CN107389686B - 一种针对机车底部的检测机器人系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对机车底部的检测机器人系统及其检测方法，该系统包括至少一个车载检测机器人子系统，车载检测机器人子系统包括手持终端、移动小车和设置在移动小车上的控制单元和供电电源，所述手持终端和控制单元无线连接，移动小车在靠近车头的位置安装有第一检测相机，移动小车上设有机器人导轨，机器人导轨与移动小车的行进方向垂直，机器人导轨上设置有七轴机器人，七轴机器人的末端设有第二检测相机，第一检测相机、第二检测相机、七轴机器人和供电电源均与控制单元连接。本发明可以移动到机车底部检测点进行拍摄，实现全面检测，而且操作简单、方便快捷，提高了检修作业的效率和可靠性，可广泛应用于机车检修行业中。

Description

一种针对机车底部的检测机器人系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及机器人应用领域，特别是涉及一种针对机车底部的检测机器人系统及其检测方法。

背景技术

高铁和地铁列车等机车底部，包括转向架等，需要定时进行检测及检修，目前检测主要靠目测方式完成，通过在机车底部挖地沟后，检修人员通过目测方式进行检修，这种方式，面临人员、场地配置紧缺，检修人员劳动强度大、作业周期长，容易疲劳漏检，由于车底结构比较复杂，有些关键部位难以靠人眼观察到等情况，由于人力、时间的限制只能做到重点检修。近年来，出现了一种自动化检修解决方案——固定式高速摄影检测技术。这种检测技术，在车辆运行中或入库前由固定式检测相机对车辆底部及侧面进行大面积扫描，形成初步三维模型，并具备初步故障判断功能，将初步故障信息即时在系统中报警提示给工作人员，为检修作业提供检修重点参考。但是这种技术，只能检测车体两侧和底部暴露部分的状况，不能检测到内侧及转向架和车体之间部分，无法实现全面检测。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种针对机车底部的检测机器人系统。为了解决上述的技术问题，本发明的另一目的是提供一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种针对机车底部的检测机器人系统，包括至少一个车载检测机器人子系统，所述车载检测机器人子系统包括手持终端、移动小车和设置在移动小车上的控制单元和供电电源，所述手持终端和控制单元无线连接，所述移动小车在靠近车头的位置安装有第一检测相机，所述移动小车上设有机器人导轨，所述机器人导轨与移动小车的行进方向垂直，所述机器人导轨上设置有七轴机器人，所述七轴机器人的末端设有第二检测相机，所述第一检测相机、第二检测相机、七轴机器人和供电电源均与控制单元连接；

所述控制单元用于在移动小车移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人沿导轨移动、进而展开并带动第二检测相机移动到检测点处进行拍摄。

进一步，所述控制单元和供电电源分别设置在移动小车的车尾两侧，所述机器人导轨设置在移动小车的中部。

进一步，所述手持终端包括第一控制模块、图像采集模块、输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通信模块，所述控制单元包括第二控制模块、第二无线通信模块和缓存模块，所述第一控制模块分别与图像采集模块、输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通信模块连接，所述第二控制模块分别与第一检测相机、第二检测相机、七轴机器人、供电电源、缓存模块和第二无线通信模块连接，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块无线连接。

进一步，所述检测机器人系统还包括图像处理分析系统以及云数据库，所述手持终端通过第一无线通信模块与图像处理分析系统连接，所述图像处理分析系统和云数据库无线连接。

进一步，所述检测机器人系统包括至少两个车载检测机器人子系统，各所述车载检测机器人子系统之间通过长度可调的连接结构连接。

进一步，所述连接结构采用销孔调节机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法，包括步骤：

S1、控制七轴机器人处于折叠状态；

S2、控制移动小车沿设定路径移动到机车底部指定位置后，采用第一检测相机对检测点进行拍摄；

S3、控制七轴机器人沿机器人导轨移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人展开并带动第二检测相机移动到检测点处进行拍摄；

S4、将第一检测相机拍摄获得的第一检测照片和第二检测相机拍摄获得的第二检测照片通过无线通信方式发送到手持终端；

S5、判断是否满足结束条件，若是，则结束检测，反之，返回步骤S1执行下一次检测。

进一步，所述步骤S3中，所述控制七轴机器人展开的步骤，具体为：

控制七轴机器人按照规划路径进行运动，到达规划路径对应的位姿，所述规划路径是按照三次多项式轨迹规划方法或者五次多项式轨迹规划方法对七轴机器人进行运动轨迹规划所获得的路径。

进一步，所述步骤S3和S4之间还包括以下步骤：

将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端实时显示检测结果，所述预设的标准图像数据库是通过采集机车底部的检测点在正常状况下的初始标准图像所得到的数据库。

