CN108487172A - 一种铁路智能清障设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路设备技术领域，具体涉及一种铁路智能清障设备，其包括铁路智能多功能行驶平台以及设在铁路智能多功能行驶平台上的机械手，在机械手的自由端分别设有夹持机构和视觉感知系统；铁路智能清障设备还包括与机械手、夹持机构、视觉感知系统连接的控制系统，其中，视觉感知系统用于采集轨道上的图像信息并对图像信息进行处理计算，识别障碍物并判断出障碍物的位置和形状，并将障碍物的位置和形状传送给控制系统，控制系统控制机械手将夹持机构运送至障碍物所在的位置，夹持机构用于对视觉感知系统所识别出的障碍物进行夹持并清除。该智能清障设备能够解决轨道交通线路上的意外障碍的及时清理，降低了人工强度，保证了车辆的正常行驶。

Description

一种铁路智能清障设备

技术领域

本发明涉及铁路设备技术领域，具体涉及一种铁路智能清障设备。

背景技术

随着中国铁路和地铁线路里程的增加，轨道交通运营环境日趋复杂，尤其是在恶劣天气情况下，轨道上随时可能出现异常障碍物，如树枝、石块、垃圾等，在一定程度上严重影响了行车安全。现在障碍清除都是通过人工进行的，在轨道车辆驾驶人员发现轨道上存在障碍物后，随车人员下车进行手工处理或等现场地面工作人员手工清理后再恢复行驶。然而人工清除障碍虽然可靠，但在无人驾驶车辆上，遇到障碍只能等待，无法继续行驶。尤其是在空中高架轨道情况下，如空中吊轨、空中单轨等危险情况下，更加不方便处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种铁路智能清障设备，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铁路智能清障设备，其包括铁路智能多功能行驶平台以及设置在所述铁路智能多功能行驶平台上的机械手，在所述机械手的自由端分别设置有夹持机构和视觉感知系统；所述铁路智能清障设备还包括分别与所述机械手、所述夹持机构、所述视觉感知系统连接的控制系统，其中，所述视觉感知系统用于采集轨道上的图像信息并对所采集的图像信息进行处理计算，识别障碍物并判断出所述障碍物的位置和形状，并将所述障碍物的位置和形状传送给控制系统，所述控制系统控制所述机械手将所述夹持机构运送至所述障碍物所在的位置，所述夹持机构用于对所述视觉感知系统所识别出的障碍物进行夹持并清除。

其中，所述机械手包括五轴机械手、六轴机械手、七轴机械手。

其中，所述视觉感知系统包括图像采集单元、图像处理单元，所述图像采集单元用于对所述轨道上的图像进行采集，所述图像处理模块用于将所述图像采集单元所采集的图像进行处理，并识别出是否存在障碍物，当存在障碍物时，判断所述障碍物的位置和形状。

其中，所述铁路智能多功能行驶平台包括行驶平台主体以及分别与所述行驶平台主体连接的轨道轮驱动系统和履带驱动系统，所述行驶平台主体的底部设置有升降旋转机构，所述履带驱动系统能够相对所述轨道轮驱动系统升降，以使得所述履带驱动系统的底部高于或低于所述轨道轮驱动系统的底部，从而实现所述履带轮驱动系统和所述轨道轮驱动系统的切换。

其中，所述升降旋转机构包括旋转缸体以及设置在所述旋转缸体内的升降活塞缸，所述旋转缸体的中部设置有径向向外凸出的环状凹槽，所述环状凹槽与所述升降活塞缸的升降缸体侧壁之间形成密闭的腔体，且所述环状凹槽的侧壁上设置有径向向内延伸的活塞部，所述活塞部与所述升降缸体侧壁形成动密封，所述升降缸体侧壁上设置有径向向外延伸并能够与所述活塞部配合用于对所述活塞部进行限位的止动部，所述止动部与所述环状凹槽形成动密封，所述升降旋转机构还包括设置在所述止动部用于向所述止动部的两侧注入液压油或高压气体的第一进口和第二进口。

其中，所述履带驱动系统包括用于与所述行驶平台主体连接的履带驱动轮、多个承重轮、诱导轮、拖带轮和履带，所述履带依次绕设于所述履带驱动轮、多个所述承重轮、所述诱导轮和所述拖带轮，多个所述承重轮分别通过第一活塞缸与所述行驶平台主体连接，以相对所述行驶平台主体上下运动；所述第一活塞缸包括缸体、位于所述缸体内的活塞以及与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞杆的下端与所述承重轮连接，所述活塞将所述缸体内部分成上腔体和下腔体，所述上腔体内填充有预设压力值的压缩气体，至少一个所述第一活塞缸的所述上腔体与与其相邻的另一个所述第一活塞杆的所述上腔体通过管路连通。

