CN107433952A - 一种智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能巡检机器人，包括机器人车体以及安装在机器人车体上用于采集轨道交通系统基础设施实时状态数据的数据采集模块(100)、用于检测机器人车体的运动状态的运动控制模块(200)、用于处理所述实时状态数据的数据处理模块(300)和用于控制运动控制模块(200)以及数据处理模块(300)的主处理模块(400)。本发明公开的一种智能巡检机器人能够在轨道交通运行的过程中实时监测轨道交通基础设施的状态，及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

Description

一种智能巡检机器人

技术领域

本发明涉及轨道交通用智能机器人领域，具体涉及一种用于轨道交通系统安全检测的智能巡检机器人。

背景技术

随着大城市的人口日益增多，路上交通越来越无法满足人们急剧增加的交通使用量，城市轨道交通系统的发展为缓解城市交通拥堵起到重要的作用。

城市轨道交通作为一个特殊服务性行业，在生产过程中除了职工人身安全，还包括乘客的人身安全以及各种设备设施的运行安全，同时存在着许多不可预测的安全隐患，城市轨道交通系统的安全特性包括：(1)公共设施特性；(2)大流量高密度；(3)封闭性；(4)受定向空气流动影响；(5)防范困难。

轨道交通系统的故障多种多样，按照故障表现形式可分为设备磨损、断裂、裂纹；按照故障诱因的物理类型可分为电气故障、信号故障、机械故障和电子故障。

现有的故障诊断方法主要为以下四类：(1)经验法：运检师依据经验、目测以及逻辑判断对故障进行诊断；(2)部件替换法：使用新部件替换可能的故障部件，再通过运行进行验证；(3)设备检测法：借助专业仪器、设备进行测试来定位故障点；(4)运行记录查找法：通过对比、参照运行记录寻找故障问题。现有的诊断方法要求运检师熟悉轨道交通各组成部分的工作原理、各种故障信息，工作强度大、效率低，故障诊断的准确性易受人员因素的干扰。

为了及时排除故障隐患，需要定期对轨道交通系统的基础设施进行安全检查，目前，这样的检查任务以人工静态检查为主，方法虽然简单易行，但其存在检查速度慢、占用线路时间长、工作效率低等问题，还必须为轨道交通运行预留相应的天窗期，影响轨道交通运营的效率。当然，就更谈不上基础设施的实时检测和运营故障的实时监测。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中在人工进行安全检查时检查速度慢、占用线路时间长、工作效率低，同时需要为安全检查预留天窗期而影响轨道交通运营效率的问题，提供一种智能机器人，能够在轨道交通运行的过程中实时监测轨道交通基础设施的状态，及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

本发明提供一种智能巡检机器人，包括：

机器人车体：用于运载数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块和主控制模块；

数据采集模块：固定安装在机器人车体上，用于采集轨道交通系统实时状态数据，用于将实时状态数据传送至数据处理模块；包括：

激光扫描装置：用于对隧道进行三维建模，用于检测隧道裂纹和变形，用于检测隧道内异物，用于检测轨道变形；

扫描相机：用于检测隧道裂纹和湿渍，用于检测隧道内异物；

摄像头：用于对隧道内环境进行监控；

红外成像仪：用于检测隧道内电缆发热，用于检测隧道内人员和动物的侵入；

运动控制模块：固定安装在机器人车体上，用于检测机器人车体的运动状态并生成运动状态信息，用于将运动状态信息发送至主处理模块，用于接收主控制模块发送的运动指令，用于根据运动指令调节机器人车体的运动状态；包括：

3D惯性测量单元：用于检测机器人车体的姿态和加速度，可选用陀螺仪；

定位传感器：用于检测机器人车体的位置信息；

电机驱动器：用于为机器人车体提供运行动力；

编码器：用于判断机器人车体的移动距离信息；

非接触式避障传感器：用于检测轨道上是否存在异物等障碍，例如雷达等；

数据处理模块：固定安装在机器人车体上，用于接收所述数据采集模块传送的实时状态数据，用于将实时状态数据与数据库中数据进行对比并生成对比结果，用于将对比结果传送至主控制模块。

主处理模块：用于接收数据处理模块传送的对比结果，用于接收运动控制模块发送的运动状态信息，用于向运动控制模块发送运动指令，用于向站台控制中心或中央控制中心发送对比结果和运动状态信息，用于接收站台控制中心或中央控制中心发送的运动指令。

激光扫描装置能够进行隧道三维建模、异物侵限检测、隧洞洞体结构和隧道曲率变形检测、铁轨几何形状检测(轨道零件脱落、轨距变形等)；扫描相机能够进行异物检测、隧道壁面裂纹检测、壁面湿渍检测；摄像头能够对隧道内实况环境实时监测；红外成像仪能够进行隧洞内电缆发热检测、人员或动物入侵检测、隧洞内功率回路短路检测等。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，机器人车体包括：

车体本体：用于运载数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块和主控制模块；

驱动装置：通过驱动装置固定支架与车体本体固定连接，用于驱动车体本体进行运动；

导向装置：导向装置通过固定支架与车体本体的两侧固定连接，两端通过夹紧装置与几字形导轨的两翼相连，用于在驱动装置驱动车体本体沿导轨的延伸方向运动时，使车体本体随几字形导轨进行水平方向和垂直方向的转向；

