隧道探测机器人.pdf

本发明涉及一种隧道探测机器人，包括由内连接有支架与框架的外壳及机盖组成的机体及依次连接的电池、电机、履带式行走机构，其特征是：包括自动检测的上、下位机，所述下位机由机盖前部顶端设有带云台的摄像机及置于机体内的控制板组成，所述控制板分别与数据采集模块、光通信模块连接，所述光通信模块与视频采集模块和上位机PC连接。本发明的有益效果：在电缆隧道发生紧急情况如隧道起火，工作人员无法确定隧道内情况，无法进入隧道进行处理时，将机器人用铰链从隧道检查井口放入隧道，进行勘查。它可以直接向地面控制系统提供隧道内的图像、语音、环境温度、探测物体温度、一氧化碳等有害气体含量。

1.   一种隧道探测机器人，包括由内连接有支架与框架的外壳及机盖组成的机体及依次连接的电池、电机、履带式行走机构，其特征是：包括自动检测的上、下位机，所述下位机由机盖前部顶端设有带云台的摄像机及置于机体内的控制板组成，所述控制板分别与数据采集模块、光通信模块连接，所述光通信模块与视频采集模块和上位机PC连接。

2.   根据权利要求1所述的隧道探测机器人，其特征是：所述数据采集模块包括气体浓度器、温湿度探测器、电机控制模块、灯光控制模块并与控制板的单片机连接，控制板的单片又与云台解码器及摄像机连接。

3.   根据权利要求1所述的隧道探测机器人，其特征是：所述下位机通过串口与上位机采用ZCRT协议通信。

4.   根据权利要求1所述的隧道探测机器人，其特征是：所述行走机构为履带式行走机构，包括有支架、行走轮、辅助轮、链轮、链条及履带，所述支架与框架相连，电机的输出端固定链轮并通过链条与固定在支架上的大链轮链接，所述辅助轮与大链轮同轴连接并通过履带与行走轮连接。