其中，所述承重轮分成M组，每组包括N个所述承重轮，且与每组中的N个所述承重轮连接的第一活塞缸的所述上腔体彼此连通，其中M、N均是大于1的整数。

其中，所述轨道轮驱动系统通过旋转机构与所述行驶平台主体转动式连接，以使得所述轨道轮驱动系统相对所述行驶平台主体在第一位置和第二位置之间切换，当所述轨道轮驱动系统旋转至第一位置时，所述轨道轮驱动系统的底部高于所述履带驱动系统的底部；当所述轨道轮驱动系统旋转至第二位置时，所述轨道轮驱动系统的底部低于所述履带驱动系统的底部。

其中，所述行驶平台主体上设置有重心控制系统，所述重心控制系统包括用于安装在所述行驶平台主体上的测力轮对、安装在所述行驶平台主体上用于测量所述铁路智能多功能行驶平台的角速度的角速度测量单元、重心控制单元以及重心调整单元，所述重心调整单元包括配重块以及与所述配重块连接用于调整所述配重块在所述行驶平台主体上的位置的配重块调整机构，所述测力轮对用于实时获取所述铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力，所述重心控制单元从所述测力轮对获取所述铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力，并从所述角速度测量单元获取所述铁路智能多功能行驶平台的角速度，并根据所获得的数据计算出所述铁路智能多功能行驶平台的重心位置；并通过控制所述配重块调整机构调整所述配重块的位置，以将所述铁路智能多功能行驶平台的重心位置调整至安全区域。

其中，所述铁路智能多功能行驶平台包括自主驾驶智能模式和远程遥控模式。

(三)有益效果

本发明提供的铁路智能清障设备包括铁路智能多功能行驶平台以及设置在铁路智能多功能行驶平台上的机械手，在机械手的自由端分别设置有夹持机构和视觉感知系统；所述铁路智能清障设备还包括分别与所述机械手、所述夹持机构、所述视觉感知系统连接的控制系统，其中，所述视觉感知系统用于采集轨道上的图像信息并对所采集的图像信息进行处理计算，识别障碍物并判断出所述障碍物的位置和形状，并将所述障碍物的位置和形状传送给控制系统，所述控制系统控制所述机械手将所述夹持机构运送至所述障碍物所在的位置，所述夹持机构用于对所述视觉感知系统所识别出的障碍物进行夹持并清除。该铁路智能清障设备能够解决轨道交通线路上的意外障碍的及时清理，降低了人工强度，保证了车辆的正常行驶，尤其是在空中高架轨道情况下，如空中吊轨、空中单轨等。搭载在轨道车辆上或轨道行驶平台上，通过机械臂上的视觉感知系统，以及大量的机器学习，能够判断障碍物的几何物理特征，自主做出手臂的路径规划，实施抓取清除出限界以外，或将障碍物施在储物仓中。主要解决轨道交通线路上的意外障碍的及时清理。

附图说明

图1为根据本发明的一种铁路智能清障设备的结构示意图；

图2为图1中的铁路智能清障设备的左侧示意图；

图3为根据本发明的一种铁路智能多功能行驶平台的一个优选实施例的结构示意图；

图4为图3中的铁路智能多功能行驶平台行驶到轨道上的结构示意图；

图5为图3中的铁路智能多功能行驶平台的卡爪与铁轨接触的结构示意图；

图6为图5中的铁路智能多功能行驶平台被顶升后的结构示意图；

图7为图6中的铁路智能多功能行驶平台的左侧示意图；

图8为图7中的铁路智能多功能行驶平台的轨道轮驱动系统与轨道接触的结构示意图。

图9为图3的升降旋转机构的局部剖视示意图；

图10为图9中的升降旋转机构的A-A剖视图；

图11为图10中的升降旋转机构的活塞部处于左止点的结构示意图；

图12为图9中的升降旋转机构的升降活塞缸的活塞在下行状态下的结构示意图；

图13为图9中的升降旋转机构的卡爪组件的另一个优选实施例的结构示意图；

图14为图13中的卡爪组件在工作状态下的左侧示意图。

图15为图3中的铁路智能多功能行驶平台的履带驱动系统的结构示意图；

图16为图13中的履带驱动系统的局部剖视示意图；

图17为图13中的履带驱动系统的第一活塞缸的连接示意图；

图18为根据本发明的一种铁路智能多功能行驶平台的另一个优选实施例的局部剖视图；

图19为图3中的铁路智能多功能行驶平台的重心控制系统的结构示意图；

图20为图19中的重心控制系统在重心调整后的结构示意图；

图21为图3中的铁路智能多功能行驶平台在经过弯道时的受力示意图；

图22为根据本发明的一种铁路智能多功能行驶平台的另一个优选实施例的结构示意图；

图23为图22中的铁路智能多功能行驶平台的履带驱动系统处于工作状态下的结构示意图；

图24为图22中的铁路智能多功能行驶平台的轨道轮驱动系统处于工作状态下的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

