传动轴；2031、皮带；2032、张紧轮；2033、从动带轮；2034、主动带轮；301、抱紧片301；302、第四支架；303、抱紧轮；104、通孔；6、漏波电缆；601、无线接入端；701、无线客户端；702、控制***；703、通讯***；704、云台；705、激光扫描仪；706、可见光摄像机；8、后台；9、光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
轨道的安装方式可采用侧置式或吊顶式，现以吊顶式为例予以说明。
如图9-11所示，一种隧道巡检机器人，包括安装于隧道上的轨道103以及机器人本体，轨道103设有漏波电缆6，机器人本体设有检测组件，检测组件包括云台704、激光扫描仪705和可见光摄像机706。作为一个具体的实施方式，所述机器人本体包括驱动机构2、防跌落机构3和运动平台4。
本实施例中，隧道设有吊架101，吊架101固定在隧道内的墙壁上，吊架101固定连接有横向支架103。轨道103顶部端面为平面，顶部端面设有螺纹孔，横向支架103与顶部端面固定，具体的，可通过螺钉固定连接。轨道103包括对称设置的两个钢管。传统的轨道采用铝合金挂轨式驱动技术，铝合金虽具有重量轻、防锈等优点，但价格相对较高；对于长度十公里以上的电缆隧道，轨道成本所占比重非常大；而且目前电缆隧道巡检机器人多采用传统工字形轨道，较大截面积的轨道势必会占用较大的隧道空间。本发明采用空心钢管轨道，强度高，成本低，重量轻，有效减少隧道的检测成本；采用钢管形式的轨道会减小占用的隧道空间，有利于机器人运行。进一步，为了防止钢管表面生锈，在钢管表面镀铬。本实施例中采用的轨道为空心钢管，漏波电缆6位于空心钢管中，节省了漏波电缆6的布线空间，同时避免了将漏波电缆6布置在外侧对线缆的磨损和破坏。
所述隧道巡检机器人包括运动平台安装有无线客户端701、控制***702和通讯***703，无线客户端701分别与控制***702和通讯***703连接，无线接入端601一端与漏波电缆6连接，无线接入端601另一端通过光纤9与后台8连接。无线客户端701用于接收漏波电缆6传送的信号。进一步，为了让漏波电缆6的信号泄漏出，在轨道下方等间距开有若干通孔104，形成若干均匀布置的无线场与机器人进行通讯。通孔104的形状不限，具体的，通孔104为圆形孔。所述漏波电缆6能够围绕着电缆的指定区域辐射一个规则的信号区，这种功能可以保证在无线客户端701和无线接入端601之间建立一个稳定可靠的通讯连路，并且能够提供确定的数据循环访问。具体的信号传输方式为：一方面，后台8通过光纤9将指令信号传输至无线接入端601，无线接入端601通过漏波电缆6将信号传输至无线客户端701，无线客户端701将信号传输至控制***702和通讯***703对机器人进行通讯和控制。另一方面，无线客户端701将监测信息通过漏波电缆6、无线接入端601、光纤9传输至后台8。
隧道通常构建于地下，无法通过地面无线通信基站建立通信环境，因此必须为隧道引入专用的通信***。此外，无线信号在隧道内衰减较开放场所更迅速，信号中继站也是通信环境建设的重点。目前，构建隧道内巡检机器人的无线通信环境，必须每隔100m就建设一个带有天线的无线通信中继站，这不仅极大提高了隧道巡检机器人的工程量以及施工成本，从安全方面考虑，每个中继站都必然是有独立电源，过多地引入中继站，势必为隧道内的运行安全工作造成更大的负担。因此，采用漏波电缆6通讯方式，通讯可靠，避免隧道较长时需要布置若干中继点的弊端。
检测组件
作为一个具体的实施方式，运动平台下方搭载检测组件、灭火弹、温湿度检测仪以及烟雾传感器。本实施例中，采用型号为HTU21的温湿度传感器，用于检测室内的温度、湿度等环境信息。
本实施例中，采用型号为JTY-GD-S836的烟雾传感器，主要针对隧道内可能出现的吸烟、着火等进行检测。
检测组件包括可见光摄像机706、激光扫描仪705和云台704，云台704固定于运动平台4上，可见光摄像机706和激光扫描仪705分别与云台704的两端固定。可见光摄像机706用于对隧道内线缆外观、异物、仪表读数进行检测与智能识别，激光扫描仪705用于对隧道结构的沉降、蠕动变化进行检测，能够有效避免隧道中可能出现的结构下陷、坍塌等意外事故。
驱动机构
