用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人的制作方法

本发明涉及地下综合管廊的监测技术领域，具体而言涉及一种用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人。

背景技术：

随着城市网络化市政管网体系的快速发展，因管线扩容、更新、维修等造成道路反复开挖现象十分常见，不仅给居民的正常生活造成了不便，同时也带来环境污染、噪音污染以及管线交叉损害、城市交通拥堵、商业利益损失等其它方面的社会成本显著增加，已经成为制约城市基础设施发展和环境改善的瓶颈。此外，各大城市因新建地铁，导致原有管网设施破坏或者管道改建的情况常有发生。在这种背景下，综合管廊作为有效解决城市基础设施建设矛盾的新模式，逐步得到认可和推广。

城市地下管道综合走廊也称“共同沟”、“共同管道”，是在城市地下建造一个集约化的隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等两种以上市政管线集中敷设在该隧道内，并设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、设计、施工和维护，具有综合性、长效性、可维护性、抗震防灾性、环保性、低成本性等特点。

城市地下管线是城市的生命线，管道综合走廊是确保城市“生命线”的稳定安全、减少后期维护费用的重要保障。综合管廊对于城市的作用就犹如“动脉”对人体的作用，是城市的“生命线”。“生命线”由综合管廊保护起来，不接触土壤和地下水，避免了土壤和地下水对管线的腐蚀，增强了其耐久性，同时综合管廊内设有巡视、检修空间，维护管理人员可定期进入综合管廊进行巡视、检查、维修管理，确保各类管线的稳定安全。

但由于目前在管廊内部，电力、通讯、燃气、供热等涉及热能和供热、发热的线路管线较多，并且相互之间的隔离相对并未做到完全的隔离和热隔断，而且由于外界的压力、震动等影响，还会引起意外的泄露、老化等因素引起的起烟起火等现象，容易引起严重的后果。现有的监测手段比较单一，例如对于可燃性气体的浓度监测，通过分布式的定点的监测，浓度监测来实现，只能针对已经发生危险或者危险，并且已经蔓延开的情况进行监测，难以对源头以及在未进行大范围扩散前的监测，从而难以有效并且及时的监测源头。并且，现有的监测手段单一，定点设置，维护的成本较高。

技术实现要素：

根据本发明前述提出的问题与不足，本发明的目的在于提出一种用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人，包括：

行走机构，具有平板支撑机构、至少一个行走轮、至少一个驱动行走轮运动的电机、驱动所述电机的电机驱动控制装置以及操作装置，所述行走轮被驱动运动使得该行走机构运动；该操作装置与电机驱动控制器连接，用以供用户操作以控制所述电机运行；

安装在所述行走机构的平板支撑机构上的图像采集平台，用于随着所述行走机构运动而连续检测地下综合管廊的地表以获取表面状态数据；

安装在所述平板支撑机构上的可燃性气体监测平台，用于监测地下综合管廊内的气体并记录和发送监测数据；

安装在所述平板支撑机构上的控制柜，与所述可燃性气体监测平台连接，用于控制所述可燃性气体监测平台的运行并存储监测数据，以及将监测数据发送到联网监测中心；

其中，所述可燃性气体监测平台包括一外壳、一安装于外壳上并从外部可接近地操作的开关组件、安装于外壳外部或内部的气泵，以及安装在外壳内的检测腔、预处理电路、微处理器，检测腔内设置有传感器阵列和温湿度传感器，所述开关组件、温湿度传感器、预处理电路均与微处理器电连接；所述外壳上还安装有一进气口、出气口和洗气口，所述出气口与检测腔的内部相互联通，所述进气口通过一进气管道和一第一开关与检测腔连接并且在第一开关打开时与检测腔内联通，所述洗气口通过一出气管道和一第二开关与检测腔连接并且在第二开关打开时与检测腔内联通；所述第一开关和第二开关在同一时刻只有一个被控制打开；所述气泵作为气路动力源提供进气、洗气时的气体流动动力；所述温湿度传感器用于感应检测腔内的环境温度和湿度；所述传感器阵列用于测量进入检测腔内的空气所引起的电信号变化，该传感器阵列包括一集成有多个用于监测碳氢类可燃气体的铂传感器的基板，每个铂传感器的电路相对独立并均与一路预处理电路连接，所述预处理电路用于将铂传感器的感应信号转换成数字信号输出；所述微处理器根据预处理电路转换后的感应信号获得碳氢类可燃气体的浓度；

