本实用新型涉及地下综合管廊的自动巡检设备，具体涉及一种轨道式地下综合管廊巡检机器人及系统。
背景技术：
随着我国国民经济水平与城市化水平的不断提高，城市发展不可避免地面临地下供电、通信、给排水、供气等管道交错复杂、维护不便等困难。地下综合管廊将电力、通信、燃气、给排水等各种工程管线集于一体，是现代以及未来城市良好运转的地下保障。因此及时发现、审核、上报和处理地下综合管廊运行过程中存在的缺陷与隐患，保证管廊安全、可靠、稳定的运行十分必要。
目前，国内地下综合管廊巡检机器人普遍采用地面移动式巡检机器人与轨道式机器人两种方式。由于地下综合管廊空间狭长，内部的电缆、管线及相关设备均靠墙排列，地面移动式巡检机器人难以精确检测到管廊设备的真实状态并精准识别其缺陷和隐患，特别是无法对排列较高的电缆、管线进行有效检测，存在明显的巡检死角，如在地面移动式巡检机器人上加装机械臂可能会导致机器人重心不稳，操作不便。
传统的轨道式巡检机器人用于地下综合管廊的自动巡检时存在下述问题：
1、传统的轨道式巡检机器人在定位上采用单独里程计或单独rfid收发器的定位方式。采用单里程计进行定位时，由于增量式里程计存在累积误差，随着机器人的不断行进必然会导致定位误差不断累积，因此该定位方法精度较低；采用单独rfid收发器的定位方式时，虽然rfid定位准确度较高但由于机器人巡检距离较长，rfid接收标签成较高，并且在rfid两个标签之间机器人处于定位盲区状态，实用性较差。
2、传统的轨道式巡检机器人在用于可燃气体检测时，地面式与轨道式巡检机器人的气体传感器均放置在机器人的固定位置上，由于管廊中可燃性气体泄漏点和气体密度并不相同，因此无法对可燃性气体泄露或产生的初期进行准确预警。
3、传统的轨道式巡检机器人一般采用单轮运动、双轮运动或齿轮齿条啮合运动方式，采用上述运动方式时机器人行走轮或齿条机械结构需承受较大重量导致甚至机械结构磨损严重。此外，在机器人电源设计上，传统轨道式机器人采用轨道载波供电方式，该方式机器人受电机构与市电直接接触，易产生火花，安全性能无法保障。
因此，针对上述技术问题，如何实现一种能够克服上述技术问题、适用于地下综合管廊的自动巡检的轨道式地下综合管廊巡检机器人，已成为一项亟待解决的关键技术问题。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种轨道式地下综合管廊巡检机器人及系统，本实用新型能够解决轨道式地下综合管廊下的机器人定位问题，可根据需要完成所需的巡检作业，具有定位精确高、巡检范围管、安全性能好的优点。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型提供一种轨道式地下综合管廊巡检机器人，包括用于通过轨道进行巡检作业的机器人本体，所述机器人本体内部带有主控单元，所述机器人本体的顶部设有用于和轨道配合的轨道行走机构，所述轨道行走机构上设定位单元，所述定位单元包括里程计、rfid收发器和里程校正触发开关，所述机器人本体底部设有巡检作业设备单元。
可选地，所述机器人本体底部设有具有水平和竖直两个方向的自由度的二自由度机械臂，所述巡检作业设备单元通过二自由度机械臂与机器人本体相连。
可选地，所述巡检作业设备单元包括气体检测模块、局部放电检测仪、灭火装置、图像采集设备中的至少一种。
可选地，所述气体检测模块包括推杆电机和抽气管，所述推杆电机的末端和抽气管相连，所述机器人本体内部安装有气泵以及气体检测传感器，所述气泵与抽气管相连，气体检测传感器安装在气泵的气流管路上，所述推杆电机、气泵以及气体检测传感器均与主控单元相连。
可选地，所述图像采集设备为双目云台相机，所述双目云台相机的云台上设有可见光摄像头以及红外摄像机，所述双目云台相机的可见光摄像头、红外摄像机以及云台分别与主控单元相连。
可选地，所述机器人本体设有锂电池模块和稳压电源模块，所述电池模块通过稳压电源模块和主控单元相连，所述机器人本体的一侧设有无线充电接收器，所述无线充电接收器的输出端与锂电池模块相连。