集电装置：通过碳刷支架与导向装置固定支架固定连接，碳刷支架的另一端与碳刷相连，碳刷的另一端与导轨上的滑触线相连，为驱动装置以及为车体本体运载用电设备提供电源动力。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，导向装置固定支架包括与车体本体固定连接的导向装置固定支架第一面板，垂直设置在导向装置固定支架第一面板一端的导向装置固定支架第二面板，在导向装置固定支架第一面板和导向装置固定支架第二面板之间设有加强筋，在导向装置固定支架第二面板的另一端设有凸台，在凸台的中部设有导向装置固定支架通孔。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，中心回转装置包括穿过导向装置固定支架通孔的水平转轴，水平转轴通过水平转轴套与导向装置固定支架相连，在水平转轴套的两侧设有压盖套，水平转轴穿过压盖套，压盖套通过滚动轴承与中心回转座相连，垂直转轴通过滑动推力轴承与中心回转座相连，垂直转轴一端穿过中心回转座通过螺母与压盖套相连。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，在滚动轴承和中心回转座之间设有橡胶垫，在螺母和压盖套之间设有止推垫圈。橡胶垫能够增加中心回转座与滚动轴承之间的支撑面积，能够是转动平稳并减小运行过程中振动的传递；止推垫圈能够有效的防止螺母在运行过程中因颠簸振动引起的松动或脱落。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，夹紧装置包括与中心回转座相连的弯板，一端通过销轴与弯板固定连接的压紧轮摆杆，压紧轮摆杆的另一端通过弹簧调整螺栓与弯板连接，在弹簧调整螺栓上弯板与压紧轮摆杆之间设有第二碟簧，导向压轮通过螺母与压紧轮摆杆固定连接，凸缘轮通过螺母与弯板固定连接，导向压轮和凸缘轮分别与导轨内外面接触。第二碟簧由若干单片的碟簧叠加组成，在弹簧调整螺栓上设有调节螺母，通过增加或减少碟簧的数量以及调整调节螺母在弹簧调整螺栓上的位置来调节导向压轮所产生的压紧力大小，使导向压轮与凸缘轮夹紧导轨。与普通弹簧相比，碟簧在很小的变形量下能产生更大弹力，能够保证导向压轮和凸缘轮夹紧导轨，同时减小车身在运行过程中的晃动。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，弯板包括与中心回转座相连的弯板第一面板，与弯板第一面板一端垂直连接的弯板第二面板；在弯板第二面板上设有一用于压紧轮摆杆定位的凹槽，用于压紧轮摆杆穿过的弯板第一通孔，用于销轴穿过的弯板第二通孔，用于导向压轮穿过的弯板第三通孔，用于凸缘轮穿过的弯板第四通孔；弯板第三面板垂直设置在弯板第二面板的另一端，在弯板第三面板上设有用于弹簧调整螺栓穿过的弯板第五通孔。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，压紧轮摆杆包括压紧轮摆杆第一面板，在压紧轮摆杆第一面板的一端设有用于销轴穿过的压紧轮摆杆第一通孔，在压紧轮摆杆第一面板的中部设有用于导向压轮穿过的压紧轮摆杆第二通孔，在压紧轮摆杆第一面板的另一端垂直设有压紧轮摆杆第二面板，在压紧轮摆杆第二面板上设有用于弹簧调整螺栓穿过的压紧轮摆杆第三通孔。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，在弯板第一面板上设有长孔和定位孔，螺栓穿过长孔固定在中心回转座上，使得弯板第一面板能够沿着长孔的竖直方向与中心回转座产生滑动。当需要对导向装置进行安装时，将螺栓穿过长孔与中心回转座上的螺纹孔连接，此时弯板第一面板能够沿着长孔的竖直方向上下滑动，当滑动到弯板第一面板上的定位孔与中心回转座上的螺纹孔对应时，用螺栓将弯板第一面板和中心回转座固定连接，即可完成安装；当需要对导向装置进行拆卸时，松开定位孔和长孔上的螺栓，此时弯板第一面板能够沿着长孔的竖直方向上下滑动，即可对弯板第一面板进行拆卸。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，驱动装置包括：

主驱动装置：固定安装在车体本体上，包括一个主动轮，用于驱动车体本体在导轨内运动；

弹性张紧装置：固定安装在车体本体上，用于将主动轮压紧在导轨内，增加主动轮与导轨之间的摩擦力，同时为车体在运行过程中提供减震的作用；

从动装置：固定安装在车体本体上，用于承载车体本体作用于导轨垂直方向的力，保持车体本体在导轨内的平稳运行。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，主驱动装置包括：

主驱动装置固定支架：用于将电机和减速器固定在车体本体上；

电机：与主驱动装置固定支架固定连接，一端通过电线与集电装置相连，另一端与减速器相连，用于为驱动装置提供动力；

减速器：与主驱动装置固定支架固定连接，一端与电机相连，另一端与主动轴相连用于调节主动轴的转速；

主动轴：穿过车体本体，一端与减速器相连，另一端与主动轮固定相连，用于带动主动轮运动；

主动轮：为圆柱体，一端与主动轴固定连接，侧面与导轨接触，用于带动车体本体在导轨内沿导轨径向的运动。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，主驱动装置还包括：