所述控制柜包括处理器以及分别连接到处理器的控制开关与显示面板单元、gps定位器、无线收发器、天线、存储器以及散热风机，还包括一为控制柜提供电源供应的电源组件，电源组件具有多组可充电的电池组以及稳压电路，稳压电路连接到处理器，处理器经由数据线连接到可燃性气体监测平台的微处理器实现数据交互；gps定位器用于获取地理位置信息；无线收发器与天线连接，用于将监测数据发送到联网监测中心；散热风机用于根据控制开关与显示面板单元的指令启动进行吹风散热；存储器用于临时存储监测数据；

所述图像采集平台包括一支架，其限定一第一平台、第二平台以及位于第一平台与第二平台之间的连接部，该连接部分别连接所述第一平台和第二平台并紧固第一平台与第二平台；位于第一平台上的两个用于发射扇形激光的激光发射组件，其具有一电源接口以及一同步控制信号接口；位于第二平台上的至少一个ccd摄像装置，其镜头朝向所述路面用于采集所述激光发射组件发射出的扇形激光在地表所形成的激光标线，该ccd摄像装置具有一电源接口以及一图像数据和/或控制接口；其中，所述第一平台安装至所述行走机构，所述两个激光发射组件在第一平台上朝向地表倾斜，并且间隔地安装形成扇形分布，其后端汇聚于一点，该至少两个激光发射组件在该第一平台上的安装位置使其形成光轴共面。

由此本发明的技术方案可得到，通过本发明的可燃性气体监测的机器人，可实现对管廊内的各处的可燃性气体的监测，并且实时地进行数据的存储和发送在监测中心进行比对分析，同时还可以设置在机器人上进行数据的分析和预警，减少风险的发生，实时地识别各处可能发生的危险。同时在采集可燃性气体的同时，还通过图像采集平台实时采集路过的管廊表面的图像数据，精确检查，在监测可燃性气体的同时实现对其他危害和风险的识别，尤其是当识别出可燃性气体超标准时，同时根据图像位置和gps定位，准确确定风险。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人的示意图。

图2是用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人的可燃性气体监测平台的示意图。

图3是用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人的控制柜的示意图。

图4是检测腔的气体流向与控制示意图。

图5是检测腔内的传感器监测原理示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-图5所示，根据本发明的公开，一种用于地下综合管廊的可燃性气体监测的综合检测机器人，包括：行走机构100、可燃性气体监测平台300、控制柜400。图像采集平台、可燃性气体监测平台300、控制柜400均设置安装在行走机构100上，可燃性气体监测平台300与控制柜400连接。

行走机构100，具有平板支撑机构200、至少一个行走轮203、至少一个驱动行走轮运动的电机、驱动电机的电机驱动控制装置以及操作装置，所述行走轮被驱动运动使得该行走机构运动；该操作装置与电机驱动控制器连接，用以供用户操作以控制所述电机运行。所述电机优选为步进电机。行走轮203上优选安装轮速传感器。

可燃性气体监测平台300，安装在所述行走机构的平板支撑机构200上，用于监测地下综合管廊内的气体并记录和发送监测数据。

控制柜400，安装在所述行走机构的平板支撑机构200上，与所述可燃性气体监测平台连接，用于控制所述可燃性气体监测平台的运行并存储监测数据，以及将监测数据发送到联网监测中心。

