本實用新型屬于機器人技術領域，具體地，涉及一種應用于城市管廊中的巡檢機器人。

背景技術：

城市地下管道綜合管廊，是指在城市地下建造的一個隧道空間，將電力、通信、給排水、燃氣和市政等各種管線集中在一起，便于有關部門實施統(tǒng)一規(guī)劃、設計、建設和管理，具有占用城市空間小和有效改善市容的優(yōu)點。對城市綜合管廊進行安全巡檢是保證綜合管廊可靠穩(wěn)定運行的重要舉措。對城市綜合管廊的安全巡檢，傳統(tǒng)的方法是人工巡檢法，即由巡檢人員進入綜合管廊內(nèi)采用目測的方式進行巡檢，并人工記錄巡檢成果，存在工作環(huán)境危險、巡視成果具有主觀性和巡檢效率低等問題。

為了有效的解決人工巡檢的問題，目前是采用機器人代替人工進行綜合管廊的安全巡檢，完成日常工況巡視、狀態(tài)記錄和事故報警等工作。現(xiàn)有的巡檢機器人多為履帶式和軌道式巡檢機器人，履帶式巡檢機器人雖然越障能力強，但是行動緩慢且結(jié)構(gòu)復雜，無法滿足快速巡檢的需求，難以實現(xiàn)在狹窄隧道內(nèi)轉(zhuǎn)彎；軌道式巡檢機器人需要事先對管廊環(huán)境進行改造，前期需要投入大量人力和費用，并且無法在已建成的綜合管廊內(nèi)使用。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供了一種城市管廊巡檢機器人，其巡檢效率高、成本低，能有效代替人工在危險場所內(nèi)執(zhí)行在線安全巡檢任務，完成日常的工況巡視、狀態(tài)記錄和事故報警等工作。

為了實現(xiàn)上述技術效果，本實用新型所采用的技術方案是：一種城市管廊巡檢機器人，包括設置在機器人機身上的，用于驅(qū)動機器人行走的行走總成，用于獲取機器人位置信息和管廊環(huán)境信息的信息采集裝置，以及用于控制行走總成運動和信息采集裝置運行的控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)分別與行走總成和信息采集裝置連接；包括設置在管廊中的塢站，所述塢站包括用于通信的中繼站；還包括設置在終端用于處理信息采集裝置所獲取到的信息，并根據(jù)處理結(jié)果向控制系統(tǒng)發(fā)送指令的監(jiān)控系統(tǒng)；所述監(jiān)控系統(tǒng)與控制系統(tǒng)通過塢站進行通信。

作為優(yōu)選方式，所述控制系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的主機，以及與主機連接的底盤控制子系統(tǒng)；所述行走總成包括分別與底盤控制子系統(tǒng)連接的底盤電機和轉(zhuǎn)向裝置，還包括設置于機器人機身下部的從動前輪和驅(qū)動后輪，所述驅(qū)動后輪為萬向輪；所述驅(qū)動后輪分別與底盤電機和轉(zhuǎn)向裝置連接。

進一步地，所述行走總成包括設置于機器人機身上的，分別與底盤控制子系統(tǒng)連接的照明裝置、前碰撞開關、后碰撞開關和急停開關。

作為優(yōu)選方式，所述控制系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的主機，以及與主機連接的信號轉(zhuǎn)接板；所述信息采集裝置包括設置于機器人機身上的，分別與信號轉(zhuǎn)接板連接的激光傳感器、煙霧傳感器、紅外攝像頭、氣體傳感器和溫度傳感器。

作為優(yōu)選方式，所述控制系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的主機，以及與主機連接的路由器；所述信息采集裝置包括設置于機器人機身上的，分別與路由器連接的頻閃燈和一體化云臺。

進一步地，所述機器人機身上還設置有與主機連接的滅火器。

作為優(yōu)選方式，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的數(shù)據(jù)傳輸模塊，還包括分別與數(shù)據(jù)傳輸模塊連接的監(jiān)控設備、存儲設備和操控設備。

作為優(yōu)選方式，所述塢站還包括用于為行走總成、信息采集裝置及控制系統(tǒng)補充電能的充電裝置，所述機器人機身上設置有與充電裝置相匹配的自主充電接口。

該機器人能實現(xiàn)如下功能：

(1)自動巡檢：巡檢機器人可以根據(jù)指定的路線和巡檢目標點進行自動巡檢，巡檢過程不需要人工介入和遠程遙控，機器人將自動規(guī)劃運動路徑，自主移動到巡檢目標點，完成設定的任務和動作。