可选地，所述机器人本体上设有无线网桥和超声波雷达，所述无线网桥和超声波雷达分别与主控单元相连。
可选地，所述轨道行走机构包括行走轮单元以及四个支撑架，所述行走轮单元包括行走轮和行走驱动电机，所述行走驱动电机的外壳和机器人本体相连，所述行走驱动电机的输出轴与行走轮相连以驱动行走轮与轨道发生相对运动，所述支撑架上设有承重轮以及可转动的转动平台，所述转动平台的转动轴线与承重轮的轴线相互垂直，所述转动平台的两侧和支撑架之间设有第一弹簧，且所述转动平台的两端设有第二弹簧，所述第二弹簧的端部均安装有导向轮，所述导向轮的轴线与转动平台的转动轴线相互平行。
本实用新型提供一种轨道式地下综合管廊巡检系统，包括轨道以及前述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，所述轨道上设有至少一个用于与rfid收发器配合的rfid定位标签以及至少一个用于触发里程校正触发开关的触发部件。
可选地，所述轨道上至少一个固定位的一侧设有无线充电桩。
和现有技术相比，本实用新型具有下述优点：
1、本实用新型包括用于通过轨道进行巡检作业的机器人本体，机器人本体的顶部设有用于和轨道配合的轨道行走机构，轨道行走机构上设定位单元，定位单元包括里程计、rfid收发器，集成了里程计、rfid收发器两种定位方式，可以根据需要采用可用的定位方式，还可以根据需要对两种定位方式进行综合以实现更精确的定位与作业任务下达，能够解决轨道式地下综合管廊下的机器人定位问题，可根据需要完成所需的巡检作业，具有定位精确高、巡检范围管、安全性能好的优点。
2、本实用新型的定位单元还包括里程校正触发开关，利用里程校正触发开关可以定期触发里程计的里程校正，从而相对采用软件定时或者其他实现方式而言，准确度更高。
附图说明
图1为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检机器人的整体结构图（侧视）。
图2为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检机器人的整体结构图（正视）。
图3为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检机器人的行走机构示意图。
图4为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检机器人行走轮正视图。
图5为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检机器人行走轮侧视图。
图6为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检机器人行走轮俯视图。
图7为本发明实例的轨道式地下综合管廊巡检系统的结构示意图。
图例说明：1、轨道；11、rfid定位标签；12、触发部件；13、无线充电桩；2、机器人本体；20、主控箱；21、无线充电接收器；22、无线网桥；23、超声波雷达；3、轨道行走机构；31、支撑架；311、承重轮；312、转动平台；313、第一弹簧；314、第二弹簧；315、导向轮；4、定位单元；41、里程计；42、rfid收发器；43、里程校正触发开关；5、巡检作业设备单元；51、气体检测模块；511、推杆电机；512、抽气管；52、图像采集设备；6、二自由度机械臂。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本实施例提供一种轨道式地下综合管廊巡检机器人（以下简称机器人），包括用于通过轨道1进行巡检作业的机器人本体2，机器人本体2内部带有主控单元（位于主控箱20内），机器人本体2的顶部设有用于和轨道1配合的轨道行走机构3，轨道行走机构3上设定位单元4，定位单元4包括里程计41、rfid收发器42和里程校正触发开关43，机器人本体2底部设有巡检作业设备单元5。本实施例中，rfid收发器42具体用于作业任务下达，里程校正触发开关43用于触发对里程计41的校正。需要说明的是，对里程计41的校正是里程计41的基本应用方法，故本实施例中不再展开说明。
