一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统
阅读说明：本技术 一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统 (Tunnel inspection system based on suspension type inspection robot ) 是由 何翔 光振雄 耿明 张�浩 殷勤 罗存喜 张在保 付高丰 邱绍峰 周明翔 李加祺 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统,隧道壁上设有受力支架,巡检导轨通过所述受力支架与隧道壁固定；所述巡检导轨包括导轨支撑部和供电滑触线,所述供电滑触线设置于导轨支撑部内侧顶部,与巡检机器人顶部的受电压轮接触,实现供电；所述巡检机器人的主梁横向两侧设有从动走形轮和驱动走行轮,对应的上下走形轮之间将所述导轨支撑部的内腔底端夹装限位并滚动接触,使得巡检机器人沿所述巡检导轨移动；同时所述巡检机器人的底板底面设有巡检机械臂,通过其旋转和伸缩进行隧道巡检。本发明采用机器人代替人工巡检,可对“入侵异物”进行准确定位及跟踪定位,悬挂式结构能有效避免其与隧道中工作人员、车辆路径干涉的问题。(The invention discloses a tunnel inspection system based on a suspension type inspection robot.A stress bracket is arranged on the tunnel wall, and an inspection guide rail is fixed with the tunnel wall through the stress bracket; the inspection robot comprises an inspection robot, an inspection guide rail, a power supply and power supply control module and a power supply module, wherein the inspection guide rail comprises a guide rail supporting part and a power supply sliding contact line, and the power supply sliding contact line is arranged at the top of the inner side of the guide rail supporting part and is in contact with a power receiving pinch roller at the top of the inspection robot to realize power supply; driven walking wheels and driving walking wheels are arranged on two transverse sides of a main beam of the inspection robot, and the bottom ends of the inner cavities of the guide rail supporting parts are clamped, limited and in rolling contact between the corresponding upper walking wheels and the corresponding lower walking wheels, so that the inspection robot moves along the inspection guide rail; and meanwhile, the bottom surface of the bottom plate of the inspection robot is provided with an inspection mechanical arm, and the tunnel inspection is carried out through rotation and stretching of the inspection mechanical arm. The robot is adopted to replace manual inspection, so that the invasive foreign matters can be accurately positioned and tracked, and the problem of interference between the invasive foreign matters and paths of workers and vehicles in the tunnel can be effectively solved due to the suspension structure.)
技术领域
本发明属于隧道自动巡检装置技术领域，具体涉及一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，适用于大铁及地铁隧道。
背景技术
在大铁及地铁中，隧道是轨道交通的重要组成部分，是连接车站的一种地下空间形式。受人为因素或自然灾害的影响，异物侵入隧道的现象时有发生，若异物侵入限界或改变列车行驶环境将影响列车安全运行、造成司机应急反应不灵敏，则将发生严重事故。异物侵入隧道具有难发现、易扩大、难防控等特点。因此，实时防控隧道异物入侵，实现对异物侵入的灵敏感知、有效决策、科学管控等显得十分重要。