第一轴承座：固定安装在车体本体上，用于主动轴穿过并限制主动轴的径向运动；

轴承盖：设置在第一轴承座上，用于主动轴穿过并限制主动轴的轴向运动。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，弹性张紧装置包括：

弹性张紧装置固定支架：固定安装在车体本体上，用于将弹性张紧装置固定在车体本体上；

弹簧调整螺栓：一端固定在弹性张紧装置固定支架上，另一端与张紧轮摆杆相连，在弹簧调整螺栓的中部设有一个调节螺母，用于限制第一碟簧的运动；

第一碟簧：套在弹簧调整螺栓上，两端分别与调节螺母和张紧轮摆杆紧密接触，用于限制张紧轮摆杆的运动幅度；

张紧轮摆杆：中部通过销轴与机器人主体相连，一端设有张紧轮摆杆通孔，张紧轮摆杆通孔套在弹簧调整螺栓上与第一碟簧紧密接触，另一端与张紧轴固定连接，用于微调张紧轮的位置使驱动装置与导轨紧密接触；

张紧轴：两端分别与张紧轮摆杆和张紧轮连接；

张紧轮：为圆柱体，一端通过销轴与张紧轮摆杆固定连接，侧面与导轨紧密接触。

弹性张紧装置能够根据导轨内腔的变形大小或者主动轮和从动轮的磨损情况进行上下摆动调整，同时带动张紧轮摆杆摆动，张紧轮摆杆再通过碟簧实现压紧，能够保证主动轮压紧导轨，同时避免产生过大抖动。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，张紧轮摆杆包括张紧轮摆杆第一面板、张紧轮摆杆第二面板、张紧轮摆杆第三面板和张紧轮摆杆第四面板，在张紧轮摆杆第一面板上设有张紧轮摆杆通孔，张紧轮摆杆第二面板的一端与张紧轮摆杆第一面板一端的侧面垂直固定连接，张紧轮摆杆第二面板的另一端与张紧轮摆杆第三面板固定连接，在张紧轮摆杆第三面板上设有第二通孔，用于销轴穿过与机器人主体连接并使张紧轮摆杆能够绕着销轴旋转，在张紧轮摆杆第三面板的侧面与张紧轮摆杆第二面板垂直的方向设有张紧轮摆杆第四面板，在张紧轮摆杆第四面板上设有第三通孔，用于张紧轴穿过。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，从动装置包括：

从动轴：一端通过第二轴承座安装在车体本体上，另一端与从动轮固定连接；

从动轮：一端与从动轴固定连接，侧面与导轨接触，用于承载车体本体作用于导轨垂直方向的力，保持车体本体在导轨内的平稳运行。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，从动装置还包括设置在从动轮一端用于检测从动轮转速的编码器。编码器能够检测从动轮在运行过程中的移动距离，并把检测信号传送至上位机，判断从动轮是否存在平动。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，车体本体包括长方形的底板，分别位于底板两侧的可拆卸的L型左边板和L型右边板。车体本体的可拆卸设计能够方便对设置在车体本体上的检测设备进行安装和拆卸。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，集电装置还包括固定安装在车体本体上的蓄电池，用于在意外断电情况下为智能巡检机器人提供动力。当智能巡检机器人遇到意外情况导致断电时，蓄电池能够向驱动装置提供动力，使得智能巡检机器人能够继续沿着导轨运行，回到站台侧进行检修。同时，蓄电池也可以作为智能巡检机器人的主电源运行，使智能巡检机器人不依赖与滑触线供电进行工作。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，数据采集模块还包括射频扫描装置、有毒气体探测器、烟雾探测器。射频扫描装置能够扫描设备上的电子标签，用于确定各设备的基础数据信息以及位置信息；有毒气体探测器能够识别隧道内的有毒气体；烟雾探测器能够识别隧道内的烟雾，快速识别火灾等突发状况。

本发明所述的一种智能巡检机器人，作为优选方式，数据处理模块包括：

数据比较模块：用于将数据采集模块收集的实时状态数据与数据库中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比，将对比结果传送至数据判断模块；

数据判断模块：用于将对比结果按照数据库中设定的阈值进行判断，生成故障信息或预警信息，并将故障信息传送至故障诊断模块，将预警信息传送至故障预警模块；

故障诊断模块：用于将故障信息进行分类和评级并对故障信息进行定位，并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送至站台控制中心或中央控制中心；

故障预警模块：用于将预警信息进行分类和评级并对预警信息进行定位，并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息传送至站台控制中心或中央控制中心。

其中，站台控制中心包括：

数据库模块：用于存储故障信息、预警信息以及由中央控制中心汇总的更新信息；包括：

故障信息模块：用于存储轨道交通故障信息、故障分类信息、故障定位信息、故障评级信息和各故障阈值；

预警信息模块：用于存储轨道交通预警信息、预警分类信息、预警定位信息、预警评级信息和各预警阈值；

知识库模块：用于存储轨道交通各零部件和元器件使用寿命及磨损数据信息；

推理器模块：用于将中央控制中心传送来的故障信息或预警信息汇总结果分类更新至故障信息模块、预警信息模块和知识库模块。

显示模块：用于将站台控制中心发出的处理结果反馈至用户。

数据库模块能够根据数据处理模块传送的故障信息和预警信息实现自动更新，并将更新后的结果作为下一次故障信息或预警信息判定、评级的依据，实现智能巡检机器人的智能化成长。