进一步，所述将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端实时显示检测结果的步骤，其具体为：

手持终端将第一检测照片和第二检测照片发送到图像处理分析系统处与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常；

图像处理分析系统将检测结果发送到手持终端进行实时显示，同时将检测结果存储到云数据库。

本发明的有益效果是：本发明的一种针对机车底部的检测机器人系统，包括至少一个车载检测机器人子系统，所述车载检测机器人子系统包括手持终端、移动小车和设置在移动小车上的控制单元和供电电源，所述手持终端和控制单元无线连接，所述移动小车在靠近车头的位置安装有第一检测相机，所述移动小车上设有机器人导轨，所述机器人导轨与移动小车的行进方向垂直，所述机器人导轨上设置有七轴机器人，所述七轴机器人的末端设有第二检测相机，所述第一检测相机、第二检测相机、七轴机器人和供电电源均与控制单元连接；所述控制单元用于在移动小车移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人沿导轨移动、进而展开并带动第二检测相机移动到检测点处进行拍摄。本系统可以移动到机车底部内侧或转向架和车体之间等较难接触到的位置对检测点进行拍摄，实现全面检测，而且操作简单、方便快捷，提高了检修作业的效率和可靠性。

本发明的另一有益效果是：本发明的一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法，包括步骤：S1、控制七轴机器人处于折叠状态；S2、控制移动小车沿设定路径移动到机车底部指定位置后，采用第一检测相机对检测点进行拍摄；S3、控制七轴机器人沿机器人导轨移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人展开并带动第二检测相机移动到检测点处进行拍摄；S4、将第一检测相机拍摄获得的第一检测照片和第二检测相机拍摄获得的第二检测照片通过无线通信方式发送到手持终端；S5、判断是否满足结束条件，若是，则结束检测，反之，返回步骤S1执行下一次检测。本方法可以移动到机车底部内侧或转向架和车体之间等较难接触到的位置对检测点进行拍摄，实现全面检测，而且操作简单、方便快捷，提高了检修作业的效率和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的一种针对机车底部的检测机器人系统的机械结构示意图；

图2是本发明的一种针对机车底部的检测机器人系统的电子结构示意图；

图3是本发明的针对机车底部的检测机器人系统对转向架上的牵引电机的上表面进行检测的示意图；

图4是本发明的针对机车底部的检测机器人系统对转向架上的牵引电机的下表面进行检测的示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，本发明提供了一种针对机车底部的检测机器人系统，包括至少一个车载检测机器人子系统，所述车载检测机器人子系统包括手持终端1、移动小车2和设置在移动小车2上的控制单元3和供电电源4，所述手持终端1和控制单元3无线连接，所述移动小车2在靠近车头的位置安装有第一检测相机5，所述移动小车2上设有机器人导轨6，所述机器人导轨6与移动小车2的行进方向垂直，所述机器人导轨6上设置有七轴机器人7，所述七轴机器人7的末端设有第二检测相机8，所述第一检测相机5、第二检测相机8、七轴机器人7和供电电源4均与控制单元3连接；

所述控制单元3用于在移动小车2移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人7沿导轨移动、进而展开并带动第二检测相机8移动到检测点处进行拍摄。

移动小车2设有对应的牵引模块，该牵引模块与控制单元3或者手持终端1连接，通过手持终端1的操作可以控制移动小车2的行进。进一步作为优选的实施方式，所述控制单元3和供电电源4分别设置在移动小车2的车尾两侧，所述机器人导轨6设置在移动小车2的中部。另外，控制单元3和供电电源4也可以设置在移动小车2的任意位置，机器人导轨6还可以设置在移动小车2的车尾位置等，具体位置可以随机调节，只要能实现本方案的目的即可。

进一步作为优选的实施方式，参照图2所示，所述手持终端1包括第一控制模块、图像采集模块、输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通信模块，所述控制单元3包括第二控制模块、第二无线通信模块和缓存模块，所述第一控制模块分别与图像采集模块、输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通信模块连接，所述第二控制模块分别与第一检测相机5、第二检测相机8、七轴机器人7、供电电源4、缓存模块和第二无线通信模块连接，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块无线连接。

进一步作为优选的实施方式，所述检测机器人系统还包括图像处理分析系统以及云数据库，所述手持终端1通过第一无线通信模块与图像处理分析系统连接，所述图像处理分析系统和云数据库无线连接。图像处理分析系统用于将第一检测相机5拍摄获得的第一检测照片和第二检测相机8拍摄获得的第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对分析后，判断检测结果是否正常。云数据库用于存储检测结果，也可以存储检测过程的检测照片，便于进行数据追踪。另外，手持终端1也可以对第一检测相机5拍摄获得的第一检测照片和第二检测相机8拍摄获得的第二检测照片进行初步分析判断，获得初步的检测结果。