驱动机构2通过转向轴5与运动平台转动连接。驱动机构2包括磁吸附轮201、传动轴207和传动组件203，磁吸附轮201沿轨道103滑行，传动组件203通过传动轴207驱动磁吸附轮201转动。磁吸附轮201能够依靠较大的磁力吸附在钢管下方，使磁吸附轮201紧紧贴合轨道，减小磁吸附轮201与轨道103之间的空间，从而有效减小机器人的体积。具体的，磁吸附轮201具有与轨道103配合的凹槽，磁吸附轮201沿着轨道103移动。具体的，轨道103即钢管的半圆均位于凹槽中。
传动组件203所可为链传动、皮带传动、齿轮传动中的一种，本实施例中，传动组件203采用皮带传动组件，包括皮带2031、主动带轮2034和从动带轮2033。具体的，驱动机构2包括第一支架204、第二支架205、第三支架206和电机202，电机202和传动组件203固定在第三支架206上，电机输出轴与主动带轮2034通过平键连接，主动带轮2034与从动带轮2033通过皮带2031传动；磁吸附轮201对称设有结构相同的2个，传动轴207一端通过轴承与第二支架205固定，另一端依次穿过两个磁吸附轮201、第三支架206、从动带轮2033，传动轴通过轴承与第二支架205固定。即所述磁吸附轮201一端与皮带传动组件中的从动带轮2033固定连接，另一端通过轴承支撑在第二支架205上；两个磁吸附轮201固定在一根传动轴207上。两个磁吸附轮201平行设置。电机输出轴带动主动带轮2034转动，主动带轮2034与从动带轮2033通过皮带2031传递运动，从动带轮2033带动传动轴207转动，从而两个磁吸附轮202转动。第二支架205和第三支架206均固定于第一支架204上，转向轴5通过轴承与第一支架204固定，转向轴5能够转动。由于隧道路径曲折，有利于运动平台转弯，以适应隧道的运行路径。
进一步，为防止机器人运动过程中皮带松弛而造成打滑、带轮空转等情况，传动组件203包括张紧轮2032，张紧轮2032设置于皮带2031一侧。所述张紧轮2032、主动带轮2034、从动带轮2033均安装在第三支架206上。
防跌落机构
防跌落机构3通过转向轴5与运动平台转动连接。防跌落机构3包括第四支架302和抱紧轮303，抱紧轮303包括结构相同的2个抱紧片301，两个抱紧片301通过螺钉固定在第四支架302上，所述第四支架302通过轴承空套在转向轴5上。具体的，每个抱紧片301与钢管的半外圆适配，两个抱紧片301将钢管合围起来。具体的，所述抱紧片301为直线轴承或具有润滑功能的耐磨塑料制成，能够延长抱紧轮303的使用寿命。采用直线轴承能将滑动摩擦转化为滚动摩擦，减小抱紧片301与轨道之间的摩擦力。通过采用防跌落机构3，不仅具有防止机器人的跌落作用，还具有充当机器人从动轮的功能。
本实施例中，驱动机构2作为主动轮，防跌落机构3作为从动轮，驱动机构2和防跌落机构3前后设置。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (1)
1.一种隧道巡检机器人，其特征在于：包括安装于隧道内的轨道、漏波电缆以及机器人本体，轨道为空心钢管，漏波电缆位于钢管内部，机器人本体设有检测组件，检测组件包括云台、激光扫描仪和可见光摄像机；
轨道下方等间距开有用于漏波电缆信号传出的多个通孔；
机器人本体包括运动平台，检测组件包括可见光摄像机、激光扫描仪和云台，云台固定于运动平台，可见光摄像机和激光扫描仪分别与云台的两端固定；
机器人本体包括驱动机构与防跌落机构，驱动机构与防跌落机构位于轨道与运动平台之间；
驱动机构包括磁吸附轮、传动轴和传动组件，磁吸附轮沿轨道滑行，传动组件通过传动轴驱动磁吸附轮转动；传动组件采用皮带传动组件，皮带传动组件包括皮带、主动带轮和从动带轮，主动带轮与从动带轮通过皮带传动；
驱动机构包括第一支架、第二支架、第三支架和电机，电机、主动带轮和从动带轮均固定在第三支架上，电机输出轴与主动带轮通过平键连接，主动带轮与从动带轮通过皮带传动；磁吸附轮对称设有结构相同的两个，传动轴一端通过轴承与第二支架固定，另一端依次穿过两个磁吸附轮、第三支架、从动带轮，传动轴通过轴承与第二支架固定，第二支架和第三支架均固定于第一支架，转向轴通过轴承与第一支架固定；传动组件包括安装在第三支架上的张紧轮，张紧轮设置于皮带一侧；
防跌落机构包括第四支架和抱紧轮，抱紧轮包括结构相同的若干个抱紧片，抱紧片通过螺钉固定在第四支架上，所述第四支架通过轴承空套在转向轴上；
运动平台下方搭载灭火弹、温湿度检测仪以及烟雾传感器。
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