本发明在使用过程中，智能巡检机器人通过集电装置取电供给电机，电机为主动轮提供动力，带动智能巡检机器人沿着导轨方向运动，数据采集模块实时收集轨道交通系统基础设施的实时状态数据并将其传送至数据处理模块，数据处理模块首先把数据采集模块传送过来的数据分为正常数据、故障数据和预警数据，其中正常数据直接保存至数据库，故障数据下发至故障诊断模块进行分类、定位与评级并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息通过显示装置反馈至用户，预警信息下发至故障预警模块进行分类、定位与评级并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息通过显示装置反馈至用户，能够及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

同时数据库能够根据数据处理模块传送的故障信息和预警信息实现自动更新，并将更新后的结果作为下一次故障信息或预警信息判定、评级的依据，实现智能巡检机器人的智能化成长。

在智能巡检机器人在运动过程中，当导轨在垂直方向转向时，导轨边缘挤压凸缘轮的凸缘，使垂直转轴在中心回转装置中旋转，进而带动智能巡检机器人沿着导轨在垂直方向转向；当导轨在水平方向转向时，在碟簧的作用下，导向压轮与凸缘轮夹紧导轨，使水平转轴旋转，进而带动智能巡检机器人沿着导轨在水平方向转向；当需要从导轨上拆卸智能巡检机器人时，松开定位孔和长孔上的螺栓，使上下两个夹紧装置沿着长孔轴向远离导轨运动，即可将整个智能巡检机器人从导轨上拆卸下来。

本发明由于在智能巡检机器人两侧设有转向装置，能够使得智能巡检机器人沿着导轨运行方向进行水平和垂直两个方向进行转向。

本发明进一步在智能巡检机器人的驱动装置上设置弹性张紧装置，为车体在运行过程中提供减震的作用，使得智能巡检机器人在运行或转向过程中平稳运行，同时在在滚动轴承和中心回转座之间设有橡胶垫，在螺母和压盖套之间设有止推垫圈且使用碟簧代替普通的弹簧，能够进一步提高减震效果。

附图说明

图1为一种智能巡检机器人的立体图；

图2为一种智能巡检机器人的剖视图；

图3为一种智能巡检机器人车体本体的组成图；

图4为一种智能巡检机器人主驱动装置的组成图；

图5为一种智能巡检机器人弹性张紧装置的主视图；

图6为一种智能巡检机器人弹性张紧装置固定支架的立体图；

图7为一种智能巡检机器人张紧轮摆杆的立体图；

图8为一种智能巡检机器人从动装置的主视图；

图9为一种智能巡检机器人导向装置的组成图；

图10为一种智能巡检机器人导向装置的右视图；

图11为一种智能巡检机器人导向装置固定支架的立体图；

图12为一种智能巡检机器人中心回转座的立体图；

图13为一种智能巡检机器人夹紧装置的组成图；

图14为一种智能巡检机器人弯板的立体图；

图15为一种智能巡检机器人压紧轮摆杆的立体图；

图16为一种智能巡检机器人配合的导轨的左视图；

图17为一种智能巡检机器人导向装置的拆卸示意图；

图18为一种智能巡检机器人安装示意图；

图19为一种智能巡检机器人控制系统的流程图；

图20为一种智能巡检机器人控制系统的组成图；

图21为一种智能巡检机器人数据采集模块的组成图；

图22为一种智能巡检机器人运动控制模块的组成图；

图23为一种智能巡检机器人数据处理模块的组成图。

附图说明：

1、车体本体；11、底板；12、左边板；13、右边板；2、驱动装置；21、主驱动装置；211、主驱动装置固定支架；212、电机；213、减速器；214、主动轴；215、主动轮；216、第一轴承座；217、轴承盖；22、弹性张紧装置；221、弹性张紧装置固定支架；222、弹簧调整螺栓；223、第一碟簧；224、张紧轮摆杆；2241、张紧轮摆杆第一面板；2242、张紧轮摆杆第二面板；2243、张紧轮摆杆第三面板；2244、张紧轮摆杆第四面板；2245、张紧轮摆杆第一通孔；2246、张紧轮摆杆第二通孔；2247、张紧轮摆杆第三通孔；225、张紧轴；226、张紧轮；23、从动装置；231、从动轴；232、从动轮；233、第二轴承座；3、导向装置；31、导向装置固定支架；311、导向装置固定支架第一面板；312、导向装置固定支架第二面板；313、加强筋；314、凸台；315、导向装置固定支架通孔；32、中心回转装置；321、水平转轴；322、水平转轴套；323、压盖套；324、滚动轴承；325、中心回转座；326、垂直转轴；327、推力转轴；33、夹紧装置；331、弯板；3311、弯板第一面板；33111、长孔；33112、定位孔；33113、螺栓；3312、弯板第二面板；3313、凹槽；3314、弯板第一通孔；3315、弯板第二通孔；3316、弯板第三通孔；3317、弯板第四通孔；3318、弯板第三面板；3319、弯板第五通孔；332、压紧轮摆杆；3321、压紧轮摆杆第一面板；3322、压紧轮摆杆第一通孔；3323、压紧轮摆杆第二通孔；3324、压紧轮摆杆第二面板；3325、压紧轮摆杆第三通孔；333、弹簧调整螺栓；334、第二碟簧；335、导向压轮；336、凸缘轮；4、集电装置；41、电刷支架；42、碳刷；5、导轨；51、滑触线；6、销轴；7、螺母；100、数据采集模块；110、激光扫描装置；120、扫描相机；130、摄像头；140、红外成像仪；150、射频扫描装置；160、有毒气体探测器；170、烟雾探测器；200、运动控制模块；210、3D惯性测量单元；220、定位传感器；230、电机驱动器；240、编码器；250、非接触式避障传感器；300、数据处理模块；310、数据比较模块；320、数据判断模块；330、故障诊断模块；340、故障预警模块；400、主控制模块。