图像采集平台，安装在行走机构的平板支撑机构200上，用于随着行走机构运动而连续检测地下综合管廊的地表以获取表面状态数据。

结合图2，所述可燃性气体监测平台包括一外壳1、一安装于外壳1上并从外部可接近地操作的开关组件2、安装于外壳外部或内部的气泵3、以及安装在外壳内的检测腔4、预处理电路5、微处理器6，检测腔4内设置有传感器阵列7、温湿度传感器8，所述开关组件2、温湿度传感器8、预处理电路5均与微处理器6电连接。气泵13安装在外壳1的内部，方便搬运。

外壳1上还安装有一进气口12、洗气口14和出气口16，所述出气口16与检测腔4内联通，所述进气口12通过一进气管道12a和一第一开关12b与检测腔4连接并且在第一开关12b打开时与检测腔4内联通，所述洗气口14通过一出气管道14a和一第二开关14b与检测腔4连接并且在第二开关14b打开时与检测腔内联通。

在优选的实施例中，所述第一开关12b和第二开关14b均为电磁阀，每个电磁阀由开关组件2控制以实现打开和关闭，从而实现进气和洗气的切换。

所述气泵3作为气路动力源提供进气、洗气时的气体流动动力。也即，在开关组件2的控制下，装置进入：1)检测模式，第一开关12b打开，第二开关14b关闭，气泵3提供气体流动动力使得空气从所述进气口12进入，经过所述进气管道12a、第一开关12b进入检测腔4，经过传感器阵列7的表面后，从出气口16流出；2)洗气模式，第一开关12b关闭，第二开关14b打开，气泵3提供气体流动动力使得空气或者洗气气源从所述洗气口14进入，经过所述进气管道14a、第二开关14b进入检测腔4，然后经过传感器阵列7的表面后，从出气口16流出。

在洗气模式下，用于在检测前或检测后清除检测腔4内部的气体，将传感器阵列7快速恢复到初始状态。

第一开关12b和第二开关14b在同一时刻只有一个被控制打开。

所述温湿度传感器8用于感应检测腔4内部的环境温度和湿度。

本发明的各个实施例中，传感器阵列7用于测量进入检测腔内的空气所引起的电信号变化，如图4所示，该传感器阵列7包括一集成有多个用于监测碳氢类可燃气体的铂传感器(s1、s2、s3、s4...s8)的基板(未示出)，每个铂传感器(s1、s2、s3、s4...s8)的电路相对独立并均与一路预处理电路(a/d01、a/d02、a/d03、a/d04...a/d08)连接，所述预处理电路用于将铂传感器的气体感应信号转换成数字信号输出。

本实施例中，所述传感器阵列7包括8个铂传感器(s1、s2、s3、s4...s8)，呈4×2的形式排列。

在另外的一些实施例中，铂传感器的数量可根据传感器的选择性和灵敏程度来选择。

每路预处理电路包括一个a/d转换器，用于将模拟信号转换成数字信号输出，例如将电压信号转换成数字量输出。

所述微处理器6根据预处理电路转换后的感应信号获得碳氢类可燃气体的浓度。

作为优选的实施方式，每个铂传感器(s1、s2、s3、s4...s8)的电路相对独立，并外接到其对应的预处理电路中，将输出的模拟信号转换成微处理器6可直接处理的数字信号。

本实施例中使用的铂传感器是一种催化型敏感传感器，当可燃气体进入传感器时，在铂丝表面引起氧化反应，其产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化，从而实现检测甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、丙烷(c3h8)、丁烷(c4h10)、乙烯(c2h4)、丙烯(c3h6)、丁烯(c4h8)、乙炔(c2h2)、丙炔(c3h4)、丁炔(c4h6)等挥发性可燃性气体，其性能稳定可靠。

