[发明专利]一种隧道结构全自动智能巡检机器人及巡检方法

权利要求书

1.一种隧道结构全自动智能巡检机器人，其特征在于：由检测系统、承载运动平台和工务运维管理平台三大部分组成，检测系统安装在承载运动平台上，承载运动平台和检测系统由工务运维管理平台连接控制，工务运维管理平台通过无线网络与承载运动平台和检测系统进行双向无线通信；

所述检测系统包括隧道结构成像系统、隧道轮廓变形激光扫描系统、隧道管片错台检测系统、轨道扣件检测系统、检测定位子系统、图像采集垂直升降机构、激光系统垂直升降机构和检测控制系统；所述隧道结构成像系统包括6台线阵相机、6台LED补光灯、图像采集安装架、图像采集3D打印防护罩、散热电风扇；6台线阵相机通过三轴微调机构和螺栓安装于图像采集安装架上，线阵相机通过数据通信线与采集系统工控机的图像采集卡相连，进行图像采集和存储；图像采集安装架的环形框架上装有散热电风扇，三轴微调机构包含轴向旋转机构、轴向左右移动机构和轴向上下微调机构，各机构间通过定位螺栓和旋转螺栓相连，用于调整线阵相机安装位置三个自由度；6台LED补光灯与6台线阵相机并排布设，各补光灯绕同心点环向均匀分布，通过二轴微调机构和螺栓安装于图像采集安装架上，各补光灯通过电源线与电源模块相连；图像采集安装架装有图像采集3D打印防护罩，图像采集安装架通过螺栓与图像采集垂直升降机构的两个滑动模组相连，由图像采集垂直升降机构带动上下移动；

所述隧道轮廓变形激光扫描系统包括6台线阵激光扫描仪、背板、激光系统3D打印防护罩，每台激光扫描仪通过螺栓安装于背板上，背板通过螺栓与激光系统垂直升降机构相连，由激光系统垂直升降机构带动上下移动，激光扫描仪通过电缆线与采集系统工控机相连，进行数据采集与存储，隧道轮廓变形激光扫描系统加装激光系统3D打印防护罩，

所述检测定位子系统基于车辆定位模块数据，结合已知位置的隧道结构图像特征视觉自动识别系统对车辆定位模块的里程数据进行修正；

所述图像采集垂直升降机构包括1台伺服电机、1台减速机、2台转向轴、2个导轨直线单元、2个滑动模组和安装支架；伺服电机通过联轴器与减速机相连，减速机通过两个联轴器分别与两个转向轴相连，转向轴各自通过联轴器与导轨直线单元相连，滑动模组通过螺栓安装于导轨直线单元上，滑动模组的安装高度保持一致，图像采集安装架通过螺栓与两个滑动模组相连，通过伺服电机传动，带动滑动模组在导轨上运动，进而带到图像采集安装架在垂直方向升降；

所述激光系统垂直升降机构包括1台伺服电机、1台转向轴、1个导轨直线单元、1个滑动模组和安装支架；伺服电机通过联轴器与导轨直线单元相连，滑动模组通过螺栓安装于导轨直线单元上，激光系统采集架通过螺栓与滑动模组相连，通过伺服电机传动，带动滑动模组在导轨上运动，进而带到激光系统采集架在垂直方向升降；

所述检测控制系统包括通信系统、PLC控制系统、采集系统工控机，通信系统与检测车承载运动平台的通信模块通过TCP协议进行通信，检测系统各检测设备通过PLC控制系统进行控制，对各设备动作进行操控，采集系统工控机对采集数据进行存储与分析，并通过局域网与PLC控制系统进行双向通信

所述承载运动平台包括电池动力模块、通信模块、车辆定位模块、ATP车载设备、结构承载模块及车辆控制系统；车辆定位模块由特征机器视觉多层次自修正高精度定位系统组成；ATP车载设备包括测速设备、车地通信设备、行车避障雷达、机器视觉安全智能识别系统、紧急制动装置，采用独立的冗余通道与ATP地面设备通信；结构承载模块由吕字型不锈钢框架组成，为检测系统结构、通信、电力预留安装接口，各通信、电力接口采用航空接口；车辆控制系统包括工控机、车辆自动运行系统；

所述工务运维管理平台可以进行线路指令调度、隧道巡检规划、隧道巡检数据管理、隧道养护维护管理；工务运维管理平台基于自定义的WebAPI接口，通过无线网络与隧道巡检机器人的承载运动平台和检测系统进行双向无线通信。

2.根据权利要求1所述的一种隧道结构全自动智能巡检机器人，其特征在于，所述隧道结构成像系统，各相邻相机间拍摄范围环向重叠度10cm，覆盖范围大于270°。

3.根据权利要求1所述的一种隧道结构全自动智能巡检机器人，其特征在于，每台激光扫描仪的扫描角度70°，扫描点数780个，扫描频率700Hz，各线阵激光扫描仪绕同心点环向均匀分布，各扫描仪间扫描重叠度10°。