现阶段的隧道异物入侵巡检主要存在以下问题：首先传统的隧道巡检为天窗时间内人工巡检，为实现实时监测，并且存在安全隐患；监测设备与隧道中工作人员、车辆路径高度重合，若不及时避让，存在干涉、碰撞等问题；传统的人工巡检依然无法做到实时、准确、全面的对隧道运行状况进行监控。基于上述问题，现有技术中开始设计出对应的隧道内自动巡检设备以代替人工巡检，但是现有的巡检设备方法不能实现对入侵点的准确定位及跟踪定位，并且为了给巡检设备供电，通道需要在隧道大跨度内进行大量电缆的敷设。
例如公开号为CN109262630A的专利提供了一种公路隧道养护机器人及其实施方法，其通过电气通信系统为机器人系统提供电力和控制信号，电气通信系统包括充电桩、通信模块、光纤、电缆，需要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系统的连接。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，采用机器人代替人工巡检，可以对“入侵异物”进行准确定位及跟踪定位，机器人悬挂式的结构能有效避免其与隧道中工作人员、车辆路径干涉的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，隧道壁上设有受力支架，巡检导轨通过所述受力支架与隧道壁固定；
所述巡检导轨包括导轨支撑部和供电滑触线，所述供电滑触线设置于导轨支撑部内侧顶部，与巡检机器人顶部的受电压轮接触，实现供电；
所述巡检机器人的主梁横向两侧设有从动走形轮和驱动走行轮，对应的上下走形轮之间将所述导轨支撑部的内腔底端夹装限位并滚动接触，使得巡检机器人沿所述巡检导轨移动；同时所述巡检机器人的底板底面设有巡检机械臂，通过该机械臂的旋转和伸缩进行隧道巡检。
作为本发明的进一步优选，所述巡检机械臂包括旋转底座，所述旋转底座与所述底板呈旋转副连接，且该旋转底座与一级连杆呈旋转副连接，二级连杆的一端与所述一级连杆呈旋转副连接，另一端与伸缩部呈套筒滑动连接。
作为本发明的进一步优选，所述伸缩部上固定有巡检执行件，用于巡检工作时隧道内图像及视频采集。
作为本发明的进一步优选，所述底板底部还设有烟雾感应器、扬声及收音器、提示灯以及温湿度传感器。
作为本发明的进一步优选，所述底板顶面还设有控制模块、电源模块，其中所述控制模块内置无线通信模块。
作为本发明的进一步优选，所述主梁横向两侧还分别设有对应的导向轮安装座，且端部分别对应安装有导向轮，各导向轮与导轨支撑部内腔侧面接触，实现巡检机器人的横向限位。
作为本发明的进一步优选，所述底板与所述主梁底部垂直连接，且所述底板周围设有护臂版。
作为本发明的进一步优选，所述受电压轮底部设置弹簧连接件。
作为本发明的进一步优选，每个巡检机器人对应配置至少六个从动走形轮和至少两个驱动走行轮，其中两个所述驱动走行轮位于主梁靠隧道壁侧下部，分别与对应的驱动电机连接。
作为本发明的进一步优选，所述受力支架一端与所述隧道壁固定，另一端分别与导轨支撑部的顶部面和侧面固定。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
（1）本发明的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，包括设于隧道壁上的巡检导轨以及与巡检导轨相匹配的巡检机器人，通过走形轮之间将所述导轨支撑部的内腔底端夹装限位并滚动接触，使得巡检机器人沿所述巡检导轨移动，并通过底面的巡检机械臂的旋转和伸缩进行隧道巡检。本发明采用机器人代替人工巡检，可以对“入侵异物”进行准确定位及跟踪定位，机器人悬挂式的结构能有效避免其与隧道中工作人员、车辆路径干涉的问题。
（2）本发明的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，巡检机器人主梁顶部设有受电压轮，采用滑触线供电，避免了隧道大跨度大量电缆的敷设问题；并且受电压轮底部设置弹簧连接件，当巡检机器人工作时，弹簧处于压缩状态，其张力能够保证其与供电滑触线接触力。
（3）本发明的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，旋转底座、一级连杆、二级连杆、伸缩部及巡检执行件等构成一组巡检机械臂，具有多自由度，巡检无盲区的优势，巡检范围覆盖轨行区线路、疏散通道、隧道壁及隧道洞室、联络通道等；根据巡检机械臂各个部件的机械空间状态及受电压轮的受电位置，可以精确地计算得到巡检执行件采集图像、视频的隧道里程及坐标。
附图说明
图1为本发明实施例的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统作业示意图；
图2为本发明实施例图1中A区域局部放大图；
图3为本发明实施例的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统作业侧视图；
图4为本发明实施例图3中B区域局部放大图；
图5为本发明实施例的悬挂式巡检机器人工作状态立体结构示意图；
图6为本发明实施例的悬挂式巡检机器人非工作状态立体结构示意图；
图7为本发明实施例的悬挂式巡检机器人受电压轮处结构示意图；
图8为本发明实施例的悬挂式巡检机器人工作状态仰视图；
图9为本发明实施例的悬挂式巡检机器人非工作状态仰视图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-运行线路、2-隧道壁、3-疏散通道、4-隧道洞室或联络通道、5-巡检导轨、6-受力支架、7-巡检机器人；501-导轨支撑部、502-供电滑触线；701-主梁、702-底板、703-护壁板、704-从动走形轮、705-驱动走行轮、706-驱动电机、707-电机座、708-导向轮安装座、709-导向轮、710-受电压轮、711-控制模块、712-电源模块、713-旋转底座、714-一级连杆、715-二级连杆、716-伸缩部、717-巡检执行件、718-烟雾感应器、719-扬声及收音器、720-提示灯、721-温湿度传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