具体实施方式

本发明提供一种智能巡检机器人，如图1～2所示包括：

机器人车体：用于运载数据采集模块100、运动控制模块200、数据处理模块300和主控制模块400；包括：

车体本体1：用于固定运载激光扫描装置、扫描相机、摄像头、温度传感器、红外成像仪、射频扫描装置、有毒气体探测器、烟雾探测器等检测装置，由可拆卸的长方形底板、L形三部分组成，如图3所示；

驱动装置2：通过驱动装置固定支架21与车体本体1固定连接，用于驱动车体本体1进行运动；包括：

主驱动装置21：固定安装在车体本体1上，如图4所示，包括：

主驱动装置固定支架211：用于将电机212和减速器213固定在车体本体1上；

电机212：与主驱动装置固定支架211固定连接，一端通过电线与集电装置4相连，另一端与减速器213相连，用于为驱动装置2提供动力；

减速器213：与主驱动装置固定支架211固定连接，一端与电机212相连，另一端与主动轴214相连用于调节所述主动轴214的转速；

主动轴214：穿过车体本体1，一端与减速器213相连，另一端与主动轮215固定相连，用于带动主动轮215运动；

主动轮215：为圆柱体，一端与所述主动轴214固定连接，侧面与导轨5接触，用于带动所述车体本体1在所述导轨5内沿所述导轨5径向的运动；

第一轴承座216：固定安装在车体本体1上，用于主动轴214穿过并限制主动轴214的径向运动；

轴承盖217：设置在第一轴承座216上，用于主动轴214穿过并限制主动轴214的轴向运动；

弹性张紧装置22：固定安装在车体本体1上，用于将主动轮215压紧在导轨5内，增加主动轮215与导轨5之间的摩擦力；如图5所示，包括：

弹性张紧装置固定支架221：固定安装在车体本体1上，用于将弹性张紧装置22固定在车体本体1上，如图6所示；

弹簧调整螺栓222：一端固定在弹性张紧装置固定支架221上，另一端与张紧轮摆杆224相连，在弹簧调整螺栓222的中部设有一个调节螺母2221，用于限制第一碟簧223的运动；

第一碟簧223：套在弹簧调整螺栓222上，两端分别与调节螺母2221和张紧轮摆杆224紧密接触，用于限制张紧轮摆杆224的运动幅度；

张紧轮摆杆224：中部通过销轴6与机器人主体1相连，一端设有张紧轮摆杆第一通孔2245，张紧轮摆杆第一通孔2245套在弹簧调整螺栓222上与第一碟簧223紧密接触，另一端与张紧轴225固定连接，用于微调张紧轮226的位置使驱动装置2与导轨6紧密接触；如图7所示，包括张紧轮摆杆第一面板2241、张紧轮摆杆第二面板2242、张紧轮摆杆第三面板2243和张紧轮摆杆第四面板2244，在张紧轮摆杆第一面板2241上设有张紧轮摆杆第一通孔2245，所述张紧轮摆杆第二面板2242的一端与张紧轮摆杆第一面板2241一端的侧面垂直固定连接，张紧轮摆杆第二面板2242的另一端与张紧轮摆杆第三面板2243固定连接，在张紧轮摆杆第三面板2243上设有第二通孔2246，用于销轴6穿过与机器人主体1连接并使张紧轮摆杆224能够绕着销轴6旋转，在张紧轮摆杆第三面板2243的侧面与张紧轮摆杆第二面板2242垂直的方向设有张紧轮摆杆第四面板2244，在张紧轮摆杆第四面板2244上设有第三通孔2247，用于张紧轴225穿过。

