王志錦

摘 要：本文闡述了高速公路智能巡邏機(jī)器人、高速公路隧道巡檢機(jī)器人、隔離帶清潔機(jī)器人在高速公路中運(yùn)營中的應(yīng)用，重點(diǎn)講述了這幾種機(jī)器人的系統(tǒng)組成、工作過程及使用注意事項(xiàng)等。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;智能巡邏;隧道巡檢;垃圾拾撿

中圖分類號：TP242;U495文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0098-03

Abstract： This paper described the application of highway intelligent patrol robots， highway tunnel inspection robots， and isolation belt cleaning robots in highway operations. It focused on the system composition， working process and precautions of these kinds of robots.

Keywords： robot;intelligent patrol;tunnel inspection;garbage picking

先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)在高速公路運(yùn)營中的應(yīng)用，使得現(xiàn)在的高速公路運(yùn)營管理越來越智能化。高速公路行業(yè)已經(jīng)由密集型產(chǎn)業(yè)逐步轉(zhuǎn)為智能管理型產(chǎn)業(yè)，車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)系更加密切，形成一種安全、高效的運(yùn)輸系統(tǒng)[1]。本文主要介紹了幾種典型機(jī)器人在高速公路運(yùn)營中的應(yīng)用，重點(diǎn)講述了這幾種機(jī)器人的系統(tǒng)組成、工作流程及使用注意事項(xiàng)等。

1 高速公路智能巡邏機(jī)器人

智能巡邏機(jī)器人以高速公路護(hù)欄為軌道，可沿公路護(hù)欄前行、后退、停止。圖1是機(jī)器人在高速公路護(hù)欄上工作時(shí)的簡圖。

1.1 主要功能及系統(tǒng)組成

1.1.1 主要功能。高速公路智能巡邏機(jī)器人主要用于監(jiān)測高速公路運(yùn)行工況，包括應(yīng)急車道違規(guī)占用情況監(jiān)測;事故預(yù)警;路面流量信息、擁堵狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測;現(xiàn)場能見度、降雨降雪量、風(fēng)速等氣象環(huán)境監(jiān)測[2]。

1.1.2 系統(tǒng)組成。智能巡邏機(jī)器人由機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)等組成。機(jī)器人本體主要部件如圖2所示。

對于機(jī)械系統(tǒng)，主要依據(jù)高速公路護(hù)欄的波浪型結(jié)構(gòu)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，確保機(jī)器人能在護(hù)欄上高速平穩(wěn)運(yùn)行;同時(shí)，輪子上設(shè)置懸掛結(jié)構(gòu)，以減輕機(jī)器人通過護(hù)欄連接處時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動(dòng)，減少機(jī)器人震動(dòng)沖擊對高精度設(shè)備的影響，延長使用壽命。

電氣控制系統(tǒng)控制機(jī)器人本體運(yùn)行的路徑與能量供給，并規(guī)劃及控制機(jī)器人運(yùn)行路徑。

監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測路況信息，通過先進(jìn)的視頻雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路安全隱患，并做出準(zhǔn)確判斷。

1.2 工作過程及其優(yōu)點(diǎn)

1.2.1 工作過程。高速公路智能巡邏機(jī)器人在工作時(shí)，機(jī)器人本體上集成的高清攝像機(jī)、高精度傳感器等能實(shí)時(shí)監(jiān)測路況信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)高速公路上的安全隱患。系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)將信號和數(shù)據(jù)傳輸給路段監(jiān)控中心。路段監(jiān)控中心管理人員可以通過登錄移動(dòng)巡邏機(jī)器人應(yīng)用APP，實(shí)時(shí)監(jiān)測路況，同時(shí)操控指定巡邏機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)檢測。通過巡邏機(jī)器人應(yīng)用APP可以實(shí)時(shí)了解移動(dòng)巡邏設(shè)備的相關(guān)情況，包含無線網(wǎng)絡(luò)、后臺服務(wù)器是否連接正常，設(shè)備存儲電量是否充足等。管理人員通過手機(jī)也可對巡邏機(jī)器人應(yīng)用APP進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。

