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原文传递用于隧洞的清理收集系统及其控制方法

专利名称：	用于隧洞的清理收集系统及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种用于隧洞的清理收集系统，包括清理机器人、收集机器人及远端操控装置，清理机器人包括移动载体、机械臂总成、末端清理装置及当地控制系统，当地控制系统包括当地控制器、第一传感系统及第一摄像系统，当地控制器根据第一传感系统的信息控制移动载体、机械臂总成及末端清理装置；收集机器人包括移动车体、剥离输送装置、收集箱及本地控制系统，本地控制系统包括本地控制器、第二传感系统及第二摄像系统，本地控制器根据第二传感系统的信息控制移动车体及剥离输送装置；远端操控装置接收当地和本地控制器以及第一和第二摄像系统的信息，并通过当地控制器控制移动载体和机械臂总成及通过本地控制器控制移动车体及剥离输送装置。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	岭东核电有限公司
发明人：	王国河;董鹏飞;吴凤岐;赵阿朋;陈智;殷勇;李科;李海阳;邓志燕;陈少南;刘帅;张美玲;吴玉;李兵;巴金玉;余冰
专利状态：	有效
申请日期：	2018-01-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201810090781.6
公开号：	CN110093955A
代理机构：	广州三环专利商标代理有限公司
代理人：	张艳美;郝传鑫
分类号：	E02F5/28(2006.01);E;E02;E02F;E02F5
申请人地址：	518000 广东省深圳市福田区深南大道2002福中三路中广核大厦17层
主权项：	1.一种用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，包括：清理机器人，所述清理机器人包括移动载体、安装在所述移动载体上的机械臂总成、可更换地安装在所述机械臂总成末端的末端清理装置以及当地控制系统，所述末端清理装置用于将隧洞的内壁的异物清理至隧洞的底壁，所述当地控制系统包括当地控制器、与所述当地控制器电性连接的第一传感系统及第一摄像系统，所述第一传感系统用于实时采集所述移动载体与隧洞的内壁及其他物体之间的位置关系信息和自身状态信息，以及所述机械臂总成的信息和所述末端清理装置与隧洞的内壁的接触信息并传送至所述当地控制器，所述第一摄像系统用于实时采集周围视觉信息及监控所述末端清理装置的清理作业，所述当地控制器可根据所述第一传感系统反馈的信息控制所述移动载体、机械臂总成及末端清理装置；收集机器人，所述收集机器人包括移动车体、安装在所述移动车体的剥离输送装置、收集箱以及本地控制系统，所述剥离输送装置用于将隧洞的底壁的异物剥离、收集并输出至所述收集箱，所述本地控制系统包括本地控制器、与所述本地控制器电性连接的第二传感系统以及第二摄像系统，所述第二传感系统用于实时采集所述收集机器人与隧洞的内壁及其他物体之间的位置关系信息及自身状态信息并传送至所述本地控制器，所述第二摄像系统用于实时采集周围视觉信息，所述本地控制器可根据所述第二传感系统反馈的信息来控制所述移动车体的移动以及所述剥离输送装置的剥离与输送；远端操控装置，分别与所述清理机器人及收集机器人无线通讯连接，所述远端操控装置实时接收所述当地控制器和第一摄像系统传送的信息以及所述本地控制器和第二摄像系统传送的信息，并通过所述当地控制器控制所述清理机器人的移动载体和机械臂总成以及通过所述本地控制器控制所述收集机器人的移动车体及剥离输送装置。 2.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第一传感系统包括设置在所述清理机器人前后两端的避障传感器。 3.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第一传感系统包括分别设置在所述移动载体的左右两侧的前后两端的用于感测所述移动载体的左右两侧距隧洞的内壁的距离的若干测距传感器，所述测距传感器与所述当地控制器电性连接，所述远端操控装置根据若干所述测距传感器的距离测量值模拟显示所述移动载体相对于隧洞的内壁的两侧的位置。 4.根据权利要求3所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第一传感系统还包括设置在所述移动载体上且与所述当地控制器电性连接的倾角传感器，当所述倾角传感器的倾斜数据超过预警值时，所述当地控制器根据所述测距传感器反馈的距离测量值调节所述移动载体的行走方向。 5.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述清理机器人包括用于驱动所述移动载体和机械臂总成的若干致动器，所述第一传感系统包括用于检测若干所述致动器的状态的若干致动器传感器。 6.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第一摄像系统包括全景摄像机、分别用于监控前方和后方的前端摄像机和后端摄像机以及安装在所述机械臂总成末端的用于监控所述末端清理装置工作的监控摄像机。 7.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述当地控制系统还包括当地显示控制装置，所述当地显示控制装置采集所述当地控制器的信息及所述第一摄像系统传送的信息。 8.根据权利要求7所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述当地控制系统还包括与所述当地控制器连接的当地电控系统，所述当地电控系统用于接受操控并传送操控信息至所述当地控制器。 