一種隧道檢測機器人及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于隧道檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道檢測機器人及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隧道是埋置于地層內(nèi)的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式，隧道的結(jié) 構(gòu)包括主體建筑物和附屬設(shè)備兩部分，主體建筑物由洞身和洞口組成，附屬設(shè)備包括避車 洞、消防設(shè)施、應(yīng)急通訊和防排水設(shè)施，有些隧道還設(shè)有專門的通風設(shè)備和照明設(shè)備。
[0003] 目前在一些隧道建設(shè)中，經(jīng)常出現(xiàn)隧道自身結(jié)構(gòu)變形或者附屬設(shè)備破損的現(xiàn)象， 使得對隧道做安全檢測是十分必要的。在安全檢測過程中，隧道中的信息數(shù)據(jù)是了解隧道 自身狀況中的一項非常重要的工作。隧道中的信息數(shù)據(jù)一般包括隧道的洞身內(nèi)部結(jié)構(gòu)和 隧道中內(nèi)部環(huán)境情況（積水情況、空氣質(zhì)量等）。目前隧道安全檢測工作基本上采取人工 操作，不但智能化程度低，檢測精度差，出現(xiàn)漏拍現(xiàn)象，不得不進行第二次檢測，檢測效率低 下，而且隧道內(nèi)部環(huán)境惡劣，存在積水、空氣質(zhì)量差等情況，嚴重危害操作人員的健康。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種隧道檢測機器人及檢測方法，隧道檢測機器人具有很強的越障 能力和環(huán)境適應(yīng)能力，其能在隧道中按照檢測路線進行全程檢測工作，一次檢測即可獲取 隧道全程內(nèi)的信息數(shù)據(jù)，檢測工作簡單、快速，而且檢測精度高、成本低、效率高。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種隧道檢測機器人，其特征在于：包括移動平臺和設(shè)置在移動平臺上的殼體，移 動平臺的底部設(shè)有充電裝置，殼體中設(shè)有傳感器和照明燈；移動平臺的左右兩側(cè)均設(shè)有履 帶傳動裝置，履帶傳動裝置包括驅(qū)動輪、承重輪和導向輪，驅(qū)動輪、承重輪和導向輪傳動連 接有履帶；移動平臺上設(shè)有支撐機構(gòu)，支撐機構(gòu)上設(shè)有軌道，軌道上設(shè)有移動機構(gòu)，移動機 構(gòu)上設(shè)有限位機構(gòu)，限位機構(gòu)上設(shè)有止動軸，止動軸設(shè)于支撐機構(gòu)上；移動機構(gòu)上設(shè)有轉(zhuǎn)動 凹槽，轉(zhuǎn)動凹槽中設(shè)有回轉(zhuǎn)機構(gòu)；回轉(zhuǎn)機構(gòu)上設(shè)有基座，基座上設(shè)有電機驅(qū)動器，基座上設(shè) 有驅(qū)動臂，驅(qū)動臂連接電機驅(qū)動器，基座上設(shè)有轉(zhuǎn)動機械臂，轉(zhuǎn)動機械臂連接驅(qū)動臂，轉(zhuǎn)動 機械臂上設(shè)有頂起機構(gòu)；支撐機構(gòu)的前端、左側(cè)和右側(cè)設(shè)有攝像頭。
[0007] 進一步，傳感器包括超聲傳感器、紅外傳感器、多參數(shù)氣體傳感器、溫度傳感器和 紅外熱成像儀，傳感器用于進行環(huán)境識別和智能運動控制。
[0008] 進一步，頂起機構(gòu)包括兩個牽引片，牽引片上設(shè)有通孔，通孔的設(shè)置，便于將隧道 檢測機器人吊裝到隧道底部。
[0009] 進一步，支撐機構(gòu)上設(shè)有滑槽，滑槽中滑動連接有滑桿，滑桿上設(shè)有攝像頭，滑桿 滑動連接在滑槽中，調(diào)整攝像頭在支撐機構(gòu)上的位置，使攝像頭獲取隧道內(nèi)部清晰的畫質(zhì)。
[0010] 進一步，攝像頭的俯仰范圍為±30°，攝像頭的左右擺動范圍為±15°，增大攝 像頭的拍攝范圍，獲取更多的隧道內(nèi)部信息。
[0011] 進一步，照明燈采用兩個LED燈，LED燈的功率為35W，LED燈由半導體芯片封裝在 環(huán)氧樹脂中，LED燈采用冷發(fā)光技術(shù)，兩個LED燈為隧道內(nèi)部提供光源，方便攝像頭進行拍 攝，同時LED燈具有節(jié)能效果。