图1和图2示出了根据本发明的一种铁路智能清障设备的一个优选实施例。如图所示，该铁路智能清障设备包括铁路智能多功能行驶平台以及设置在铁路智能多功能行驶平台上的机械手10，该机械手10可采用五轴机械手、六轴机械手、七轴机械手，在机械手10的自由端分别设置有夹持机构12和视觉感知系统11。此外，该铁路智能清障设备还包括分别与机械手10、夹持机构12、视觉感知系统11连接的控制系统(未示出)。使用时，通过铁路智能多功能行驶平台在轨道6上行驶，并通过机械手10的自由端安装的视觉感知系统11采集轨道6上的图像信息并对所采集的图像信息进行处理计算，当发现障碍物时，判断出障碍物的位置和形状，并将该障碍物的位置和形状传送给控制系统，然后控制系统控制机械手10根据障碍物的类型自主规划路径将夹持机构12运送至障碍物所在的位置，然后由夹持机构12对视觉感知系统11所识别出的障碍物进行夹持并清除，例如清除出限界以外，或将障碍物放置在储物仓中。本发明所提供的铁路智能清障设备能够解决轨道交通线路上的意外障碍的及时清理，降低了人工强度，保证了车辆的正常行驶，尤其是在空中高架轨道情况下，如空中吊轨、空中单轨等。

具体地，视觉感知系统11包括图像采集单元和图像处理单元，所述图像采集单元用于对轨道6上的图像进行采集，所述图像处理模块用于将所述图像采集单元所采集的图像进行处理，并识别出是否存在障碍物，当存在障碍物时，判断所述障碍物的位置和形状并上传给控制系统。

图3至图8示出了根据本发明的一种铁路智能多功能行驶平台的一个优选实施例。如图所示，该铁路智能多功能行驶平台包括行驶平台主体1以及位于行驶平台主体1的底部并与行驶平台主体1连接的升降旋转机构4。该铁路智能多功能行驶平台还包括分别与行驶平台主体1连接的轨道轮驱动系统3和履带驱动系统2，其中，轨道轮驱动系统3用于在轨道6上行驶，履带驱动系统2用于在公路、湿土路等路面上行驶。

使用时，首先通过履带驱动系统2将该铁路智能多功能行驶平台垂直于轨道6纵向方向行驶到轨道6上，然后将升降旋转机构4向下伸出并将该铁路智能多功能行驶平台顶升一定高度，以使得该铁路智能多功能行驶平台的最低点高于轨道6，然后带动该铁路智能多功能行驶平台在水平面内旋转90°，并使得轨道6两侧的铁轨与轨道轮驱动系统3的轨道轮对齐，然后将履带驱动系统2上行，以使得履带驱动系统2的底部高于轨道轮驱动系统3的底部，最后通过升降旋转机构4将该铁路智能多功能行驶平台下放以使轨道轮驱动系统3的轨道轮落在铁轨上，从而完成履带驱动系统2至轨道轮驱动系统3的切换，最后将升降旋转机构4缩回即可。当需要将轨道轮驱动系统3切换到履带驱动系统2时，首先将升降旋转机构4向下伸出并将该铁路智能多功能行驶平台顶升一定高度，以使得该铁路智能多功能行驶平台的最低点高于轨道6，并带动该铁路智能多功能行驶平台反向旋转90°，然后将履带驱动系统2下行，使得履带驱动系统2的底部低于轨道轮驱动系统3的底部，最后将升降旋转机构4缩回即可实现轨道轮驱动系统3至履带驱动系统2的切换。本发明所提供的铁路智能多功能行驶平台能够自主实现轨道轮驱动系统3和履带驱动系统2的自动切换，以完成在多种路基条件下快速公铁切换，实现智能控制下的快速上下轨道。其中，上下轨道条件可以为平交路口、有砟轨道、基础不高的无砟轨道。