9.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述当地控制器包括载体控制器和与所述载体控制器相连的现场控制器，所述第一传感系统包括主传感系统以及清理装置传感器，所述载体控制器与所述主传感系统电性连接并可根据所述主传感系统传送的信息控制所述移动载体和机械臂总成的移动，所述现场控制器与所述清理装置传感器相连并根据所述清理装置传感器传送的信息控制所述末端清理装置，所述现场控制器与所述远端操控装置无线通讯连接。 10.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述当地控制系统还包括近端无线通讯装置，所述近端无线通讯装置用于将所述当地控制器和第一摄像系统传送的信息传送至所述远端操控装置。 11.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述机械臂总成包括两个机械臂，每个所述机械臂的末端分别安装有一个所述末端清理装置。 12.根据权利要求11所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述机械臂总成还包括主支撑臂，两所述机械臂通过所述主支撑臂枢接在所述移动载体上。 13.根据权利要求12所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述机械臂包括第一臂及第一旋转致动器，所述第一旋转致动器固定于所述主支撑臂上，所述第一旋转致动器的输出端与所述第一臂的一端连接并驱动所述第一臂围绕所述第一旋转致动器的输出端的中心轴摆动，两所述第一旋转致动器的输出端的中心轴方向相同。 14.根据权利要求1或11所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述末端清理装置包括用于清理隧洞的内壁的顶部清理装置，所述移动载体的行进带动所述顶部清理装置沿隧洞轴向执行对隧洞的内壁的顶部的清理。 15.根据权利要求1或11所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述末端清理装置包括用于清理隧洞的内壁的侧部清理装置，所述机械臂总成的摆动带动相应的所述侧部清理装置执行对隧洞的内壁的侧部的清理。 16.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第一传感系统包括分布在所述末端清理装置的至少三个压力传感器，以分别实时检测所述末端清理装置在不同位置与隧洞的内壁的接触力，所述当地控制器根据关于接触力的预设值实时调节所述机械臂总成和末端清理装置以调整所述末端清理装置与隧洞的内壁的接触。 17.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第二传感系统包括设置在所述收集机器人前后两端的避障传感器。 18.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第二传感系统包括分别设置在所述移动车体的左右两侧的前后两端的用于感测所述移动车体的左右两侧距隧洞的内壁的距离的若干测距传感器，所述测距传感器与所述本地控制器电性连接，所述远端操控装置根据若干所述测距传感器的距离测量值模拟显示所述移动车体相对于隧洞的内壁的两侧的位置。 19.根据权利要求18所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第二传感系统还包括设置在所述移动车体上且与所述本地控制器电性连接的倾角传感器，当所述倾角传感器的倾斜数据超过预警值时，所述本地控制器根据所述测距传感器反馈的距离测量值调节所述移动车体的行走方向。 20.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第二摄像系统包括全景摄像机以及分别用于监控前方和后方的前端摄像机和后端摄像机。 21.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述本地控制系统还包括本地显示控制装置，所述本地显示控制装置采集所述本地控制器的信息及所述第二摄像系统传送的信息。 22.根据权利要21所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述本地控制系统还包括与所述本地控制器连接的本地电控系统，所述本地电控系统用于接受操控并传送操控信息至所述本地控制器。 23.根据权利要1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述本地控制系统还包括近端无线通讯装置，所述近端无线通讯装置用于将所述本地控制器和第二摄像系统传送的信息传送至远端操控装置。 24.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述本地控制系统还包括分别与所述本地控制器电性连接的驱动所述移动车体的电机以及为所述电机提供电力的电池。 25.根据权利要求24所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述本地控制系统还包括分别与所述本地控制器及所述电池电性连接的内燃发电机，所述本地控制器根据所述电池的电量情况控制所述内燃发电机的启停。 26.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第二传感系统还包括与所述本地控制器电性连接的称重传感器，所述称重传感器用于采集所述收集箱的重量信息，所述本地控制器根据所述收集箱的重量信息控制所述移动车体是否倒车返回。 