基于轨道交通隧道的巡检工作，本发明提供一种基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，适用于大铁及地铁隧道。图1为本发明实施例的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统作业示意图；图2为图1中A区域局部放大图；图3为本发明实施例的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统作业侧视图；图4为图3中B区域局部放大图；结合图1至图4，本发明的悬挂式隧道巡检机器人设于至少一侧的隧道壁2（隧道内衬）上，两侧隧道壁之间的地面区域设有列车的运行线路1，包括钢轨、轨枕及道床等。运行线路1横向两侧与隧道壁2之间为疏散通道3，用于作业人员通行。隧道壁2上间隔设有隧道洞室或联络通道4。
由图3所示，巡检导轨5通过受力支架6与隧道壁固定，其优选设置并固定于隧道壁侧边顶部，用于悬挂式巡检机器人的悬挂、走形及供电；受力支架6使巡检导轨5能够承受隧道风压、并且用于悬挂式巡检机器人受力。巡检导轨5包括导轨支撑部501和供电滑触线502，其中导轨支撑部501用于满足巡检导轨在隧道环境中的受力，其分别通过顶部和横向至少一侧边的受力支架6与隧道壁固定，受力支架6一端与隧道壁固定，另一端分别与导轨支撑部501的顶部面和侧面固定。导轨支撑部501下端开口与悬挂式巡检机器人走形轮（驱动走行轮、从动走形轮、导向轮）接触，实现悬挂式巡检机器人的悬挂、走形；供电滑触线502设置于导轨支撑部501内侧顶部，与悬挂式巡检机器人的受电压轮接触，实现悬挂式巡检机器人的供电。
图5至图9为悬挂式巡检机器人结构示意图，其中图5和图6分别为悬挂式巡检机器人工作状态和非工作状态立体结构示意图。本发明的巡检机器人包括主梁701、底板702、护壁板703，其中主梁701作为整个悬挂式巡检机器人的骨架，用于支撑各走形轮等部件，使巡检机器人和巡检导轨连接；主梁701底部与底板702垂直连接，且底板702周围设有护臂版703，用于使悬挂式巡检机器零部件位于内部空间，以防零部件掉落至隧道，影响隧道行车环境。
主梁701的横向两侧设有从动走形轮704和驱动走行轮705，每个巡检机器人对应配置至少六个从动走形轮704和至少两个驱动走行轮705，其中驱动走行轮705分别与对应的驱动电机706连接，为驱动走行轮705提供走形动力，从动走形轮704不具动力作用。驱动电机706通过电机座707安装于底板702上。
在本发明的一个具体实施例中（图5和图6所示），从动走形轮704分别位于机器人主梁两侧，其中靠轨道侧上下各两个，靠隧道壁侧上部两个，并且靠轨道侧的上下从动走形轮将导轨支撑部501的内腔底端夹装限位并滚动接触；两个驱动走行轮705位于主梁靠隧道壁侧下部，分别与靠隧道壁侧上部从动走形轮对导轨支撑部501内腔底端夹装限位并滚动接触；在驱动走行轮705输出的动力作用下，各对应的走形轮夹持导轨支撑部进行滚动运行，驱动整体悬挂式隧道巡检机器人前后移动。
巡检机器人的主梁701横向两侧还分别设有对应的导向轮安装座708，且端部分别对应安装有导向轮709，导向轮安装座708在主梁701两侧对应设置至少两组；导向轮与导轨支撑部内腔侧面接触，实现悬挂式隧道巡检机器人的横向限位。主梁701顶部设有受电压轮710，受电压轮710与设置于巡检导轨顶部的供电滑触线502接触，实现悬挂式巡检机器人的供电，如图7所示为受电压轮的局部放大图，受电压轮710底部设置弹簧连接件，当巡检机器人工作时，弹簧处于压缩状态，其张力能够保证其与供电滑触线接触力。本发明巡检机器人采用滑触线供电，压轮结构保证供电点接触面，避免了隧道大跨度大量电缆的敷设问题。
另外巡检机器人底板702顶面设有控制模块711、电源模块712，控制模块711内置无线通信模块，用于悬挂式隧道巡检机器人的控制、通信，本发明控制系统内置无线通信模块，避免了隧道大跨度大量电缆的敷设问题。电源模块712属于备用电源，在供电滑触线故障或隧道断电时，保证悬挂式隧道巡检机器人的供电。底板702底面设有旋转底座713，并且旋转底座713与底板702呈旋转副连接；旋转底座713依次连接一级连杆714和二级连杆715，一级连杆714与旋转底座713呈旋转副连接，二级连杆715的一端与一级连杆714呈旋转副连接，另一端与伸缩部716呈套筒滑动连接。伸缩部716上固定有巡检执行件，用于巡检工作时隧道内图像及视频采集（含夜视）。
本发明旋转底座、一级连杆、二级连杆、伸缩部及巡检执行件等构成一组巡检机械臂，具有多自由度，巡检无盲区的优势，巡检范围覆盖轨行区线路、疏散通道、隧道壁及隧道洞室、联络通道等；根据巡检机械臂各个部件的机械空间状态及受电压轮的受电位置，可以精确地计算得到巡检执行件采集图像、视频的隧道里程及坐标。如图6，非工作状态时巡检机械臂呈收拢状态，降低巡检机械臂零部件掉落的几率。
进一步优选地，机器人底板702底部还设有烟雾感应器718、扬声及收音器719、提示灯720以及温湿度传感器721，其中烟雾感应器718用于监测隧道内烟雾浓度，扬声及收音器719用于与隧道人员远程通讯或提示，提示灯720，当巡检发现异常情况时，采用该提示灯进行闪烁报警；温湿度传感器721用于监测隧道内温湿度。
本发明的基于悬挂式巡检机器人的隧道巡检系统，包括设于隧道壁上的巡检导轨以及与巡检导轨相匹配的巡检机器人，通过走形轮之间将所述导轨支撑部的内腔底端夹装限位并滚动接触，使得巡检机器人沿所述巡检导轨移动，并通过底面的巡检机械臂的旋转和伸缩进行隧道巡检。本发明采用机器人代替人工巡检，可以对“入侵异物”进行准确定位及跟踪定位，机器人悬挂式的结构能有效避免其与隧道中工作人员、车辆路径干涉的问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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