一种闸道检修机器人的制作方法

本发明属于特种机器人技术领域，特别是涉及一种适用于具有一定倾斜角度闸道内表面缺陷检测和辅助修理的机器人。

背景技术：

对于大型的倾斜闸道，闸道内部检测与维修是非常麻烦的问题，传统的方式是采用人工方式，在牵引力的作用下，搭载载人平台小车巡检管道，这种方式无法精确的确定闸道内部表面缺陷形状与位置，并且存在安全隐患，维修也十分不便利；一旦需要维修，工期很长，工作效率低下，且维修人员的人身安全存在隐患。因此，有必要设计一种快速检测闸道内部表面的机器人，如果闸道内部表面存在缺陷，机器人可以确定缺陷的位置，并准确的运载维修工人进行维修，由于工作环境是处于倾斜的闸道内部，具有一定的高度差，所以机器人必须拥有相应的急停装置以保证危险情况发生时工作人员的人身安全。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种在倾斜闸道内部可移动的用于闸道内部表面缺陷自动检测和辅助修理的闸道检修机器人。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种闸道检修机器人，包括牵引机构、缺陷检测机构、升降式载人平台和控制机构；其中牵引机构包括卷扬机、缆绳、缆绳换向装置；缺陷检测机构包括激光雷达和网络摄像头；升降式载人平台包括载人平台、机器人底板、车轮、液压支撑装置和电源；控制机构包括机器人本体控制器和远程操控端；

卷扬机固定于闸道入口端，通过其上设置的缆绳收盘控制缆绳的收放长度，控制机器人停止或运行；闸道转向处设置缆绳换向装置，用于改变并引导缆绳的走向；载人平台通过液压支撑装置设置于机器人底板上方，载人平台通过机器人底板下方设置的车轮滑动，升降式载人平台与缆绳的自由端连接；激光雷达设置于载人平台的顶部，用于扫描闸道内部环境；网络摄像头设置于载人平台的四周，用于收集闸道中的具体缺陷信息；

机器人本体控制器，用于通过无线通讯采集激光雷达和网络摄像头获取的闸道内部环境和具体缺陷信息，通过建模软件实时绘制出当前扫描的闸道内部环境，并通过算法确定缺陷信息并予以记录；同时采集缆绳的长度信息、电池状态信息、机器人姿态信息和机器人运动速度信息，采集的信息显示在控制界面的显示屏上，保证操作人员的实时监控；

远程操控端，内设远程io模块，接受来自机器人本体控制器发送的指令，用于控制卷扬机的工作状态、激光雷达和网络摄像头的信息采集状态、液压支撑装置的升降状态、电池的使用状态。

进一步地，上述装置还包括保护装置，保护装置由物理保护装置和急停保护装置组成，物理保护装置安装在机器人前端机械保护装置和载人平台周围护栏和双隔离安全绳组成；急停保护装置包含在控制装置内部，用于面对危险情况时，检修工人按下位于载人平台处的急停按钮，机器人本体控制器发送停止信号到远程操控端驱动卷扬机停止运行；双隔离安全绳的固定端分别固定在卷扬机处和竖井端，另一端固定在维修工人身上。采用这种方式可以保证机器人出现事故维修工人同样可以安全停留在原地。

进一步地，上述装置包括两个激光雷达和四个网络摄像头，每个激光雷达扫描的角度是180°，各安装在载人平台顶部的两侧，激光雷达检测闸道内部表面的平整信息，如果检测到表面不平整，数据将由机器人本体控制器传输给远程操控端；缺陷位置详细信息由四个网络摄像头确定，远程操控端接收到机器人本体控制器发送的闸道内部表面的缺陷信息后，机器人暂停运行，机器人本体控制器通过网络摄像头实时显示的画面确定缺陷的具体形状和大小以及位置信息。

上述装置的液压支撑装置用于调整载人平台的姿态，保证载人检修时，载人平台进入倾斜状态的闸道后，仍处于水平状态，保证维修工人的人身安全和正常工作。液压装置是独立控制的，需要使用的时候有检修人员启动。

本发明的有益效果为：

1)实现倾斜闸道内部表面的缺陷检测，不再是传统的人为检测。

2)闸道的维修工作是由人来完成，可升降的载人平台最大程度的保证维修人员的安全。

3)检测快速，维修方便，自动化程度高。

附图说明

图1为闸道检修机器人平面结构图；

图2为闸道检修机器人立体结构图；

图3为闸道检修机器人硬件结构图；

图4为闸道检修机器人软件流程图；

图5为闸道检修机器人硬件组成图(远程控制端)；

图中：1机器人支撑板；2卷扬机支撑板；3电动机；4缆绳收盘；5动力传动装置；6机器人底板；7车轮；8缆绳固定端；9液压支撑装置；10网络摄像头；11激光雷达；13电池组；14控制器；15扶手；16缆绳换向装置；17缆绳。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明闸道检修机器人主要包括牵引机构(卷扬机，缆绳17，缆绳换向装置16)，缺陷检测机构(激光雷达11，网络摄像头10)，升降式载人平台(液压支撑装置9)以及控制机构(机器人本体控制器14和远程操控端)。

首先机器人进行缺陷检测，检修机器人的起始位置是在斜道的顶端，此时，通过远程操控端控制卷扬机启动，机器人缓缓沿着斜道下降；

当机器人完全位于斜道时，机器人本体的控制器通过角度传感器的数据启动缺陷检测机构，即开始工作。在卷扬机的控制下，机器人逐渐下降，进行检测；

激光扫描的数据和网络摄像头的监控图像会通过无线通讯传输到远程控制端，并显示在远程控制端的显示器上，操作人员同时也可以观察机器人所在位置的闸道表面缺陷情况。

当激光传感器扫描到闸道表面不平整，机器人本体的控制器会通过无线方式通知远程操控端停止运行卷扬机，操作人员通过视频图像确定缺陷的位置，并通过计算机予以记录，再控制卷扬机开始下方，继续查找下一个缺陷，直到下方到闸道底部。

机器人检测完成后，下一步需要完成的是载人进行维修。闸道内部是倾斜的，利用设计的升降式载人平台，可以让维修工人直立于机器人载人平台上。机器人进入闸道后，通过控制液压支撑装置升起载人平台，直至载人平台与闸道平行。由于之前远程操作台记录有缺陷的位置信息，通过相应的程序算法可以让机器人达到缺陷位置，维修人员再通过机器人本体上的控制器远程控制电机进行微调，使得机器人达到合适的维修位置。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种闸道检修机器人，目的是完成具有一定倾斜角度闸道内部表面缺陷的检测并辅助维修人员进行修理。大型闸道内部的检修难度很高，传统的方法是由人来完成，存在潜在的危险。所以本发明的检修机器人，通过机器人搭载的网络摄像头和激光雷达结合算法实现闸道侧面缺陷的检测，并将实时的监控画面传输给控制端，远程控制端记录缺陷的具体信息。如果存在缺陷，检测完成后，机器人载着维修人员进行检修，通过液压机构升起载人平台，使得载人平台保持水平，保证维修人员的安全。

技术研发人员：姜杨;李旭龙;于明皓
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2019.03.28
技术公布日：2019.06.28