CN105620511B - 铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，电机通过钢丝绳带动机器人沿轨道移动，机器人对列车进行全程图像拍摄和录音，然后将采集的视频图像和音频数据实时保存到机器人内置固态硬盘上，并通过通信系统传输到控制器，由控制器进行图像和声音的分析处理、识别、判断以及报警列车制动故障。该机器人系统能够全天候露天作业，对列车车辆制动机试验结果进行采集、分析、识别、判断、记录和追溯，并对异常现象给出报警信息，减轻了列检作业人员的劳动强度，同时提高了铁路车辆列检制动试验结果确认的速度和可靠性，大大提高了列检试验的效率。

Description

铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统及检测方法

技术领域

本发明属于一种机器人装置，具体而言，是一种铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统及检测方法。

背景技术

铁路是国家重要的交通设施，是国家经济发展的大动脉，铁路运输的安全、畅通、有序关系到国家的发展、社会的稳定和家庭的和谐。列车具有良好的制动性能，对于列车安全来说至关重要。为了确保列车具有良好、有效、可靠的制动性能，铁路部门制定了各项检验管理规程，同时在大多数列检所（尤其是特级列检所）作业场都配备了微控列车试验装置，对全列车制动机进行全部试验，但车辆制动试验的结果最终仍由检车人员逐辆进行确认。而近几年由于减员、专业化分流等原因，列检作业人员大幅度减少，在规定的列检时间内保质保量完成制动机全部试验的质量确认工作难以实现，当发生故障时也难以追溯问题根源。

发明内容

针对上述问题，为了解决列车列检试验中存在的人员不足和质量无法控制的问题，本发明公开了一种铁路专用机器人系统，该机器人系统能够全天候露天作业，对列车车辆制动机试验结果进行智能采集、判定、记录和追溯，大幅度减轻列检作业人员的劳动强度。为此，本发明提供了下列技术方案。

一种铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，该系统由传动系统、通信系统和控制系统组成。所述传动系统包括轨道一、轨道二、钢丝绳、钢丝绳滑轮、变频器、电机和张紧机构。所述通信系统包括无线基站一、无线基站二、控制柜、自动充电点一和自动充电点二。所述控制系统包括机器人一、机器人二、控制柜以及控制软件。在列车轨道两侧均铺设轨道一和轨道二两条机器人运行轨道，两轨道内侧环置一条钢丝绳，钢丝绳用固定抱索器与机器人连接，机器人一运行于轨道一，机器人二运行于轨道二。变频器和电机安装在轨道的一端，由电机带动钢丝绳运转，牵引机器人一和机器人二分别沿轨道相向或者背向移动。在轨道两端分别设置无线基站一和无线基站二，机器人一、机器人二与无线基站一、无线基站二之间采用无线WiFi设备通信，无线基站一和无线基站二与控制柜之间通过埋在地下的光缆进行通信。

机器人一和机器人二搭载有高速工业级CMOS黑白摄像机、LED辅助光源、除尘毛刷机构，并内置SSD高速固态硬盘和微型工业处理器。机器人一和机器人二还搭载定向声音传感器，用于采集进行列检试验列车的声音。机器人一和机器人二具有散热结构，在轨道两端无线基站一和无线基站二处同时设有水冷装置，使得机器人一和机器人二能满足60℃的高温作业要求。机器人一和机器人二内部电路还设计有预加热电路，使得机器人能在冬季-40℃环境中正常启动和工作。

机器人一和机器人二的电气系统采用蓄电池供电，并留有自动充电接口，在轨道两端的无线基站一和无线基站二处设置有自动充电点一和自动充电点二，当机器人电量低时，可进行自动充电。机器人一和机器人二还搭载有障碍物探测传感器，当运行轨道有异物或遇到阻碍时，可报警甚至紧急停车。所述控制柜内置控制器且留有网络通信接口，并与微控列车试验装置接口兼容。

一种采用铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统的检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：机器人一和机器人二机器人利用所携带的摄像机和声音传感器采集列车视频信息和音频信息，并对采集的信息进行预处理；

步骤二：机器人一和机器人二将采集到的视频、音频信息通过无线WiFi设备传送到无线基站一和无线基站二，然后无线基站一和无线基站二通过光缆将视频、音频信息传送到控制柜；

步骤三：控制柜内的控制器采用图像分析、模式识别技术对视频信息进行自动分析处理；A. 对机器人预处理后的视频信息进行进一步提取处理；

B. 根据数据帧信息及辅助测量组件做出车辆位置判别；

C. 采用支持向量机技术，对制动缸和截断塞门进行特征提取，进行目标识别和智能分类；

D．将提取的制动缸活塞和截断塞门的轮廓与标准图像中对应的轮廓进行比对，分析出制动缸活塞和截断塞门的限位状态；

步骤四：结合截断塞门的位置，判断制动缸活塞行程量是否符合要求，根据设置的制动缸活塞灵敏度报警阈值，对不符合要求的疑似故障制动缸，给出相应的报警信息，报警信息中包含故障报警位置，便于疑似故障的确认与维修；

