一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统的制作方法

本发明涉及排水道清淤，具体涉及一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统。

背景技术：

1、排水系统作为隧道结构的“血管”，其通畅性直接决定铁路隧道结构的安全性、稳定性与耐久性，是保障铁路线路安全运营的核心基础设施之一。我国铁路隧道排水系统采用多层次协同设计，主要由环向排水盲管、纵向排水盲管、横向导水管、双侧排水沟及中央排水管（沟）构成，其中侧沟在排水系统中占据关键地位：单线隧道中，侧沟作为主要排水通道，承担着将隧道内部积水排至洞外的核心功能；双线隧道中，侧沟同样作为重要过水通道，与中央排水管（沟）协同实现积水疏导。

2、然而，受隧道运营环境复杂、地质条件多变等因素影响，隧道排水系统易发生堵塞病害：一方面，水中矿物质结晶、岩土颗粒沉积、杂物堆积等自然现象，会逐步造成排水通道断面缩减；另一方面，隧道防水层老化失效、衬砌裂缝渗漏等结构问题，会导致泥沙、杂物随渗水进入排水系统，进一步加剧堵塞。堵塞问题若长期未得到解决，会引发积水滞留，进而诱发水害、冻害等衍生病害，加速隧道衬砌的劣化进程，严重时会影响隧道结构安全，甚至威胁铁路行车安全。

3、当前，我国铁路隧道排水系统的巡检与清淤工作仍存在诸多瓶颈，难以满足现代化隧道运维的需求。在巡检方面，由于隧道防排水系统具有隐蔽性强、分布范围广的特点，传统巡检方式需人工打开排水沟盖板才能观察内部淤积、堵塞状态，操作繁琐且效率低下；同时，受铁路运营调度限制，工务部门仅能在天窗点（列车停运间隙）对部分水沟进行抽样检查，无法实现全范围、实时化巡检，难以全面掌握排水系统的整体运行状态，导致堵塞病害发现不及时，无法主动采取缓解措施，进而造成病害持续发展、扩大。

4、在清淤方面，现有作业方式仍以传统人工集中清淤为主，同样需在天窗点内完成作业，采用人工挖掘、清扫等方式清理堵塞物，不仅作业时间紧张、劳动强度极大，且作业安全性难以保障；尤其对于高原、偏远地区的隧道，受低温、缺氧、交通不便等环境因素影响，人工清淤的难度进一步提升，作业效率与安全性大幅降低，已无法适应此类特殊场景下的隧道水沟清淤需求。

5、综上，现有隧道水沟巡检与清淤方式存在巡检不全面、实时性差、清淤效率低、劳动强度大、安全性不足等突出问题，难以实现隧道排水系统的精细化、智能化运维。因此，研发一种用于隧道水沟的智能巡检清淤机器人系统，实现机器人在水沟内自主巡检、精准识别淤积堵塞状态，并高效完成堵塞物清理作业，对于保障隧道排水系统通畅、降低运维成本、提升隧道结构安全性与耐久性，具有重要的现实意义与应用价值。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，通过对隧道侧沟的淤积状态进行自动化巡检与量化评估，并驱动机器人完成侧沟的高效、精准清淤，实现隧道排水系统的智能化维护。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，应用于铁路隧道排水系统中的侧沟疏通作业，包括：机器人、巡检模块、清淤存储模块和自主充电模块；

4、其中，机器人采用履带式或轮式，最小爬坡角≥15°；所述侧沟底部与侧沟一侧的地面之间设置有坡度≤15°的斜坡；

5、巡检模块包括视觉识别模块和定位模块，所述视觉识别模块采用激光雷达与相机，用于对淤积物等级和类型进行识别以及数据收集和存储；所述定位模块包括设置在机器人上的惯性导航系统和间隔设置在侧沟壁上的识别标签，用于对当前机器人和侧沟的淤积位置进行标定，通过识别标签能够对惯性导航系统的累计偏差进行修正；

6、清淤存储模块包括集成于一体的清淤模块和淤积物存储模块，所述清淤存储模块设置在机器人上或独立于机器人之外的清淤小车上，通过清淤模块将侧沟内的淤积物收集到淤积物存储模块上后，将淤积物运送至淤积物处理点，实现边巡检边清淤；

7、自主充电模块包括从隧道设备洞室引入到侧沟位置的充电点位，机器人实时监测电池电量并根据剩余电量情况自主导航至充电点位完成自动对接充电。

8、作为本发明的一种实施方式，所述机器人上还设置有水位检测模块和/或温度传感器，通过水位检测模块对机器人涉水深度进行实时监测，涉水深度超过阈值后机器人停止工作并立即撤离；通过所述温度传感器来观测侧沟内的温度变化来防范冻害。