1.2.2 智能巡邏機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)。與人工巡查相比，智能巡邏機(jī)器人減少了人工、車輛及油料成本，可以避免人工巡查面臨的路面交通安全風(fēng)險(xiǎn)，也可大幅增加巡查頻次，提高巡查精細(xì)化程度。機(jī)器人的違章抓拍功能可有效減少各類交通違章行為。事故預(yù)警功能能更好地對路面交通事故作出快速反應(yīng)，降低二次事故的風(fēng)險(xiǎn)。對講功能對突發(fā)情況下人員疏散等起到關(guān)鍵作用。路面病害識別、定位、分析功能對業(yè)主單位養(yǎng)護(hù)的及時(shí)性、科學(xué)性以及精細(xì)化尤為關(guān)鍵。自動(dòng)充電功能確保機(jī)器全天候運(yùn)行。

2 高速公路隧道巡檢機(jī)器人

高速公路隧道巡檢機(jī)器人有別于高速公路智能巡邏機(jī)器人，其是專門針對隧道的復(fù)雜情況設(shè)計(jì)的一款巡檢機(jī)器人。該機(jī)器人主要對隧道內(nèi)設(shè)有的交通誘導(dǎo)、交通環(huán)檢、環(huán)境檢測、通風(fēng)照明、火災(zāi)報(bào)警等設(shè)備進(jìn)行巡視監(jiān)測。

2.1 隧道機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域

隧道巡檢機(jī)器人與智能巡邏機(jī)器人最大的不同在于活動(dòng)區(qū)域的特殊性。隧道機(jī)器人的活動(dòng)區(qū)域在隧道兩側(cè)的電纜蓋板上，能活動(dòng)的區(qū)域較為狹長，機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域如圖3所示。

從圖3可以看出，隧道機(jī)器人的活動(dòng)區(qū)域具有路面狹窄（寬度100 cm），行進(jìn)道路較直，空隙、凸起較多等特點(diǎn)。

2.2 路徑檢測

為了讓隧道巡檢機(jī)器人在上述活動(dòng)區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，隧道機(jī)器人系統(tǒng)自身有一套路徑檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用多個(gè)光電傳感器來進(jìn)行路徑檢測，主要檢測道路邊界、道路空隙、道路臺階3個(gè)方面。

隧道巡檢機(jī)器人對道路邊界進(jìn)行檢測時(shí)，采用2個(gè)光電傳感器，在隧道機(jī)器人機(jī)身兩側(cè)各安裝一個(gè)。隧道巡檢機(jī)器人在隧道中行使時(shí)，只開啟靠近墻壁的光電傳感器測量機(jī)器人到墻壁的距離，光電傳感器會隨時(shí)感知機(jī)器人一側(cè)到隧道壁的距離，根據(jù)光電傳感器的反饋距離，調(diào)整自身行進(jìn)線路，使機(jī)器人始終與側(cè)壁的距離保持在一個(gè)安全范圍內(nèi)。

隧道巡檢機(jī)器人對道路的空隙進(jìn)行檢測時(shí)，主要采用安裝在機(jī)器人前端觸角結(jié)構(gòu)上的光電傳感器。光電傳感器向地面發(fā)射光信號，探測光強(qiáng)度的變化，當(dāng)遇到縫隙時(shí)，光強(qiáng)會發(fā)生變化，光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過系統(tǒng)硬件和軟件計(jì)算機(jī)器人的行走路徑。

隧道巡檢機(jī)器人對道路的臺階進(jìn)行檢測時(shí)，主要采用安裝在機(jī)器人前后端的光電傳感器。當(dāng)遇到臺階時(shí)，光會發(fā)生反射效應(yīng)，光信號的變化引起電信號的變化，通過系統(tǒng)自身的軟硬件，反饋給機(jī)器人本體，機(jī)器人調(diào)整行進(jìn)路徑，繞開臺階。