张紧轴225：两端分别与张紧轮摆杆224和张紧轮226连接；

张紧轮226：为圆柱体，一端通过销轴6与张紧轮摆杆224固定连接，侧面与导轨5紧密接触；

从动装置23：固定安装在车体本体1上，用于承载车体本体1作用于导轨5垂直方向的力，保持车体本体1在导轨5内的平稳运行；如图8所示，包括：

从动轴231：一端通过第二轴承座233安装在车体本体1上，另一端与从动轮232固定连接；

从动轮232：一端与从动轴231固定连接，侧面与导轨5接触，用于承载车体本体1作用于导轨5垂直方向的力，保持车体本体1在导轨内的平稳运行；

编码器234：设置在从动轮232一端用于检测从动轮232移动距离；

导向装置3：中部通过导向装置固定支架31与车体本体1的两侧固定连接，两端通过夹紧装置33与几字形导轨5的两翼相连，用于带动车体本体1在沿导轨5的延伸方向上进行水平方向和垂直方向的转向；如图9～10所示，包括：

导向装置固定支架31：与车体本体1固定连接，用于将导向装置3固定在车体本体1上；如图11所示，包括与车体本体1固定连接的导向装置固定支架第一面板311，垂直设置在导向装置固定支架第一面板311一端的导向装置固定支架第二面板312，在导向装置固定支架第一面板311和导向装置固定支架第二面板312之间设有加强筋313，在导向装置固定支架第二面板312的另一端设有凸台314，在凸台314的中部设有导向装置固定支架通孔315。

中心回转装置32：与导向装置固定支架31固定连接，用于为车体本体1提供水平方向和垂直方向的转向；包括穿过导向装置固定支架通孔315的水平转轴321，水平转轴321通过水平转轴套322与导向装置固定支架31相连，在水平转轴套322的两侧设有压盖套323，水平转轴321穿过压盖套323，压盖套323通过滚动轴承324与中心回转座325相连，中心回转座325的结构如图12所示，垂直转轴326通过滑动推力轴承327与中心回转座325相连，垂直转轴326一端穿过中心回转座325通过螺母7与压盖套323相连，在滚动轴承324和中心回转座325之间设有橡胶垫，在螺母7和压盖套323之间设有止推垫圈；

夹紧装置33：一侧与中心回转装置32连接，另一侧与导轨5紧密接触，用于通过与导轨5的作用力使得中心回转装置32沿着导轨5方向旋转。如图13所示，包括：

弯板331：与中心回转座325相连；如图14所示，包括与中心回转座325相连的弯板第一面板3311，在弯板第一面板3311上设有长孔33111和定位孔33112，螺栓33113穿过长孔33111固定在中心回转座325上，使得弯板第一面板3311能够沿着长孔33111的竖直方向与中心回转座325产生滑动，与弯板第一面板3311一端垂直连接的弯板第二面板3312；在弯板第二面板3312上设有一用于压紧轮摆杆332定位的凹槽3313，用于压紧轮摆杆332穿过的弯板第一通孔3314，用于销轴6穿过的弯板第二通孔3315，用于导向压轮335穿过的弯板第三通孔3316，用于凸缘轮336穿过的弯板第四通孔3317；弯板第三面板3318垂直设置在弯板第二面板3312的另一端，在弯板第三面板3318上设有用于弹簧调整螺栓333穿过的弯板第五通孔339；

压紧轮摆杆332：一端通过销轴6与弯板331固定连接；如图15所示，包括压紧轮摆杆第一面板3321，在压紧轮摆杆第一面板3321的一端设有用于销轴6穿过的压紧轮摆杆第一通孔3322，在压紧轮摆杆第一面板3321的中部设有用于导向压轮335穿过的压紧轮摆杆第二通孔3323，在压紧轮摆杆第一面板3321的另一端垂直设有压紧轮摆杆第二面板3324，在压紧轮摆杆第二面板3324上设有用于弹簧调整螺栓333穿过的压紧轮摆杆第三通孔3325；

弹簧调整螺栓333：连接压紧轮摆杆332的另一端与弯板331；

第二碟簧334：设在弹簧调整螺栓333上弯板331与压紧轮摆杆332之间；

导向压轮335：通过螺母7与压紧轮摆杆332固定连接，与导轨6内外面接触；

凸缘轮336：通过螺母7与弯板331固定连接，与导轨6内外面接触。

集电装置4：通过碳刷支架41与导向装置固定支架31固定连接，碳刷支架41的另一端与碳刷42相连，碳刷42的另一端与导轨5凹槽内的滑触线51相连，用于为驱动装置2提供动力。

导轨5：为几字形结构，如图16所示，滑触线51设置在导轨5的凹槽内部，导轨5两侧的翼边设置在同一侧，位于导向压轮335与凸缘轮336之间。

数据采集模块100：固定安装在机器人车体上，用于采集轨道交通系统实时状态数据，用于将实时状态数据传送至数据处理模块300；如图21所示，包括：

激光扫描装置110：用于对隧道进行三维建模，用于检测隧道裂纹和变形，用于检测隧道内异物，用于检测轨道变形；

扫描相机120：用于检测隧道裂纹和湿渍，用于检测隧道内异物；

摄像头130：用于对隧道内环境进行监控；

红外成像仪140：用于检测隧道内电缆发热，用于检测隧道内人员和动物的侵入；

射频扫描装置150：用于确定故障发生的位置信息；

有毒气体探测器160：用于探测隧道内的有毒气体信息；

烟雾探测器170：用于采集隧道内的烟雾信息。

运动控制模块200：固定安装在机器人车体上，用于检测机器人车体的运动状态并生成运动状态信息，用于将运动状态信息发送至主处理模块400，用于接收主控制模块400发送的运动指令，用于根据运动指令调节机器人车体的运动状态；如图22所示，包括：