如图5，每个铂传感器的电路包括一铂传感器、一可调电阻rc以及一恒定直流电源vdc，恒定直流电源vdc例如5v或3.3v，铂传感器(s1、s2、s3、s4...s8)、可调电阻rc及恒定直流电源vdc形成串联回路，所述预处理电路外接至所述可调电阻rc的两端，用于将可调电阻分压vout转换成数字信号输出。

前述恒定直流电源可以采用可充电电池，例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍氢电池等等。

结合图2，所述控制柜包括处理器以及分别连接到处理器的控制开关与显示面板单元、gps定位器、无线收发器、天线、存储器以及散热风机，还包括一为控制柜提供电源供应的电源组件，电源组件具有多组可充电的电池组以及稳压电路，稳压电路连接到处理器，处理器经由数据线连接到可燃性气体监测平台的微处理器实现数据交互；gps定位器用于获取地理位置信息；无线收发器与天线连接，用于将监测数据发送到联网监测中心；散热风机，尤其优选轴流风机，用于根据控制开关与显示面板单元的指令启动进行吹风散热；存储器用于临时存储监测数据。

结合图1，行走机构还具有一个支架，优选为z字形构造，其定义了一第一平台102、第二平台104以及位于第一平台与第二平台之间的连接部101，该连接部101分别连接所述第一平台102和第二平台104并紧固第一平台102与第二平台104。如此以在两个平台与连接部之间形成稳固的连接，当连接部被安装到行走机构上时，可以保证设置在连个平台上的激光发射组件110和ccd摄像装置120的位置相对稳定不变，从而尽可能地减小和消除系统误差。

两个激光发射组件110，用于向地表发射扇形激光，这些形成的激光标线可相互拼接，形成一个足够长的激光标线以方便测量。

本例中，两个激光发射组件110间隔地安装形成扇形分布，其后端汇聚于一点，该两个激光发射组件110在该第一平台上102的安装位置使其形成光轴共面。如此，以利于由这些激光发射组件110发射扇形激光在管廊地表上形成的激光标线相互拼接，适于检测的短距离范围内形成一个足够长的激光标线。

这些激光发射组件110，位于第一平台102上。每个激光发射组件110，具有一电源接口以及一同步控制信号接口，当然还包括一朝向路面的激光出射端。通过前述同步控制信号接口接收用于控制使得激光发射组件发射扇形激光的信号。

ccd摄像装置120，位于第二平台104上，其镜头朝向地表用于采集所述激光发射组件110发射出的扇形激光所形成的激光标线。

这些ccd摄像装置120，具有一电源接口以及一图像数据传输和/或控制接口。图像数据传输和/或控制接口被设置用于接收对ccd摄像装置进行摄像/拍照的控制信号和/或用于传输该ccd摄像装置120所获取的图像数据。

结合图1所示，激光发射组件110在所述第一平台102上朝向管廊地表倾斜使得由该激光发射组件发射的扇形激光与管廊地表形成一投射角α的角度值大致在12°到45°。

优选地，第一平台102、第二平台104与连接部101呈一体成型构造。如此以在两个平台与连接部之间形成稳固的连接。

优选地，所述ccd摄像装置的镜头朝向管廊地表并且其光轴与地表垂直，且视角大于等50度。

作为可选的实施方式，可燃性气体监测平台的外壳1上还安装有一显示单元20，例如led显示器或lcd显示器，与所述微处理器6连接，用于显示平台工作状态与结果。

优选地，电机为步进电机，并且在行走轮上安装有轮速传感器。

所述微处理器6可以是基于单片机、fpga或者dsp实现。

控制柜内的无线收发器包括基于ieee标准的4g无线通讯芯片。

如此，采用本发明的综合检测机器人不仅仅可以实时地采集和判断可燃性气体，还可以同步地进行实地的管廊地表情况采集，综合判定当时当地的可燃性气体产生、泄露以及其对地表所产生的影响，实现精确精准判断和检测。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。