如图1和图2所示，机器人本体2底部设有具有水平和竖直两个方向的自由度的二自由度机械臂6，巡检作业设备单元5通过二自由度机械臂6与机器人本体2相连。通过具有水平和竖直两个方向的自由度的二自由度机械臂6，有效增加了机器人作业机构灵活度，扩大的机器人的巡检作业范围，解决了其他类型机器人作业机构自由度不足的问题。如图1和图2所示，本实施例中二自由度机械臂6包括水平方向机械臂与竖直方向机械臂，水平方向机械臂和机器人本体2之间设有转动驱动电机，用于驱动水平方向机械臂沿着水平方向运动；水平方向机械臂的末端设有转动驱动电机，用于驱动竖直方向机械臂发生转动。
如图1和图2所示，巡检作业设备单元5包括气体检测模块51和图像采集设备52，此外还可以根据需要布置局部放电检测仪、灭火装置等巡检作业设备，还可以根据需要选择上述任一巡检作业设备或者两种以上的巡检作业设备进行组合，实现机器人多种作业要求。本实施例中，二自由度机械臂6的端部具有可拆卸功能，可以根据作业场景、作业任务安装所述巡检作业设备，实现机器人多种作业任务要求。
如图1和图2所示，气体检测模块51包括推杆电机511和抽气管512，推杆电机511的末端和抽气管512相连，机器人本体2内部安装有气泵以及气体检测传感器，气泵与抽气管512相连，气体检测传感器安装在气泵的气流管路上，推杆电机511、气泵以及气体检测传感器均与主控单元相连。本实施例中，气泵以及气体检测传感器也安装在主控箱20内。结合二自由度机械臂6的水平和竖直两个方向的自由度调整，以及推杆电机511的伸缩控制，能够对临近任意空间位置的气体进行检测。本实施例中，气体检测传感器包括可燃性气体传感器与烟雾传感器，利用可燃性气体传感器可发现气体密度不同的可燃性气体及安装在不同位置的燃气管道泄露等隐患，利用烟雾传感器可实现烟雾监测，此外也可以根据需要选择可燃性气体传感器与烟雾传感器中的一种。为了实现更全面的环境监测，本实施例中的机器人的主控单元还带有温度传感器、湿度传感器，用于结合可燃性气体传感器与烟雾传感器实现对管廊的环境进行全面检测。
通过二自由度机械臂6的水平方向调整机械臂、竖直方向机械臂的运动角度，即可利用图像采集设备52对管廊两侧的电缆、电气设备等进行检测。本实施例中，图像采集设备52为双目云台相机，双目云台相机的云台上设有可见光摄像头以及红外摄像机，双目云台相机的可见光摄像头、红外摄像机以及云台分别与主控单元相连。可见光摄像头主要用于表记识别，检测开关分合位置与表计数据、二维码等。红外摄像头用于监测电缆与电气设备的温度，当电缆或电气设备的运行温度超过额定工作温度时，可视为过载或非正常工作状态，需要上报给工作人员进行检修作业。
本实施例中，机器人本体2设有锂电池模块和稳压电源模块，电池模块通过稳压电源模块和主控单元相连，机器人本体2的一侧设有无线充电接收器21，无线充电接收器21的输出端与锂电池模块相连。本实施例中在电源设计上摒弃轨道载波供电方式，采用大功率无线充电设计，充电过程中机器人与充电桩不发生物理接触、无火花，便于远程控制等，安全性显著提高，能够提高机器人安全性能。
如图2所示，机器人本体2上设有无线网桥22和超声波雷达23，无线网桥22和超声波雷达23分别与主控单元相连，通过无线网桥22用于确保机器人本体2的主控单元的无线通信性能，通过超声波雷达23能够方便检测巡检起点还是在巡检终点。