3D惯性测量单元210：用于检测机器人车体的姿态和加速度；

定位传感器220：用于检测机器人车体的位置信息；

电机驱动器230：用于为机器人车体提供运行动力；

编码器240：用于判断机器人车体移动距离；

非接触式避障传感器250：用于检测轨道上是否存在异物等障碍。

数据处理模块300：用于将数据采集模块100收集的实时状态数据与数据库模块中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比和判断，生成故障信息或预警信息，并将故障信息或预警信息进行分类并处理，生成分类信息和处理结果，将处理结果传送至主控制模块400，将分类信息和处理结果传送至数据库；如图23所示，进一步包括：

数据比较模块310：用于将数据采集模块100收集的实时状态数据与数据库模块中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比，将对比结果传送至数据判断模块320；

数据判断模块320：用于将对比结果按照数据库模块中设定的阈值进行判断，生成故障信息或预警信息，并将故障信息传送至故障诊断模块330，将预警信息传送至故障预警模块340；

故障诊断模块330：用于将故障信息进行分类和评级并对故障信息进行定位，并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送至主控制模块400；

故障预警模块340：用于将预警信息进行分类和评级并对预警信息进行定位，并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息传送至主控制模块400。

主处理模块400：用于接收数据处理模块300传送的对比结果，用于接收运动控制模块200发送的运动状态信息，用于向运动控制模块200发送运动指令，用于向站台控制中心或中央控制中心发送对比结果和运动状态信息，用于接收站台控制中心或中央控制中心发送的运动指令。

智能巡检机器人通过集电装置4取电供给电机212，电机212为主动轮215提供动力，带动智能巡检机器人沿着导轨5方向运动，如图19～20所示，数据采集模块100实时收集轨道交通系统基础设施的实时状态数据并将其传送至数据处理模块300，数据处理模块300首先把数据采集模块传送过来的数据分为正常数据、故障数据和预警数据，其中正常数据直接保存至数据库模块，故障数据下发至故障诊断模块330进行分类、定位与评级并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送站台控制中心或中央控制中心，预警信息下发至故障预警模块340进行分类、定位与评级并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息传送至站台控制中心或中央控制中心，能够及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

当智能巡检机器人发现可疑故障需要进一步确定时，站台控制中心或中央控制中心根据主控制模块400发送的故障信息向主控制模块400发送运动指令，主控制模块400再将运动指令发送至运动控制模块200来调节智能巡检机器人的运动状态(停止或减速)，对可疑故障信息进行进一步的判定。

主控制模块400将汇总的运动状态信息、故障信息、预警信息通过有线传送(或无线传送)至站台控制中心(或同时传送至中央控制中心)，同时数据库模块能够根据主控制模块400传送的故障信息和预警信息实现自动更新，并将更新后的结果作为下一次故障信息或预警信息判定、评级的依据，实现智能巡检机器人的智能化成长。

智能巡检机器人在运行过程中，当导轨5在垂直方向转向时，导轨5边缘挤压凸缘轮336的凸缘，使垂直转轴326在中心回转装置32中旋转，进而带动智能巡检机器人沿着导轨5在垂直方向转向；当导轨5在水平方向转向时，在碟簧的作用下，导向压轮335与凸缘轮336夹紧导轨5，使水平转轴321旋转，进而带动智能巡检机器人沿着导轨5在水平方向转向。

当需要从导轨5上拆卸智能巡检机器人时，如图17～18所示，松开定位孔33112和长孔33111上的螺栓33113，使上下两个夹紧装置33沿着长孔33111轴向远离导轨5运动，即可将整个智能巡检机器人从导轨5上拆卸下来。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效，都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能巡检机器人，其特征在于：包括：

机器人车体：用于运载数据采集模块(100)、运动控制模块(200)、数据处理模块(300)和主控制模块(400)；

数据采集模块(100)：固定安装在所述机器人车体上，用于采集轨道交通系统实时状态数据，用于将所述实时状态数据传送至所述数据处理模块(300)；包括：

激光扫描装置(110)：用于对隧道进行三维建模，用于检测隧道限界和变形，用于检测隧道内异物，用于检测轨道变形；

扫描相机(120)：用于检测隧道裂纹和湿渍，用于检测隧道内异物；

摄像头(130)：用于对隧道内环境进行监控；

红外成像仪(140)：用于检测隧道内电缆发热，用于检测隧道内人员和动物的侵入；

运动控制模块(200)：固定安装在所述机器人车体上，用于检测所述机器人车体的运动状态并生成运动状态信息，用于将所述运动状态信息发送至所述主处理模块(400)，用于接收所述主控制模块(400)发送的运动指令，用于根据所述运动指令调节所述机器人车体的运动状态；包括：