步骤五：控制柜内的控制器根据异常声音样本，对采集的列车制动缸声音进行自动识别判断，当发现异常声音，结合图像分析的活塞行程，给出报警信息；

步骤六：控制器可直接接受列检值班员的控制指令，按指令要求控制机器人运行到指定位置，对有疑似故障的制动缸进行专门的信息采集、识别和处理。

本发明提供的技术方案产生的有益效果是：该机器人系统能够全天候露天作业，对现有铁路通用车辆，比如：敞车、棚车、罐车和平车的制动缸进行信息采集，对列车车辆制动机试验结果进行采集、分析、识别、判断、记录和追溯，并对异常现象给出报警信息，不仅大幅度减轻了列检作业人员的劳动强度，而且提高了铁路车辆列检制动试验结果确认的速度和可靠性，大大提高了列检试验的效率。

附图说明

图1是本发明提供的铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统示意图；

图2是本发明提供的铁路车辆列检制动试验机器人系统剖面图；

图3是本发明提供的铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

一种铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，该系统由传动系统、通信系统和控制系统组成。所述传动系统包括轨道一、轨道二、钢丝绳、钢丝绳滑轮、变频器、电机和张紧机构。所述通信系统包括无线基站一、无线基站二、控制柜、自动充电点一和自动充电点二。所述控制系统包括机器人一、机器人二、控制柜以及控制软件。

如图1、图2所示，在列车轨道两侧均铺设轨道一和轨道二两条机器人运行轨道，两轨道内侧环置一条钢丝绳，钢丝绳用固定抱索器与机器人连接，机器人一运行于轨道一，机器人二运行于轨道二。变频器和电机安装在轨道的一端，由电机带动钢丝绳运转，牵引机器人一和机器人二分别沿轨道相向或者背向移动。机器人一和机器人二通过上、下支撑轮和左、右导向轮固定运行于轨道。轨道采用工字钢，工字钢内侧腹板固定钢丝绳滑轮，用于限位钢丝绳，防止其高速运行（10m/s）时发生脱绳危险。

在轨道两端分别设有无线基站一和无线基站二，机器人一、机器人二与无线基站一、无线基站二之间采用无线WiFi设备通信，无线基站一和无线基站二与控制柜之间通过埋在地下的光缆进行通信。

机器人一和机器人二搭载有高速工业级CMOS黑白摄像机、LED辅助光源、除尘毛刷机构，并内置SSD高速固态硬盘和微型工业处理器。机器人一和机器人二还搭载定向声音传感器，用于采集进行列检试验列车的声音。机器人一和机器人二具有散热结构，在轨道两端无线基站一和无线基站二处同时设有水冷装置，使得机器人一和机器人二能满足60℃的高温作业要求。机器人一和机器人二内部电路还设计有预加热电路，使得机器人能在冬季-40℃环境中正常启动和工作。

机器人一和机器人二的电气系统采用蓄电池供电，并留有自动充电接口，在轨道两端的无线基站一和无线基站二处设置有自动充电点一和自动充电点二，当机器人电量低时，可进行自动充电。机器人一和机器人二还搭载有障碍物探测传感器（比如超声波传感器），当运行轨道有异物或遇到阻碍时，可报警甚至紧急停车。所述控制柜内置控制器且留有网络通信接口，并与微控列车试验装置接口兼容。

本发明的工作过程是：值班室的控制柜控制传动系统变频器的运行，电机通过钢丝绳带动机器人一和机器人二沿轨道移动，机器人一和机器人二对列车侧下方进行全程图像拍摄和录音，然后将采集的视频图像和音频数据实时保存到机器人一和机器人二内置固态硬盘上，机器人一和机器人二内置控制器对视频图像进行初步预处理，提取有效信息，压缩关键信息数据量。在每次列检试验的间隔空闲时间，机器人一和机器人二回到两端的无线基站一和无线基站二处，一方面将预处理后的压缩信息经通信系统传输到值班室内控制柜的控制器，由控制器进行进一步的图像和声音的分析处理、识别、判断以及报警列车制动故障；另一方面，机器人一和机器人二等待新的控制命令，准备下一步的试验巡检工作。当所有试验结束后，机器人一和机器人二回到无线基站一和无线基站二的自动充电点一和自动充电点二，根据电量需要自动充电，并将试验中采集的所有原始图像和声音信息备份到控制系统的数据库中，以备后续查询和调阅。

如图3所示，一种采用铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统的检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：机器人一和机器人二机器人利用所携带的摄像机和声音传感器采集列车视频信息和音频信息，并对采集的信息进行预处理；

步骤二：机器人一和机器人二将采集到的视频、音频信息通过无线WiFi设备传送到无线基站一和无线基站二，然后无线基站一和无线基站二通过光缆将视频、音频信息传送到控制柜；