进一步作为优选的实施方式，如图3所示，所述检测机器人系统包括至少两个车载检测机器人子系统，各所述车载检测机器人子系统之间通过长度可调的连接结构9连接。本实施例中，移动小车2的车头是指移动小车2在行进过程中，接近检测点的一侧，图1中，两个车载检测机器人子系统连接后，靠近连接结构处为接近检测点的一侧，连接结构连接的一端为各自的车头。

进一步作为优选的实施方式，所述连接结构9采用销孔调节机构。通过销孔调节机构可以调节各车载检测机器人子系统之间的距离，实现对不同距离的检测点的同时检测。另外，连接结构9还可以采用其它调节机构，例如连杆调节机构、卡接式调节机构等。

本发明的工作原理如下：

采用移动小车2负载七轴机器人7进行移动后，可以移动到机车底部对检测点进行拍摄，而且七轴机器人7还可以带动第二检测相机8到达检测点附近进行拍照。第二检测相机8要在空间坐标系到达任意位姿，需要至少六个自由度，七轴机器人7有七个可以旋转的轴，有七个自由度，可以以更多的路径在工作范围内使第二检测相机8到达任意位姿，从而在需要的时候以合适的路径避开障碍物，到达预定的位姿。七轴机器人7可以在机车底部空间较大的地方伸展，移动小车负载折叠后的七轴机器人7移动到机车底部空间较大的位置，七轴机器人7携带第二检测相机8开始伸展并准备检测。机器人从一个位置运动到另一个位置的路径是按照三次多项式轨迹规划或者五次多项式轨迹规划等机器人轨迹规划方法规划出的路径，七轴机器人7就可以按照规划好的路径全程避免碰撞并绕开障碍物，从而运动到指定的位姿对检测点进行拍照检测。第二检测相机8拍照后回传至手持终端1，可以对图像进行处理比对，为检测结果分析提供依据。另外，第一检测相机5拍摄获得的第一检测照片可以是作为初步的检测结果，也可以是作为手持终端1控制移动小车2进一步移动的参考对象。本系统可以移动到机车底部内侧或转向架和车体之间等较难接触到的位置，实现全面检测，提高了检修作业的效率和可靠性。

如图3所示，本检测机器人系统移动到转向架10上的牵引电机11下方后，可以控制七轴机器人7沿导轨移动、进而展开后实现对牵引电机11上表面的检测。相似的，如图4所示，本检测机器人系统移动到转向架10上的牵引电机11下方后，可以控制七轴机器人7沿导轨移动、进而展开后实现对牵引电机11下表面的检测。

本发明还提供了所述的一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法，包括步骤：

S1、控制七轴机器人7处于折叠状态；

S2、控制移动小车2沿设定路径移动到机车底部指定位置后，采用第一检测相机5对检测点进行拍摄；本步骤通过操作手持终端1来控制移动小车2的移动；

S3、控制七轴机器人7沿机器人导轨6移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人7展开并带动第二检测相机8移动到检测点处进行拍摄；

S4、将第一检测相机5拍摄获得的第一检测照片和第二检测相机8拍摄获得的第二检测照片通过无线通信方式发送到手持终端1；

S5、判断是否满足结束条件，若是，则结束检测，反之，返回步骤S1执行下一次检测。

结束条件是预设的，例如设定结束条件为，拍摄次数到达设定阈值后，结束检测，或者检测时间达到预设时间阈值后，停止检测等。第一检测照片可用于显示在手持终端1上，供用户判断移动小车2是否达到指定位置，也可以用于进行拍摄结果的分析判断。

七轴机器人7的展开或者折叠，具体通过控制单元3产生对应的控制指令进行控制。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3中，所述控制七轴机器人7展开的步骤，具体为：

控制七轴机器人7按照规划路径进行运动，到达规划路径对应的位姿，所述规划路径是按照三次多项式轨迹规划方法或者五次多项式轨迹规划方法对七轴机器人7进行运动轨迹规划所获得的路径。

所述运动轨迹规划过程中，初始位姿为七轴机器人在移动小车上的初始位置和姿态，目标位姿是根据机车底部检测点的位置设定的，目的在于使得第二检测相机能拍摄到机车底部检测点的照片。也可以根据第一检测相机拍摄的第一检测照片来计算获得目标位姿。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3和S4之间还包括以下步骤：

将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端1实时显示检测结果，所述预设的标准图像数据库是通过采集机车底部的检测点在正常状况下的初始标准图像所得到的数据库。预设的标准图像数据库的具体构建过程，是通过手持终端1的图像采集模块采集机车底部检测点在正常状况下的初始标准图像后建立的。