27.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述本地控制器包括车体控制器和与所述车体控制器相连的现场控制器，所述车体控制器可根据接收到的所述传感系统传送的信息控制所述移动车体的移动，所述现场控制器直接控制所述剥离输送装置，所述现场控制器与所述远端操控装置无线通讯连接。 28.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述剥离输送装置安装在所述移动车体行进方向的前端并利用所述移动车体的行进推力将隧洞的底壁的海生物剥离。 29.根据权利要求28所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述剥离输送装置包括剥离输送模块、水平螺旋输送模块及倾斜螺旋输送模块，所述水平螺旋转送模块包括水平设置的第一筒体以及设置在所述第一筒体内第一螺旋输送单元，所述第一筒体上分别形成有与所述剥离输送模块的上端连通的第一开口及与所述倾斜螺旋输送模块连通的第二开口，所述倾斜螺旋输送模块包括第二筒体及设置在所述第二筒体内的第二螺旋输送单元，所述第二筒体的下端通过所述第二开口连通至所述第一筒体，所述第二筒体的上端形成有与所述收集箱相对的输出口，所述移动车体具有一支撑底板，所述支撑底板上安装有一支架，所述倾斜螺旋输送模块倾斜支撑在所述支架上，所述倾斜螺旋输送模块的下端向下穿出所述支撑底板，所述本地控制系统还包括用于驱动所述倾斜螺旋输送模块向上从所述收集箱上方移开的翻转致动器，用于驱动所述剥离输送模块向下与隧洞的底壁贴合以进行海生物的剥离或者向上与隧洞的底壁脱离的第一致动器，用于驱动所述剥离输送模块执行输送工作的第二致动器，用于驱动所述第一螺旋输送单元的第三致动器以及用于驱动第二螺旋输送单元的第四致动器。 30.根据权利要求29所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述第二筒体于所述支架和所述支撑底板之间套设有套环，所述翻转致动器为翻转缸，数量为两个，两个所述翻转缸的前端分别枢接在所述套环的左右两侧，后端分别枢接在所述支撑底板上。 31.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述收集箱可分离地安装在所述移动车体上。 32.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述收集箱包括具有中空结构的箱体，所述中空结构形成收集腔及位于所述收集腔上方的入料口，所述收集箱还包含位于所述收集腔内的导流板，所述导流板沿所述箱体的上下方向倾斜布置，且所述导流板的上端朝靠近所述收集腔的中心处布置，所述导流板的下端朝靠近所述收集腔的侧向腔壁处布置。 33.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述收集机器人还包括受所述本地控制器控制的安装在所述移动车体左右两侧的聚拢边刷，所述聚拢边刷向外超出所述移动车体并可自内向外地向上倾斜设置。 34.根据权利要求1所述的用于隧洞的清理收集系统，其特征在于，所述收集机器人还包括受所述本地控制器控制的安装在所述移动车体的支撑底板的底面中部的清扫盘，所述清扫盘具有比所述剥离输送模块稍高的工作位置，所述剥离输送模块的底端中部形成缺口。 35.一种用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，包括：提供清理机器人，所述清理机器人包括移动载体、安装在所述移动载体上的机械臂总成、可更换地安装在所述机械臂总成末端的末端清理装置以及当地控制系统，所述末端清理装置用于将隧洞的内壁的海生物清理至隧洞的底壁，所述当地控制系统包括当地控制器、与所述当地控制器电性连接的第一传感系统及第一摄像系统，所述第一传感系统用于实时采集所述移动载体与隧洞的内壁及其他物体之间的位置关系信息和自身状态信息，以及所述机械臂总成的信息和所述末端清理装置与隧洞的内壁的接触信息并传送至所述当地控制器，所述第一摄像系统用于实时采集周围视觉信息及监控所述末端清理装置的清理作业，所述当地控制器可根据所述第一传感系统反馈的信息来控制所述移动载体、机械臂总成及末端清理装置；提供收集机器人，所述收集机器人包括移动车体、安装在所述移动车体的剥离输送装置、收集箱以及本地控制系统，所述剥离输送装置用于将隧洞的底壁的异物剥离、收集并输出至所述收集箱，所述本地控制系统包括本地控制器、与所述本地控制器连接的第二传感系统以及第二摄像系统，所述第二传感系统用于实时采集所述收集机器人与隧洞的内壁及其他物体之间的位置关系信息及自身状态信息并传送至所述本地控制器，所述第二摄像系统用于实时采集周围视觉信息，所述本地控制器可根据所述第二传感系统反馈的信息来控制所述移动车体的移动以及所述剥离输送装置的剥离与输送；提供远端操控装置；建立所述远端操控装置与所述清理机器人及所述收集机器人的无线通讯连接；所述远端操控装置实时接收所述清理机器人的当地控制器和第一摄像系统传送的信息以及所述收集机器人的本地控制器和第二摄像系统传送的信息；所述远端操控装置发送控制指令至所述当地控制器以控制所述移动载体的移动；所述远端操控装置发送控制指令至所述当地控制器以调节所述机械臂总成的位姿进而调整所述末端清理装置的相对隧洞的内壁的位置；所述远端操控装置发送控制指令至所述本地控制器以控制所述移动车体的移动以及所述剥离输送装置的剥离和输送作业。 36.