(2)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動：巡檢機器人與已有管廊監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，提高整個系統(tǒng)的機動性和靈活性。實際運行中，監(jiān)控系統(tǒng)可指導機器人工作，為其提供執(zhí)行任務的指令數(shù)據(jù)，而巡檢機器人可通過紅外攝像頭7對指定點或全部點的運行設備接頭溫度進行測量。

(3)突發(fā)事件處置：當管廊內(nèi)發(fā)生停電、火災或工作人員受傷等突發(fā)事件時，工作人員由于環(huán)境變化無法到達管廊內(nèi)部進行處理。在這種情況下，巡檢機器人可以進入事故現(xiàn)場，把現(xiàn)場的視頻、圖像、空氣中有害氣體含量、煙霧濃度等數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)，同時指引受傷工作人員及時離開事故現(xiàn)場，充分保障工作人員和設備的安全。

巡檢機器人能夠在管廊內(nèi)進行自動巡檢，替代人工對管廊的各種環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)控，包括溫度、氣體成分等等，并將這些實時信息傳回監(jiān)控系統(tǒng)，供工作人員判斷。巡檢機器人還能進行定點巡檢，對管廊內(nèi)敏感點或者人為關心點實行重點監(jiān)測檢查，尤其是當管廊內(nèi)測溫系統(tǒng)警報時，工作人員可操控巡檢機器人到故障地點實地查看，近距離得到溫度圖像信息和溫度數(shù)據(jù)信息，以幫助工作人員排查出管廊內(nèi)存在的安全隱患。配備多種傳感器，實現(xiàn)了定位導航、自動避障、地圖構(gòu)建、圖像獲取、溫度測量與氣體檢測等功能；不需要事先對管廊環(huán)境進行改造便能夠在危險場所內(nèi)自由移動并完成全管廊環(huán)境信息與圖像實時信號獲取、視頻記錄和無線通信。

相比于現(xiàn)有技術，本實用新型具有如下有益效果：行走總成采用輪式驅(qū)動方式，相對于履帶式和軌道式等驅(qū)動方式，其具有良好的定心轉(zhuǎn)彎能力和越障能力，能適應多種復雜地面環(huán)境，使機器人的運動更靈活，覆蓋范圍更廣。不需要事先對管廊環(huán)境進行改造，便能夠在危險場所內(nèi)自由移動并借助信息采集裝置完成全管廊的環(huán)境信息獲取，再通過無線網(wǎng)絡通信方式與遠程監(jiān)控系統(tǒng)對接，實現(xiàn)對行走總成和信息采集裝置的控制，以及對管廊環(huán)境的監(jiān)控。其巡檢效率高、成本低，能有效代替人工在危險場所內(nèi)執(zhí)行在線安全巡檢任務，完成日常的工況巡視、狀態(tài)記錄和事故報警等工作。

附圖說明

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步詳細介紹。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

附圖中標記對應的部件名稱如下：1-從動前輪，2-驅(qū)動后輪，3-前碰撞開關，4-后碰撞開關，5-激光傳感器，6-煙霧傳感器，7-紅外攝像頭，8-氣體傳感器，9-溫度傳感器，10-頻閃燈，11-一體化云臺，12-天線，13-急停開關，14-自主充電接口，15-搬運把手，16-滅火器。

具體實施方式

如圖1、2所示，本實用新型按照如下方式實施，一種城市管廊巡檢機器人，包括設置在機器人機身上的行走總成、信息采集裝置和控制系統(tǒng)，設置在管廊中的塢站，以及設置在終端的監(jiān)控系統(tǒng)。

具體地，所述行走總成用于驅(qū)動機器人行走。所述信息采集裝置用于獲取機器人位置信息和管廊環(huán)境信息。所述控制系統(tǒng)用于接收監(jiān)控系統(tǒng)的任務指令，進而控制行走總成運動和信息采集裝置運行，并將管廊環(huán)境信息和機器人位置信息通過塢站發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)分別與行走總成和信息采集裝置連接。

所述塢站包括用于通信的中繼站。安置于管廊的艙室中或者艙室外的出口處，作為通信中繼站連接控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信。機器人機身上設置有天線12，與塢站通過無線網(wǎng)絡連接。