步骤三：控制柜内的控制器采用图像分析、模式识别技术对视频信息进行自动分析处理；A. 对机器人预处理后的视频信息进行进一步提取处理；

B. 根据数据帧信息及辅助测量组件做出车辆位置判别；

C. 采用支持向量机技术，对制动缸和截断塞门进行特征提取，进行目标识别和智能分类；

D．将提取的制动缸活塞和截断塞门的轮廓与标准图像中对应的轮廓进行比对，分析出制动缸活塞和截断塞门的限位状态；

步骤四：结合截断塞门的位置，判断制动缸活塞行程量是否符合要求，根据设置的制动缸活塞灵敏度报警阈值，对不符合要求的疑似故障制动缸，给出相应的报警信息，报警信息中包含故障报警位置，便于疑似故障的确认与维修；

步骤五：控制柜内的控制器根据异常声音样本，对采集的列车制动缸声音进行自动识别判断，当发现异常声音，结合图像分析的活塞行程，给出报警信息；

步骤六：控制器可直接接受列检值班员的控制指令，按指令要求控制机器人运行到指定位置，对有疑似故障的制动缸进行专门的信息采集、识别和处理。

本发明所述并不限于具体实施方式所述的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。

Claims (5)

1.一种铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，其特征在于：该系统由传动系统、通信系统和控制系统组成；所述传动系统包括轨道一、轨道二、钢丝绳、钢丝绳滑轮、变频器、电机和张紧机构；所述通信系统包括无线基站一、无线基站二、控制柜、自动充电点一和自动充电点二；所述控制系统包括机器人一、机器人二、控制柜以及控制软件；在列车轨道两侧均铺设轨道一和轨道二两条机器人运行轨道，两轨道内侧环置一条钢丝绳，钢丝绳用固定抱索器与机器人连接，机器人一运行于轨道一，机器人二运行于轨道二；变频器和电机安装在轨道的一端，由电机带动钢丝绳运转，牵引机器人一和机器人二分别沿轨道相向或者背向移动；在轨道两端分别设置无线基站一和无线基站二，机器人一、机器人二与无线基站一、无线基站二之间采用无线WiFi设备通信，无线基站一和无线基站二与控制柜之间通过埋在地下的光缆进行通信。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，其特征在于：所述机器人一和机器人二搭载有高速工业级CMOS黑白摄像机、LED辅助光源、除尘毛刷机构，并内置SSD高速固态硬盘和微型工业处理器；机器人一和机器人二还搭载定向声音传感器，用于采集进行列检试验列车的声音；机器人一和机器人二具有散热结构，在轨道两端无线基站一和无线基站二处同时设有水冷装置，使得机器人一和机器人二能满足60℃的高温作业要求；机器人一和机器人二内部电路还设计有预加热电路，使得机器人能在冬季-40℃环境中正常启动和工作。

3.根据权利要求1所述的铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，其特征在于：所述机器人一和机器人二的电气系统采用蓄电池供电，并留有自动充电接口，在轨道两端的无线基站一和无线基站二处设置有自动充电点一和自动充电点二，当机器人电量低时，可进行自动充电。

4.根据权利要求1所述的铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统，其特征在于：所述机器人一和机器人二还搭载有障碍物探测传感器，当运行轨道有异物或遇到阻碍时，可报警甚至紧急停车；所述控制柜内置控制器且留有网络通信接口，并与微控列车试验装置接口兼容。

5.一种采用铁路车辆列检制动试验效果确认机器人系统的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：机器人一和机器人二机器人利用所携带的摄像机和声音传感器采集列车视频信息和音频信息，并对采集的信息进行预处理；

步骤二：机器人一和机器人二将采集到的视频、音频信息通过无线WiFi设备传送到无线基站一和无线基站二，然后无线基站一和无线基站二通过光缆将视频、音频信息传送到控制柜；

步骤三：控制柜内的控制器采用图像分析、模式识别技术对视频信息进行自动分析处理；A. 对机器人预处理后的视频信息进行进一步提取处理；

B. 根据数据帧信息及辅助测量组件做出车辆位置判别；

C. 采用支持向量机技术，对制动缸和截断塞门进行特征提取，进行目标识别和智能分类；

D．将提取的制动缸活塞和截断塞门的轮廓与标准图像中对应的轮廓进行比对，分析出制动缸活塞和截断塞门的限位状态；

步骤四：结合截断塞门的位置，判断制动缸活塞行程量是否符合要求，根据设置的制动缸活塞灵敏度报警阈值，对不符合要求的疑似故障制动缸，给出相应的报警信息，报警信息中包含故障报警位置，便于疑似故障的确认与维修；

步骤五：控制柜内的控制器根据异常声音样本，对采集的列车制动缸声音进行自动识别判断，当发现异常声音，结合图像分析的活塞行程，给出报警信息；

步骤六：控制器可直接接受列检值班员的控制指令，按指令要求控制机器人运行到指定位置，对有疑似故障的制动缸进行专门的信息采集、识别和处理。