[0012] -種隧道檢測機器人檢測方法，其特征在于包括如下步驟：
[0013] (a)建立隧道信息工作站：在路基及各種過渡段結(jié)構(gòu)物均施工完成后，在檢測隧 道范圍中部建立信息工作站，信息工作站包括控制模塊，控制模塊用于控制隧道檢測機器 人，再根據(jù)整個隧道具體分布情況，劃分出檢測段，然后將隧道檢測段的數(shù)據(jù)存入信息工作 站中，在信息工作站中顯示出隧道檢測機器人在各個檢測段中的預(yù)期檢測路線；
[0014] (b)測量隧道洞口數(shù)據(jù)：利用全站儀進行定位測量，先確定好水平基準點，一般以 施工后的路基為基準點，然后測量出隧道洞口的寬度、基準點到隧道頂部位置的深度和基 準點到隧道底部的深度；
[0015] (C)吊裝隧道檢測機器人：根據(jù)隧道洞口的測量的數(shù)據(jù)，在路基上搭建牽引裝置， 設(shè)置好定滑輪的安裝角度，然后將牽引裝置上的繩索連接隧道檢測機器人上的牽引片的通 孔中，調(diào)整好隧道檢測機器人吊入隧道洞口的角度，繩索順著定滑輪，將隧道檢測機器人從 隧道洞口中吊裝到隧道檢測段的底部；
[0016] (d)隧道檢測機器人初始位置定位：根據(jù)檢測段的檢測路線，隧道檢測機器人上 的超聲傳感器、紅外傳感器探測離初始位置的距離信息，并把距離信息傳輸?shù)叫畔⒐ぷ髡荆?通過多傳感器信息融合方法，計算出隧道檢測機器人上兩側(cè)的輪速，然后將該信息輸入到 隧道檢測機器人兩側(cè)的電機驅(qū)動控制模塊中，兩側(cè)的電機驅(qū)動控制模塊控制隧道檢測機器 人兩側(cè)的履帶傳動裝置的轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速的變化，控制隧道檢測機器人的運動，將隧道檢測 機器人定位到檢測路線的初始位置，以便于隧道檢測機器人對整段檢測段的檢測工作；
[0017] (e)隧道檢測中信息獲?。核淼罊z測機器人從初始位置出發(fā)，按照檢測段的檢測 路線前進，進行檢測段的檢測工作，隧道檢測機器人上的照明燈為檢測工作提供光源，多參 數(shù)氣體傳感器獲取隧道中一氧化碳、二氧化碳、甲烷有毒氣體的信息，溫度傳感器獲取隧道 中溫度的信息，攝像頭分別獲取隧道左、右兩側(cè)和前方的隧道中的信息，隧道檢測機器人通 過無線電通信與控制模塊建立關(guān)系，將檢測到的信息上傳到控制模塊，工作人員記入信息， 用于分析每一段檢測段的環(huán)境情況；
[0018] (f)隧道檢測中障礙物排除：隧道檢測機器人在獲取信息的同時，控制模塊處理 信息，信息工作站經(jīng)過無線電通信對隧道檢測機器人下達命令，當遇到障礙物時，隧道檢測 機器人通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法和t_s模糊神經(jīng)網(wǎng)格相結(jié)合方法識別和捕捉障礙物信息， 將信息傳送到信息工作站，控制模塊處理障礙物信息，信息工作站經(jīng)過無線電通信將信息 輸入到隧道檢測機器人兩側(cè)的電機驅(qū)動控制模塊中，兩側(cè)的電機驅(qū)動控制模塊控制隧道檢 測機器人兩側(cè)的履帶傳動裝置的轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速的變化，控制隧道檢測機器人的運動，同時 根據(jù)障礙物的位置，控制隧道檢測機器人中的移動機構(gòu)在支撐機構(gòu)上的位置，控制回轉(zhuǎn)機 構(gòu)在移動機構(gòu)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到最近的觸碰點方向，然后電機驅(qū)動器控制驅(qū)動臂轉(zhuǎn)動，驅(qū)動臂帶動 驅(qū)動轉(zhuǎn)動機械臂轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動機械臂上的頂起機構(gòu)頂?shù)接|碰點處，控制隧道檢測機器人的運 動，隧道檢測機器人排除障礙物干擾，回復到指定的檢測路線前進，繼續(xù)對每一段檢測段進 行ig息獲??；
[0019] (g)隧道檢測中電源管理：在隧道檢測機器人內(nèi)部安裝大容量鋰電池，提供充足 的電能，選擇嵌入式單片機作為主控芯片，配合電池電量監(jiān)控電路板實現(xiàn)對電源輸出電壓 和電流的采集，計算剩余電量，收到上位機命令時，把剩余電量數(shù)據(jù)發(fā)送給信息工作站，當 電壓低于20%時向中央處理器報警，信