一种多场景大洞径过流面检查机器人系统及其协同架构的制作方法

本发明涉及机器人，尤其涉及一种多场景大洞径过流面检查机器人系统及其协同架构。

背景技术：

1、高压引水隧洞是水电站引水发电系统的重要组成部分，其健康和稳定的运行对于保证水电站能够正常运行和生产至关重要。为了及时了解并评估水电站的健康状况，必须对引水隧洞等结构的健康状态进行准确把握。传统的引水隧洞排干检查手段存在显著弊端：不仅涉及停机时间长、成本高，还存在安全风险。虽然潜水员带摄像头下潜可近距离观察隧洞结构的缺陷，但是隧洞内特殊结构条件和对潜水员素质、安全的高要求，使得依赖人工的检测方式效率低下且危险性高。

2、随着人工智能和高新技术的飞速发展，采用智能巡检机器人代替人工进行引水隧洞的安全检测已成为解决这一工程问题的有效手段之一。尤其是在水电站大洞径隧洞，如引水隧洞、尾水隧洞、泄洪洞等，由于长期水流作用容易导致冲磨、空蚀、脱落破坏等问题，需要定期进行检查和修复。

3、由于引水洞的上平段因进出困难，要求机器人必须能够在洞内实现灵活的全向运动同时一些巡检设备无法到达的区域也必须要求检测。因此，为了满足在此环境下运行的要求，开发一种高性能、全面高效的检查机器人显得尤为迫切，以提高检测的全面性和安全性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种多场景大洞径过流面检查机器人系统及其协同架构，以解决上述问题。

2、本发明提供一种多场景大洞径过流面检查机器人系统，包括：无人车子系统，四旋翼无人机子系统，供电设备，保护线缆，系留装置，缺陷检测设备；无人车子系统包括四轮八驱折叠运动底盘、顶升模块、舱盖机吊装装置、无人车控制器；四旋翼无人机子系统包括无人机本体、云台、补光灯、系留接入点、充电触点，支持msdk和psdk的二次开发，通过msdk开发手持地面站进行路径规划；无人车子系统和四旋翼无人机子系统通过系留装置构成机器人系统，系留装置用于为四旋翼无人机子系统供电，并随着无人机的飞行自动收放保护线缆；缺陷检测设备安装在无人车子系统和四旋翼无人机子系统上，用于对待检查流道进行全面巡检，并发送机器人回传图像和位姿信息。

3、在本发明的另一实现方式中，当舱盖机吊装装置降到最低时，顶升模块将各个检测设备和无人机随着设备舱下沉到无人车内部；当舱盖机吊装装置吊装到指定位置时，顶升模块顶盖自动打开，设备舱顶升到工作位置，启动无人机进行巡检工作。

4、在本发明的另一实现方式中，系留装置包括机械结构和供电模块，还用于提供引导无人机相对定位信息，发送给主控电脑；机械结构为从地面端向空中端的不间断供电所需要的线缆以及对应的自动收放结构；供电模块用于从地面端向空中端输送指定电压和功率。

5、在本发明的另一实现方式中，缺陷检测设备包括：可见光相机、红外相机、激光雷达、通讯模块及识别存储电脑；缺陷检测设备采集的数据包括：可见光图像、红外图像、实时视频流和激光雷达点云数据。

6、在本发明的另一方面，提供一种多场景大洞径过流面检查机器人系统协同架构，应用于如上述多场景大洞径过流面检查机器人系统的协同控制与巡检，包括：岸基显控平台，通信模块，定位导航设备；由岸基显控平台通过通讯模块向机器人系统发送控制指令；机器人系统基于控制指令，控制无人车子系统在水平段工作为整个协同框架提供能源，当无人车子系统的电池电量低于电量阈值时，发出低电量预警，无人车子系统返回指定地点进行充电；无人车子系统通过四旋翼无人机子系统相对定位激光雷达及长短焦相机识别无人机的位置信息，并发送给主控电脑，引导无人机相对定位；巡检到垂直段附近时，四旋翼无人机子系统自动脱钩完成引水隧道的垂直段巡检，可在指定位置悬停拍照，并记录拍摄位置；机器人系统将采集的数据传送到岸基显控平台进行处理。