所述監(jiān)控系統(tǒng)用于處理信息采集裝置所獲取到的信息，再進行分析、存儲，并對處理和分析出來的結(jié)果提供查詢和進行顯示，且向機器人的控制系統(tǒng)發(fā)送執(zhí)行任務的指令，從而控制機器人對管廊環(huán)境進行監(jiān)控報警。所述監(jiān)控系統(tǒng)與控制系統(tǒng)通過塢站進行通信。

以下對行走總成、信息采集裝置、控制系統(tǒng)、塢站和監(jiān)控系統(tǒng)做詳細說明。

一、行走總成與控制系統(tǒng)

所述控制系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的主機，以及與主機連接的底盤控制子系統(tǒng)；所述行走總成包括設置于機器人機身上的，分別與底盤控制子系統(tǒng)連接的底盤電機、轉(zhuǎn)向裝置、照明裝置、前碰撞開關3、后碰撞開關4和急停開關13。前碰撞開關3和后碰撞開關4分別設置與機器人機身前、后部，防止機器人因碰撞而損壞。急停開關13用于在緊急情況下對機器人制動。所述機器人機身上還設置有搬運把手15。照明裝置設置在機器人機身的四周，由于管廊內(nèi)光線黑暗，故用以提供適當?shù)恼彰鳌?/p>

所述行走總成采用輪式驅(qū)動方式，包括設置于機器人機身下部的從動前輪1和驅(qū)動后輪2，所述從動前輪1為橡膠輪，無需提供動力源；所述驅(qū)動后輪2為萬向輪，能實現(xiàn)360°任意方向的移動，從而能夠使機器人實現(xiàn)無半徑轉(zhuǎn)彎；所述底盤電機和轉(zhuǎn)向裝置分別與驅(qū)動后輪2連接。從動前輪1和驅(qū)動后輪2固定在一減震支座上，組成單側(cè)懸掛，再由一懸掛支承軸連接兩側(cè)的單側(cè)懸掛，上部框架支承座通過四個減震器與兩側(cè)懸掛相連接，從而構(gòu)成四輪減震機構(gòu)。

二、信息采集裝置與控制系統(tǒng)

所述控制系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的主機，以及與主機連接的信號轉(zhuǎn)接板；所述信息采集裝置包括設置于機器人機身上的，分別與信號轉(zhuǎn)接板連接的激光傳感器5、煙霧傳感器6、紅外攝像頭7、氣體傳感器8和溫度傳感器9。其中溫度傳感器9選用高性能設備，可對其他低檔測溫設備不能測量的點進行測量。

所述控制系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的主機，以及與主機連接的路由器；所述信息采集裝置包括設置于機器人機身上的，分別與路由器連接的頻閃燈10和一體化云臺11。頻閃燈10用以測量管廊內(nèi)的空氣成分及含量；一體化云臺11充當機器人的“眼睛”，使機器人對整個管廊內(nèi)的情況了如指掌，結(jié)合頻閃燈10能夠顯示出管廊內(nèi)空氣的成分及含量，使人工監(jiān)控更加直觀。

所述機器人機身上還設置有與主機連接的滅火器16。當信息采集裝置檢測到管廊內(nèi)發(fā)生火災時，監(jiān)控系統(tǒng)向機器人發(fā)送滅火的指令，機器人的控制系統(tǒng)接收指令后控制機器人定位并到達火災點，控制滅火器16的滅火噴頭對準火苗根部的位置進行滅火。

三、塢站

所述塢站還包括用于在機器人電量不足時，為行走總成、信息采集裝置及控制系統(tǒng)補充電能的充電裝置，所述機器人機身上設置有與充電裝置相匹配的自主充電接口14。當主機檢測到機器人自身攜帶的電池電量小于預先設定的閾值(最小電量)時，控制行走總成定位并到達距離最近的塢站完成自主充電；設定的閾值的電量能夠保證移動機器人以最小耗能狀態(tài)回到機器塢站。

四、監(jiān)控系統(tǒng)：

所述監(jiān)控系統(tǒng)包括與中繼站通過無線網(wǎng)絡連接的數(shù)據(jù)傳輸模塊，還包括分別與數(shù)據(jù)傳輸模塊連接的監(jiān)控設備、存儲設備和操控設備。其中，數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控設備、存儲設備和操控設備均屬于現(xiàn)有技術中已有的設備，本領域技術人員能夠根據(jù)現(xiàn)有技術對其做安裝和相應的操作，故不再贅述。