隧道探测机器人
技术领域
本发明属于隧道检测设备，尤其涉及一种可以实现隧道突发事故探测自动化的隧道探测机器人。
背景技术
替代架空线缆的电力隧道已被国内外广泛应用，已成为城市电力传输的主要发展方向。电缆隧道由钢筋混凝土浇筑，构建于地下距地表3-5米处。进出电缆隧道需依靠竖井壁上预留的爬梯。井口加盖有双层井盖。隧道内无低压电源、无照明、没有GSM网络信号，无线传输距离衰减严重。隧道里常年保持常温，个别地段有积水。地下电缆隧道因空间狭长，障碍物较多，内部可燃物复杂，发生火灾时高温浓烟易于积聚，扑救人员很难及时获知隧道中的状况，无法进行及时有效的扑救。长期以来，在隧道检测方面，主要还是靠人工进行。电缆隧道出现问题造成的后果，如果用经济价值衡量的话，是以秒为计量单位。因此，业内亟待开发一种可以及时地反映事故现场情况为领导者决策提供可靠依据并将电缆隧道火灾所造成的经济损失降到最小的隧道检测设备。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种可以实现隧道突发事故探测自动化的隧道探测机器人，它可以在运动中进行现场视频采集，并向地面控制系统提供隧道内的图像、语音、环境温度、探测物体温度、一氧化碳等有害气体含量，为控制人员提供最直观的现场情况。
为实现上述目的，采用以下技术方案：一种隧道探测机器人，包括由内连接有支架与框架的外壳及机盖组成的机体及依次连接的电池、电机、履带式行走机构，其特征是：包括自动检测的上、下位机，所述下位机由机盖前部顶端设有带云台的摄像机及置于机体内的控制板组成，所述控制板分别与数据采集模块、光通信模块连接，所述光通信模块与视频采集模块和上位机PC连接。
所述数据采集模块包括气体浓度器、温湿度探测器、电机控制模块、灯光控制模块并与控制板的单片机连接，控制板的单片又与云台解码器及摄像机连接。
所述下位机通过串口与上位机采用ZCRT协议通信。
所述行走机构为履带式行走机构，包括有支架、行走轮、辅助轮、链轮、链条及履带，所述支架与框架相连，电机的输出端固定链轮并通过链条与固定在支架上的大链轮链接，所述辅助轮与大链轮同轴连接并通过履带与行走轮连接。
本发明的有益效果：在电缆隧道发生紧急情况如隧道起火，工作人员无法确定隧道内情况，无法进入隧道进行处理时，将机器人用铰链从隧道检查井口放入隧道，进行勘查，并向地面控制系统提供隧道内的图像、语音、环境温度、探测物体温度、一氧化碳等有害气体含量。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是上位机与下位机控制电路连接框图；
图3是本发明的电路连接图；
图4是履带式行走机构的结构示意图。
具体实施方式
附图是本发明的实施例，下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
参照附图，一种隧道探测机器人，包括由内连接有支架1与框架2的外壳3及机盖4组成的机体5及依次连接的电池6、电机7、履带式行走机构8，并包括自动检测的上、下位机，所述下位机由机盖前部顶端设有带云台9的摄像机10及置于机体内的控制板11组成，机盖采用不锈钢材料。摄像机圆球罩12，具有防水功能。所述控制板分别与数据采集模块、光通信模块连接，所述光通信模块与视频采集模块和上位机PC连接。所述数据采集模块包括气体浓度器19、温湿度探测器20、电机控制模块、灯光控制模块并与控制板的单片机连接，控制板的单片又与云台解码器及摄像机连接。所述下位机通过串口与上位机采用ZCRT协议通信。所述行走机构为履带式行走机构，包括支架1、行走轮13、辅助轮14、链轮15、链条16及履带17，所述支架与框架相连，电机的输出端固定链轮并通过链条与固定在支架上的大链轮18链接，所述辅助轮与大链轮同轴连接并通过履带与行走轮连接。框架采用不锈钢方管焊接成型，有孔部分采用4-5mm厚金属板与框架焊接。所述链轮和环绕在链轮上的链条组成链传动机构。工作时通过链条的连节与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。采用履带式行走模式，适合隧道这种复杂地面环境的行走，可涉水200mm，攀爬直立障碍物高度200mm，攀爬斜坡最大倾斜角度55°，0转弯半径，能跨越Φ400mm坑洞。采用光纤有线控制，机器人在隧道内行动距离不小于200米。隧道探测机器人的控制主要通过控制板(主控芯片为51系列单片机)来实现，完成机器人的运动和数据采集。视频采集模块采集现场视频，通过光通信模块上传到上位机，为控制人员提供最直观的现场情况。整车尺寸为：长1100mm×宽430mm×高450mm。由于隧道内的特殊环境，机体内自备24v20Ah铅酸电池，同时也可外接交流220v电源，机体自带适配器。机器人的行走动力来自2个三相混合式步进电机。机器人配备3个摄像头，分别位于机器人机身的前后两端以及中部(其中中部的为22倍480线彩色数字摄像头)，通过视频卡与工控主机连接，实现图像的远程传输和控制。360°旋转的云台上有高亮度冷光源伴随摄像头同步转动。
工作原理：隧道探测机器人进入隧道前要先打开电源，用铰链将机器人从隧道检查井口放入隧道。各数据采集传感器(如：温湿度、气体浓度等)，通过串口与控制板通信，视频采集和控制板同时接入光通信模块，最后由光通信模块与上位机PC交换数据。上位机是控制中枢，发送各种命令给控制板。ZCRT协议采用定长指令格式(25字节)，包括帧头、控制指令字节、数据字节和校验字节。上位机把命令封装成ZCRT数据包通过串口发送到下位机，下位机接收到数据后，从数据包中取出有效指令，然后执行相应动作。如果是数据采集指令，则单片机从变送器读取温湿度以及气体浓度数据，然后封装成ZCRT数据包发回上位机。如果是机器人动作指令，单片机就通过串口将相应动作指令发给电机控制器，控制机器人前进或后退。如果是灯光控制指令，则单片机将相应的灯光打开或关闭。如果是云台控制指令，单片机向云台解码器发送相应指令(采用PELCO_D协议)控制云台动作。同时下位机还负责处理一些意外情况，在遇到前方温度过高或触到不可逾越障碍的时候让电机停止或后退。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。