7、在本发明的另一实现方式中，岸基显控平台为三联屏显控，其中第1个屏幕显示机器人姿态、运动轨迹、实时视频流、环境监测数据等，第2个屏幕显示操作界面，包括机器人的任务规划、参数设置、权限管理等，第3个界面为监测识别的病害、建模等信息。

8、在本发明的另一实现方式中，通讯模块通过吊机的光纤复合缆，接入到井下的充电和通讯系统，通过wifi与机器人通讯，带宽在1000mbps；由岸基显控平台通过地面吊机下放光纤复合缆，建立与无人车子系统的光纤通讯系统，光纤复合缆系为高强度缆系，作为机器人的保护缆，机器人失联时，用于拖拽回收机器人。

9、在本发明的另一实现方式中，定位导航设备包括导航激光雷达、识别激光雷达、无人机机载激光雷达、长焦识别相机、短焦识别相机，用于在检查过程中实时获取无人车子系统和四旋翼无人机子系统的位置和姿态；长焦识别相机和短焦识别相机作为无人机冗余的定位导航设备，在引水洞水平可识别无人机位置，防止识别激光雷达的失效。

10、本发明的多场景大洞径过流面检查机器人系统，不仅能够在无信号、黑暗的流道内具有即时定位、自主规划路径以及自主返回的能力，还能够通过其搭载的环境感知设备记录流道表面缺陷，提高了流道检测的全面性和安全性，加快大洞径巡检任务向数字化、自动化、智能化转型，并为数字孪生设施打下良好的基础。

技术特征：

1.一种多场景大洞径过流面检查机器人系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述舱盖机吊装装置降到最低时，所述顶升模块将各个检测设备和无人机随着设备舱下沉到所述无人车内部；

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系留装置包括机械结构和供电模块，还用于提供引导无人机相对定位信息，发送给主控电脑；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缺陷检测设备包括：可见光相机、红外相机、激光雷达、通讯模块及识别存储电脑；

5.一种多场景大洞径过流面检查机器人系统协同架构，应用于如权利要求1-4中的多场景大洞径过流面检查机器人系统的协同控制与巡检，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述岸基显控平台为三联屏显控，其中第1个屏幕显示机器人姿态、运动轨迹、实时视频流、环境监测数据等，第2个屏幕显示操作界面，包括机器人的任务规划、参数设置、权限管理等，第3个界面为监测识别的病害、建模等信息。

7.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述通讯模块通过吊机的光纤复合缆，接入到井下的充电和通讯系统，通过wifi与机器人通讯，带宽在1000mbps；

8.根据权利要求5所述的架构，其特征在于，所述定位导航设备包括导航激光雷达、识别激光雷达、无人机机载激光雷达、长焦识别相机、短焦识别相机，用于在检查过程中实时获取所述无人车子系统和所述四旋翼无人机子系统的位置和姿态；

技术总结本发明提供一种多场景大洞径过流面检查机器人系统及其协同架构。上述系统包括：无人车子系统，四旋翼无人机子系统，供电设备，保护线缆，系留装置，缺陷检测设备；无人车子系统包括四轮八驱折叠运动底盘、顶升模块、舱盖机吊装装置、无人车控制器；四旋翼无人机子系统包括无人机本体、云台、补光灯、系留接入点、充电触点；无人车子系统和四旋翼无人机子系统通过系留装置构成机器人系统，系留装置用于为四旋翼无人机子系统供电，并随着无人机的飞行自动收放保护线缆；缺陷检测设备安装在无人车子系统和四旋翼无人机子系统上，用于对待检查流道进行全面巡检，并发送机器人回传图像和位姿信息。本发明的系统提高了检测的全面性和安全性。技术研发人员：高琛,赵新益,唐晓丹,贺秀儒,钟洪星,陶吉全,白治朋,叶飞,沈润杰,郭丰赫,刘一凡,康富,王永淳,孙晨阳,张浚睿受保护的技术使用者：三峡金沙江云川水电开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4