所述監(jiān)控系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，將移動機器人行走總成、信息采集裝置、塢站和控制系統(tǒng)接入監(jiān)控系統(tǒng)，完成信號采集(溫度、環(huán)境有毒氣體濃度、濕度等)或者處理人工干預下的應急事件，增強系統(tǒng)的功能。硬件部分包括監(jiān)視設備、存儲設備和操控設備，軟件部分為管理與應用系統(tǒng)。監(jiān)視設備用于實時監(jiān)視移動機器人的工作狀態(tài)、管廊內(nèi)的視頻圖像以及移動機器人上信息采集裝置采集到的數(shù)據(jù)。存儲設備用于存儲移動機器人巡檢過程中自身狀態(tài)信息、視頻圖像和信息采集裝置采集到的數(shù)據(jù)，并通過互聯(lián)網(wǎng)和管理與應用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)互聯(lián)。操控設備對移動機器人進行調(diào)度、控制移動機器人執(zhí)行任務。管理與應用系統(tǒng)用于對信息采集裝置采集的實時環(huán)境信息數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)管廊工作環(huán)境的地圖構(gòu)建、機器人的自動避障判斷和路徑規(guī)劃，開放MySQL數(shù)據(jù)庫字段的讀寫，可控制機器人完成事務性指令并形成機器人周期的巡檢報表。

地圖構(gòu)建，利用激光探測方法構(gòu)建一個管廊工作環(huán)境等比例的地圖，即通過激光探測器5和監(jiān)控系統(tǒng)的管理與應用系統(tǒng)的地圖構(gòu)建功能完成對陌生工作環(huán)境的等比例地圖繪制任務。當機器人處于另一個陌生環(huán)境時，機器人可在較短時間內(nèi)通過激光探測方法構(gòu)建一個工作環(huán)境的地圖，并通過監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視設備實時查看構(gòu)建過程中二維地圖形成信息。

自動避障，機器人采用激光傳感和RFID紅外傳感相結(jié)合的方式進行避障判斷，當機器人行進方向上遇到障礙物時(障礙物定義為在道路上直徑大于5cm且高度大于35cm的物體，障礙物包括且不限于墻壁、電纜線等)，機器人能夠判斷障礙物之間的距離，若障礙物之間的距離大于安全閾值，則機器人可自主規(guī)劃路徑避開障礙物通過。若障礙物之間的距離小于或等于安全閾值，則視為不能通過進行自動報警。由于工作需要在管廊內(nèi)可能會不定期放置各種固定物體，可通過監(jiān)控系統(tǒng)的地圖構(gòu)建功能對所構(gòu)建的地圖進行更新，把永久性的障礙物變成地圖信息的一部分，通過重新優(yōu)化機器人的巡檢路徑可有效解決障礙物認定和避障的問題。

路徑規(guī)劃，在已構(gòu)建的地圖上可設置機器人巡檢路線，設置巡檢路線時只需點取巡檢的起始點和終止點，監(jiān)控系統(tǒng)會自動在地圖上生成一條繞過各種障礙物、可實際用于機器人行進的路線，即為該兩點間的最優(yōu)路徑，若操作員覺得有必要改變路徑，可通過手動設置多個中間點的方式使規(guī)劃路徑更符合操作員的要求。行走總成啟動運行后巡視機器人即按該設計路線進行巡視任務，如果在機器人行進的過程中檢測到前方有障礙物時，機器人會及時重新規(guī)劃行進路線，通過實時激光信息匹配的方式繞過障礙物，之后再規(guī)劃路徑返回預定軌道。

以上行走總成、信息采集裝置、塢站、控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)之間的連接方式為：控制系統(tǒng)采用RS485和CAN總線的雙重通信方式控制驅(qū)動后輪的底盤電機和轉(zhuǎn)向裝置的工作狀態(tài)。同時，也能將實時工作狀態(tài)反饋到監(jiān)控系統(tǒng)中，并根據(jù)實際情況作出調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)通過主機和各傳感器之間通信連接方式有RS485方式和有線以太網(wǎng)連接方式。行走總成通過主機采用RS485總線傳輸方式直接與控制系統(tǒng)進行通信，而自主充電裝置、頻閃燈等通過主機采用RS485總線傳輸?shù)姆绞脚c控制系統(tǒng)進行通信；一體化云臺、激光傳感器采用有線以太網(wǎng)的傳輸方式，通過路由器組建的局域網(wǎng)通過主機與控制系統(tǒng)進行通信控制?？刂葡到y(tǒng)通過這些信號傳輸和通信方式對所有傳感器進行集中控制，并將獲取的相關傳感器信息傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)匯總，最終優(yōu)化巡視機器人運動控制和功能執(zhí)行。