如图3、图4、图5和图6所示，轨道行走机构3包括行走轮单元以及四个支撑架31，行走轮单元包括行走轮和行走驱动电机，行走驱动电机的外壳和机器人本体2相连，行走驱动电机的输出轴与行走轮相连以驱动行走轮与轨道1发生相对运动，支撑架31上设有承重轮311以及可转动的转动平台312，转动平台312的转动轴线与承重轮311的轴线相互垂直，转动平台312的两侧和支撑架31之间设有第一弹簧313，且转动平台312的两端设有第二弹簧314，第二弹簧314的端部均安装有导向轮315，导向轮315的轴线与转动平台312的转动轴线相互平行。四个支撑架31上的承重轮311、导向轮315、两个第一弹簧313以及两个第二弹簧314形成了左右对称分布的柔性行走轮机械结构，实现了机器人行走机构与轨道1的紧密贴合以及机器人的灵巧转弯运动，解决的其他类型机器人行走轮打滑以及转弯半径多大的难题。柔性行走轮机械结构的工作原理如下：机器人的四个对称分布的承重轮311平均承担机器人的重量，并悬挂在工字梁轨道（轨道1）上，位于承重轮311两侧的导向轮315分别与轨道1的侧壁贴合，且两侧的导向轮315分别通过第二弹簧314与可旋转运动的转动平台312连接，转动平台312通过第一弹簧313与支撑架31相连。两个第一弹簧313以及两个第二弹簧314在产生的预紧力下紧密与轨道1贴合。机器人沿轨道1行走时，两个第二弹簧314产生的预紧力与两个第一弹簧313所产生的预紧力相抵消使得转动平台312不发生旋转；当机器人沿着轨道1转弯时，由于两个第一弹簧313以及两个第二弹簧314的弹力作用下依然贴合轨道1，但由于两个第一弹簧313的弹力不一致，使得转动平台312在合力的作用下发生相应偏转从而实现机器人的灵巧转弯。
如图7所示，本实施例提供一种轨道式地下综合管廊巡检系统，包括轨道1以及前述的机器人，轨道1上设有至少一个用于与rfid收发器42配合的rfid定位标签11以及至少一个用于触发里程校正触发开关43的触发部件12。rfid定位标签11具体可以根据地下综合管廊的重要巡检点位置的分布来进行布置；本实施例中，触发部件12具体为安装在轨道1上的定位螺钉，且在轨道1上每间隔固定距离打入一颗定位螺钉。
如图7所示，本实施例中，轨道1上至少一个固定位的一侧设有无线充电桩13。本实施例中具体是在巡检起点、巡检终点各设有一个无线充电桩13，使得机器人不论是在巡检起点还是在巡检终点都可以进行无线充电。
本实施例轨道式地下综合管廊巡检系统的工作过程如下：
1、空闲状态下，机器人位于巡检起点或巡检终点，并利用巡检起点或巡检终点的无线充电桩13进行充电。
2、上收到接收到巡检任务时，机器人开始沿着轨道1行走开始进行作业：主控单元收集里程计41所记录机器人的速度和距离信息并通过无线网桥22上传至上位机，每当机器人的里程校正触发开关43靠近触发部件12时，里程校正触发开关4向主控单元发送触发信号，主控单元对里程计41进行一次校正以消除累积误差。当机器人的rfid收发器42感应到rfid定位标签11后，机器人调整二自由度机械臂6的水平方向机械臂与竖直方向机械臂的角度，通过图像采集设备52对巡检对象进行拍照、录像，或者调整推杆电机511的伸缩长度，打开位于主控箱20中的气泵，通过抽气管512对管廊各区域的气体成分进行抽取、检测和分析；对该rfid定位标签11的巡检任务完成后即继续向终点方向行进。机器人在行进过程中可通过位于主控箱20的各种传感器如温度传感器、湿度传感器、可燃性气体传感器和烟雾传感器对管廊的环境进行监测，并可利用图像采集设备52采集到的图像进行视觉处理识别标记读数或开关分合状态，一旦发现参数异常后机器人立刻通过无线网桥22上传故障信息与故障位置。最终，机器人通过不断重复上述工作循环，可以实现对地下综合管廊的有效巡检。
综上所述，本实施例轨道式地下综合管廊巡检系统具有适应城市地下综合管廊的机器人总体结构设计、有效降低机械磨损与具有灵巧柔性设计的机器人行走机构设计、适用于多种作业任务的机械臂与模块化作业平台设计、可对综合管廊不同位置空气成分进行采样分析设计、机器人行走的精确定位设计与安全充电设计，本实施例轨道式地下综合管廊巡检系统定位精度高、适用范围广、安全性能好、漏检及误检率低，能够良好适应地下综合管廊作业环境，广泛参地下综合管廊巡检工作任务，具有良好的经济和社会效益。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