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第一传感系统包括分别设置在所述移动载体的左右两侧的前后两端若干测距传感器；若干所述测距传感器分别实时测量所述移动载体的左右两侧距隧洞的内壁的距离并传送给所述当地控制器；所述远端操控装置根据若干所述测距传感器的距离测量值模拟显示所述移动载体相对于隧洞的内壁的两侧的相对位置。 37.根据权利要求36所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第一传感系统还包括设置在所述移动载体上的倾角传感器；所述倾角传感器实时采集所述移动载体的相应数据并传送至所述当地控制器；当所述倾角传感器的倾斜数据超过预警值时，所述当地控制器根据所述测距传感器反馈的距离测量值调节所述移动载体的行走方向。 38.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第一传感系统实时检测所述末端清理装置与隧洞的内壁之间的接触；所述当地控制器根据关于接触的预设数据实时调节所述机械臂总成和末端清理装置以调整所述末端清理装置与隧洞的内壁之间的接触。 39.根据权利要求38所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，当所述第一传感系统检测到所述末端清理装置与隧洞的内壁发生接触时，所述当地控制器根据关于接触的预设数据调节所述机械臂总成及末端清理装置以实现所述末端清理装置的精确定位。 40.根据权利要求39所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，当所述当地控制器判断所述末端清理装置的精确定位完成后，所述当地控制器发送指令控制所述末端清理装置执行清理工作。 41.根据权利要求39或40所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述末端清理装置包括顶部清理装置；当所述当地控制器判断所述顶部清理装置的精确定位完成后，所述当地控制器发送指令控制所述移动载体行进。 42.根据权利要求39或40所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述末端清理装置包括侧部清理装置；当所述当地控制器判断所述侧部清理装置的精确定位完成后，所述当地控制器发送指令控制所述机械臂总成侧向摆动。 43.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述机械臂总成包括两个机械臂，每个所述机械臂的末端分别安装有一个作为所述末端清理装置的顶部清理装置；调节其中一个所述机械臂的位姿使对应的所述顶部清理装置接触隧洞的内壁的顶部的中间位置，所述移动载体的行进带动对应的所述顶部清理装置执行隧洞的内壁的顶部的中间位置的轴向清理；调节两个所述机械臂的位姿以使两个所述顶部清理装置接触隧洞的内壁的顶部的两侧位置，所述移动载体的行进带动对应的所述顶部清理装置执行隧洞的内壁的顶部的两侧位置的轴向清理。 44.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，当所述当地控制器判断所述收集机器人行进预定的里程时，调节所述机械臂总成的位姿以使对应的所述末端清理装置脱离与隧洞的内壁的接触或者以预定的角度与隧洞的内壁接触。 45.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第二传感系统包括与所述本地控制器电性连接的称重传感器；所述本地控制器实时接收所述称重传感器采集的所述收集箱的重量信息；当所述本地控制器判断所述收集箱的重量达到或超出预设值时，则控制所述移动车体倒车返回。 46.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第二传感系统包括分别设置在所述移动车体的左右两侧的前后两端若干测距传感器；若干所述测距传感器分别实时测量所述移动车体的左右两侧距隧洞的内壁的距离并传送给所述本地控制器；所述远端操控装置根据若干所述测距传感器的距离测量值模拟显示所述移动车体相对于隧洞的内壁的两侧的相对位置。 47.根据权利要求46所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第二传感系统还包括设置在所述移动车体上的倾角传感器；所述倾角传感器实时采集所述移动车体的相应数据并传送至所述本地控制器；当所述倾角传感器的倾斜数据超过预警值时，所述本地控制器根据所述测距传感器反馈的距离测量值调节所述移动车体的行走方向。 48.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述第二传感系统包括避障传感器；所述本地控制器实时接收所述避障传感器采集的数据；当所述本地控制器判断所述清理机器人与所述收集机器人之间的距离小于预警值时，控制所述收集机器人停止行进或者倒退。 49.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，所述本地控制系统还包括分别与所述本地控制器电性连接的用于驱动所述移动车体的电机、为所述电机提供电力的电池以及与所述电池电性连接的内燃发电机；所述本地控制器实时采集所述电池的电量情况信息并根据所述电量情况信息控制所述内燃发电机的启停。 50.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，当所述收集机器人向前行进时，控制所述剥离输送装置向下与隧洞的底壁贴合以执行剥离、输送动作；当所述收集机器人向后倒退时，控制所述剥离输送装置向上与隧洞的底壁分离。 51.根据权利要求35所述的用于隧洞的清理收集系统的控制方法，其特征在于，当本地控制器判断所述收集机器人行进至预定的里程时，控制所述收集机器人向后倒退。
所属类别：	发明专利