3D惯性测量单元(210)：用于检测所述机器人车体的姿态和加速度；

定位传感器(220)：用于检测所述机器人车体的位置信息；

电机驱动器(230)：用于为所述机器人车体提供运行动力；

编码器(240)：用于检测所述机器人车体的移动距离信息；

非接触式避障传感器(250)：用于检测轨道(5)上是否存在异物等障碍；

数据处理模块(300)：固定安装在所述机器人车体上，用于接收所述数据采集模块(100)传送的所述实时状态数据，用于将所述实时状态数据与数据库中数据进行对比并生成对比结果，用于将所述对比结果传送至主控制模块(400)；

主处理模块(400)：用于接收所述数据处理模块(300)传送的所述对比结果，用于接收所述运动控制模块(200)发送的所述运动状态信息，用于向所述运动控制模块(200)发送所述运动指令，用于向站台控制中心、中央控制中心发送所述对比结果和所述运动状态信息，用于接收站台控制中心、中央控制中心发送的所述运动指令和数据更新信息。

2.根据权利要求1所述的一种智能巡检机器人，其特征在于：所述机器人车体包括：

车体本体(1)：用于固定安装所述数据采集模块(100)、所述运动控制模块(200)、所述数据处理模块(300)和所述主处理模块(400)；

驱动装置(2)：通过驱动装置固定支架(21)与所述车体本体(1)固定连接，用于驱动所述车体本体(1)进行运动；

导向装置(3)：通过导向装置固定支架(31)与所述车体本体(1)的两侧固定连接，两端通过夹紧装置(33)与几字形导轨(5)的两翼相连，用于在所述驱动装置(2)驱动所述车体本体(1)沿所述导轨(5)的延伸方向运动时，使所述车体本体(1)随几字形导轨(5)进行水平方向和垂直方向的转向；

集电装置(4)：通过碳刷支架(41)与所述导向装置固定支架(31)固定连接，所述碳刷支架(41)的另一端与碳刷(42)相连，所述碳刷(42)的另一端与所述导轨(5)上的滑触线(51)相连，为所述驱动装置(2)以及为车体本体(1)运载用电设备提供电源动力。

3.根据权利要求2所述的一种智能巡检机器人，其特征在于：所述导向装置(3)包括：

导向装置固定支架(31)：与所述车体本体(1)固定连接，用于将所述导向装置(3)固定在所述车体本体(1)上；

中心回转装置(32)：与所述导向装置固定支架(31)固定连接，用于为所述车体本体(1)提供水平方向和垂直方向的转向；

夹紧装置(33)：一侧与所述中心回转装置(32)连接，另一侧与所述导轨(5)的两翼紧密接触，用于通过与所述导轨(5)的作用力使得所述中心回转装置(32)带动所述车体本体(1)沿着所述导轨(5)的延伸方向旋转。

4.根据权利要求3所述的一种智能巡检机器人，其特征在于：所述中心回转装置(32)包括穿过所述导向装置固定支架通孔(315)的水平转轴(321)，所述水平转轴(321)通过水平转轴套(322)与所述导向装置固定支架(31)相连，在所述水平转轴套(322)的两侧设有压盖套(323)，所述水平转轴(321)穿过所述压盖套(323)，所述压盖套(323)通过滚动轴承(324)与中心回转座(325)相连，垂直转轴(326)通过滑动推力轴承(327)与所述中心回转座(325)相连，所述垂直转轴(326)一端穿过所述中心回转座(325)通过螺母(7)与所述压盖套(323)相连。

5.根据权利要求3所述的一种智能巡检机器人，其特征在于：所述夹紧装置(33)包括与所述中心回转座(325)相连的弯板(331)，一端通过销轴(6)与所述弯板(331)固定连接的压紧轮摆杆(332)，所述压紧轮摆杆(332)的另一端通过弹簧调整螺栓(333)与所述弯板(331)连接，在所述弹簧调整螺栓(333)上所述弯板(331)与所述压紧轮摆杆(332)之间设有第二碟簧(334)，导向压轮(335)通过螺母(7)与所述压紧轮摆杆(332)固定连接，凸缘轮(336)通过螺母(7)与所述弯板(331)固定连接，所述导向压轮(335)和所述凸缘轮(336)分别与所述导轨(6)内外面接触。

6.根据权利要求1所述的一种智能巡检机器人，其特征在于：所述数据采集模块(100)还包括

射频扫描装置(150)：用于确定故障发生的位置信息；

有毒气体探测器(160)：用于采集隧道内的有毒气体信息；

烟雾探测器(170)：用于采集隧道内的烟雾信息。

7.根据权利要求1所述的一种智能机器人，其特征在于：所述数据处理模块(3)包括：

数据比较模块(310)：用于将所述数据采集模块(100)收集的所述实时状态数据与所述数据库中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比，将所述对比结果传送至所述数据判断模块(320)；

数据判断模块(320)：用于将所述对比结果按照数据库中设定的阈值进行判断，生成故障信息或预警信息，并将所述故障信息传送至故障诊断模块(330)，将所述预警信息传送至故障预警模块(340)；

故障诊断模块(330)：用于将所述故障信息进行分类和评级并对所述故障信息进行定位，并将所述故障分类信息、所述故障评级信息和所述故障定位信息传送至主处理模块(400)；

故障预警模块(340)：用于将所述预警信息进行分类和评级并对所述预警信息进行定位，并将所述预警分类信息、所述预警评级信息和所述预警定位信息传送至主处理模块(400)。