1.一种轨道式地下综合管廊巡检机器人，包括用于通过轨道（1）进行巡检作业的机器人本体（2），所述机器人本体（2）内部带有主控单元，所述机器人本体（2）的顶部设有用于和轨道（1）配合的轨道行走机构（3），其特征在于：所述轨道行走机构（3）上设定位单元（4），所述定位单元（4）包括里程计（41）、rfid收发器（42）和里程校正触发开关（43），所述机器人本体（2）底部设有巡检作业设备单元（5）。
2.根据权利要求1所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述机器人本体（2）底部设有具有水平和竖直两个方向的自由度的二自由度机械臂（6），所述巡检作业设备单元（5）通过二自由度机械臂（6）与机器人本体（2）相连。
3.根据权利要求1所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述巡检作业设备单元（5）包括气体检测模块（51）、局部放电检测仪、灭火装置、图像采集设备（52）中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述气体检测模块（51）包括推杆电机（511）和抽气管（512），所述推杆电机（511）的末端和抽气管（512）相连，所述机器人本体（2）内部安装有气泵以及气体检测传感器，所述气泵与抽气管（512）相连，气体检测传感器安装在气泵的气流管路上，所述推杆电机（511）、气泵以及气体检测传感器均与主控单元相连。
5.根据权利要求3所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述图像采集设备（52）为双目云台相机，所述双目云台相机的云台上设有可见光摄像头以及红外摄像机，所述双目云台相机的可见光摄像头、红外摄像机以及云台分别与主控单元相连。
6.根据权利要求1所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述机器人本体（2）设有锂电池模块和稳压电源模块，所述电池模块通过稳压电源模块和主控单元相连，所述机器人本体（2）的一侧设有无线充电接收器（21），所述无线充电接收器（21）的输出端与锂电池模块相连。
7.根据权利要求1所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述机器人本体（2）上设有无线网桥（22）和超声波雷达（23），所述无线网桥（22）和超声波雷达（23）分别与主控单元相连。
8.根据权利要求1所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，其特征在于：所述轨道行走机构（3）包括行走轮单元以及四个支撑架（31），所述行走轮单元包括行走轮和行走驱动电机，所述行走驱动电机的外壳和机器人本体（2）相连，所述行走驱动电机的输出轴与行走轮相连以驱动行走轮与轨道（1）发生相对运动，所述支撑架（31）上设有承重轮（311）以及可转动的转动平台（312），所述转动平台（312）的转动轴线与承重轮（311）的轴线相互垂直，所述转动平台（312）的两侧和支撑架（31）之间设有第一弹簧（313），且所述转动平台（312）的两端设有第二弹簧（314），所述第二弹簧（314）的端部均安装有导向轮（315），所述导向轮（315）的轴线与转动平台（312）的转动轴线相互平行。
9.一种轨道式地下综合管廊巡检系统，包括轨道（1）以及权利要求1～8中任意一项所述的轨道式地下综合管廊巡检机器人，所述轨道（1）上设有至少一个用于与rfid收发器（42）配合的rfid定位标签（11）以及至少一个用于触发里程校正触发开关（43）的触发部件（12）。
10.根据权利要求9所述的轨道式地下综合管廊巡检系统，其特征在于：所述轨道（1）上至少一个固定位的一侧设有无线充电桩（13）。
技术总结