9、作为本发明的一种实施方式，所述清淤模块采用绞吸清淤机器人，功率可根据实际工况自动调节。

10、作为本发明的一种实施方式，当所述清淤存储模块采用独立于机器人之外的清淤小车时，清淤小车上设置有与机器人相同的定位模块；机器人和清淤小车之间通过无线通讯实时交互两者定位坐标以及淤积物采集点位数据，实现机器人和清淤小车的协同作业。

11、作为本发明的一种实施方式，所述机器人侧面中部设置有防水nfc读写器，识别标签为预埋于侧沟侧壁内的抗金属防水nfc无源标签,识别标签呈长方形且长度方向沿着上下方向设置，通过对识别标签长度和预埋高度进行设定，使机器人在淤积物上表面行走时仍然能够通过识别标签进行定位。

12、作为本发明的一种实施方式，所述自主充电模块采用无线充电。

13、作为本发明的一种实施方式，所述机器人采用履带式或轮式，最小爬坡角≥15°；所述侧沟底部与侧沟一侧的地面之间设置有坡度≤15°的斜坡；所述斜坡长度方向与侧沟长度方向的水平投影夹角呈小于30°的锐角，使斜坡在侧沟与隧道内壁之间的狭窄空间内可以得以布置。

14、作为本发明的一种实施方式，机器人上还设置有数据存储模块和通讯模块，用于对各模块数据进行存储并传输至隧道设备洞室的区域控制器中；所述通讯模块采用无线传输的方式。

15、作为本发明的一种实施方式，侧沟按照长度距离划分为多个工作区间，每个工作区间配置有一组所述机器人及相应的配套模块；各工作区间隧道设备洞室内的区域控制器与中央控制器线性连接。

16、作为本发明的一种实施方式，所述机器人以及设置在机器人上的各模块的整机防护等级为ip68，支持≤50cm积水长期浸没作业。

17、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

18、本发明提供的智能巡检清淤的机器人系统，实现了机器人在水沟内的自主巡检、淤积堵塞状态精准识别，并高效完成淤积物清理作业，巡检和清淤同步作业，各工作区间同步进行巡检清淤作业，实现了隧道排水系统的智能化维护，对于保障隧道排水系统通畅、降低运维成本、提升隧道结构安全性与耐久性，具有重要的现实意义与应用价值。

1.一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，应用于铁路隧道排水系统中的侧沟疏通作业，其特征在于：包括：机器人、巡检模块、清淤存储模块和自主充电模块；

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：所述机器人上还设置有水位检测模块和/或温度传感器，通过水位检测模块对机器人涉水深度进行实时监测，涉水深度超过阈值后机器人停止工作并立即撤离；通过所述温度传感器来观测侧沟内的温度变化来防范冻害。

3.根据权利要求2所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：所述清淤模块采用绞吸清淤机器人，功率可根据实际工况自动调节。

4.根据权利要求3所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：当所述清淤存储模块采用独立于机器人之外的清淤小车时，清淤小车上设置有与机器人相同的定位模块；机器人和清淤小车之间通过无线通讯实时交互两者定位坐标以及淤积物采集点位数据，实现机器人和清淤小车的协同作业。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：所述机器人侧面中部设置有防水nfc读写器，识别标签为预埋于侧沟侧壁内的抗金属防水nfc无源标签,识别标签呈长方形且长度方向沿着上下方向设置，通过对识别标签长度和预埋高度进行设定，使机器人在淤积物上表面行走时仍然能够通过识别标签进行定位。

6.根据权利要求5所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：所述自主充电模块采用无线充电。

7.根据权利要求6所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：所述机器人采用履带式或轮式，最小爬坡角≥15°；所述侧沟底部与侧沟一侧的地面之间设置有坡度≤15°的斜坡；所述斜坡长度方向与侧沟长度方向的水平投影夹角呈小于30°的锐角，使斜坡在侧沟与隧道内壁之间的狭窄空间内可以得以布置。

8.根据权利要求7所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：机器人上还设置有数据存储模块和通讯模块，用于对各模块数据进行存储并传输至隧道设备洞室的区域控制器中；所述通讯模块采用无线传输的方式。

9.根据权利要求8所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：侧沟按照长度距离划分为多个工作区间，每个工作区间配置有一组所述机器人及相应的配套模块；各工作区间隧道设备洞室内的区域控制器与中央控制器线性连接。

10.根据权利要求9所述的一种用于隧道水沟智能巡检清淤的机器人系统，其特征在于：所述机器人以及设置在机器人上的各模块的整机防护等级为ip68，支持≤50cm积水长期浸没作业。