进一步作为优选的实施方式，所述将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端1实时显示检测结果的步骤，其具体为：

手持终端1将第一检测照片和第二检测照片发送到图像处理分析系统处与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常；

图像处理分析系统将检测结果发送到手持终端1进行实时显示，同时将检测结果存储到云数据库。

将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端1实时显示检测结果的步骤，还有一种实现方式，直接在手持终端1上实现数据比对，判断检测结果正常与否：手持终端1将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并实时显示检测结果。

本发明可以通过移动小车2上负载的第一检测相机5和七轴机器人7末端携带的第二检测相机8对机车底部指定位置进行照片拍摄，实现检测目的，可以替代人的目测检修方式，操作简单、方便快捷，有利于减轻检修人员的劳动强度，而且通过七轴机器人7带动第二检测相机8，可以移动到机车底部内侧或转向架和车体之间等较难接触到的位置，实现全面检测，提高了检修作业的效率和可靠性。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种等同的变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种针对机车底部的检测机器人系统，其特征在于，包括至少一个车载检测机器人子系统，所述车载检测机器人子系统包括手持终端、移动小车和设置在移动小车上的控制单元和供电电源，所述手持终端和控制单元无线连接，所述移动小车在靠近车头的位置安装有第一检测相机，所述移动小车上设有机器人导轨，所述机器人导轨与移动小车的行进方向垂直，所述机器人导轨上设置有七轴机器人，所述七轴机器人的末端设有第二检测相机，所述第一检测相机、第二检测相机、七轴机器人和供电电源均与控制单元连接；所述控制单元用于在移动小车移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人沿导轨移动、进而展开并带动第二检测相机移动到检测点处进行拍摄，所述控制七轴机器人展开，具体为：控制七轴机器人按照规划路径进行运动，到达规划路径对应的位姿，所述规划路径是按照三次多项式轨迹规划方法或者五次多项式轨迹规划方法对七轴机器人进行运动轨迹规划所获得的路径。

2.根据权利要求1所述的一种针对机车底部的检测机器人系统，其特征在于，所述控制单元和供电电源分别设置在移动小车的车尾两侧，所述机器人导轨设置在移动小车的中部。

3.根据权利要求1所述的一种针对机车底部的检测机器人系统，其特征在于，所述手持终端包括第一控制模块、图像采集模块、输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通信模块，所述控制单元包括第二控制模块、第二无线通信模块和缓存模块，所述第一控制模块分别与图像采集模块、输入模块、显示模块、存储模块和第一无线通信模块连接，所述第二控制模块分别与第一检测相机、第二检测相机、七轴机器人、供电电源、缓存模块和第二无线通信模块连接，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块无线连接。

4.根据权利要求3所述的一种针对机车底部的检测机器人系统，其特征在于，所述检测机器人系统还包括图像处理分析系统以及云数据库，所述手持终端通过第一无线通信模块与图像处理分析系统连接，所述图像处理分析系统和云数据库无线连接。

5.根据权利要求1所述的一种针对机车底部的检测机器人系统，其特征在于，所述检测机器人系统包括至少两个车载检测机器人子系统，各所述车载检测机器人子系统之间通过长度可调的连接结构连接。

6.根据权利要求5所述的一种针对机车底部的检测机器人系统，其特征在于，所述连接结构采用销孔调节机构。

7.权利要求1所述的一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1、控制七轴机器人处于折叠状态；

S2、控制移动小车沿设定路径移动到机车底部指定位置后，采用第一检测相机对检测点进行拍摄；

S3、控制七轴机器人沿机器人导轨移动到机车底部的待检测位置下方后，控制七轴机器人展开并带动第二检测相机移动到检测点处进行拍摄；

S4、将第一检测相机拍摄获得的第一检测照片和第二检测相机拍摄获得的第二检测照片通过无线通信方式发送到手持终端；

S5、判断是否满足结束条件，若是，则结束检测，反之，返回步骤S1执行下一次检测。

8.根据权利要求7所述的一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法，其特征在于，所述步骤S3和S4之间还包括以下步骤：

将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端实时显示检测结果，所述预设的标准图像数据库是通过采集机车底部的检测点在正常状况下的初始标准图像所得到的数据库。

9.根据权利要求8所述的一种针对机车底部的检测机器人系统的检测方法，其特征在于，所述将第一检测照片和第二检测照片与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常，并通过手持终端实时显示检测结果的步骤，其具体为：

手持终端将第一检测照片和第二检测照片发送到图像处理分析系统处与预设的标准图像数据库进行比对，判断检测结果是否正常；

图像处理分析系统将检测结果发送到手持终端进行实时显示，同时将检测结果存储到云数据库。

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