具体地，如图9至图12所示，升降旋转机构4包括旋转缸体4-1以及设置在旋转缸体4-1内部的升降活塞缸4-2，其中，旋转缸体4-1的中部设置有径向向外凸出的环状凹槽4-1-1，该环状凹槽4-1-1与升降缸体4-2-1的侧壁之间形成密闭的腔体，且环状凹槽4-1-1的侧壁上设置有径向向内延伸并能够在腔体内旋转的活塞部4-1-2，该活塞部4-1-2与升降缸体4-2-1的侧壁形成动密封，升降缸体4-2-1的侧壁上设置有径向向外延伸并能够与活塞部4-1-2配合的止动部4-2-5，用于对活塞部4-1-2进行限位，且该止动部4-2-5与环状凹槽4-1-1形成动密封。该升降旋转机构4还包括设置在止动部4-2-5用于向止动部4-2-5的两侧注入液压油的第一进口4-2-7和第二进口4-2-8。

使用时，通过升降活塞缸4-2完成上下动作，当需要向左旋转时，通过第一进口4-2-7向止动部4-2-5的左侧腔体内注入液压油并将止动部4-2-5右侧腔体内的液压油经第二进口4-2-8排出，油压作用在活塞部4-1-2上，以带动旋转缸体4-1向左旋转运动。类似地，当需要向右旋转时，通过第二进口4-2-8向止动部4-2-5右侧腔体内注入液压油并将止动部4-2-5左侧腔体的液压油经第一进口4-2-7排出，油压作用在活塞部4-1-2上，以带动旋转缸体4-1向左旋转运动。该升降旋转机构4结构简单，且操作方便。

优选地，升降缸体4-2-1的侧壁上设置有与环状凹槽4-1-1配合的台阶，以便于安装，且易于加工。此外，为了防止环状凹槽4-1-1内的液压油泄露，优选在该台阶处设置有密封圈4-3。

此外，为了保证活塞部4-1-2的端面能够贴靠在与其配合的止动部4-2-5的端面上，优选活塞部4-1-2的两侧端面均设置有第一凹部4-1-3，该第一凹部4-1-3位于其所在的端面与旋转缸体4-1的连接位置处；且止动部4-2-5的两侧端面均设置有第二凹部4-2-6，该第二凹部4-2-6位于其所在的端面与升降缸体4-2-1的连接位置处。

优选地，在旋转缸体4-1的顶端还设置有端盖4-7，以防止尘土等落入该升降旋转机构4内。

在该实施例中，活塞部4-1-2的最大旋转角度为90°。即当旋转缸体4-1的活塞部4-1-2抵靠在止动部4-2-5的左端面(如图11所示)到活塞部4-1-2抵靠在止动部4-2-5的右端面活塞部4-1-2所转动的角度为90°。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，也可以调整活塞部4-1-2和止动部4-2-5的大小从而调整活塞部4-1-2的最大旋转角度，例如最大旋转角度为320°、180°、45°、60°等。

优选地，升降活塞缸4-2采用单活塞式双出杆液压油缸，其除了升降缸体4-2-1之外还包括位于升降缸体4-2-1内的活塞4-2-2，以及分别与该活塞4-2-2连接的上活塞杆4-2-3和下活塞杆4-2-4，当需要降下时，通过向升降缸体4-2-1的上部缸体内注入液压油并将升降缸体4-2-1下部腔体的液压油排出，油压作用在活塞4-2-2上，以带动上活塞杆4-2-3和下活塞杆4-2-4的向下运动；类似地，当需要升起时，通过向升降缸体4-2-1的下部缸体内注入液压油并将升降缸体4-2-1上部腔体的液压油排出，油压作用在活塞4-2-2上，以带动上活塞杆4-2-3和下活塞杆4-2-4的向上运动。

此外，为了保证该铁路智能多功能行驶平台能够顺利地切换，优选在升降旋转机构4上还设置有距离传感器(未示出)，该距离传感器用于检测该升降旋转机构4距离轨道6两侧的铁轨之间的距离，如果距离传感器检测到该升降旋转机构4距离轨道6两侧的铁轨之间的距离相等，则升降旋转机构4进行90度旋转，从而使得该铁路智能多功能行驶平台两侧的轨道轮能够正好落在铁轨上。

进一步地，该升降旋转机构4还包括用于卡持在轨道6两侧的铁轨上的卡爪组件，该卡爪组件与升降活塞缸4-2的下活塞杆4-2-4连接，以便于进一步准确定位，避免多次重复对位，对位时间长，效率较低的问题。通过向升降缸体4-2-1的上部缸体内注入液压油并将升降缸体4-2-1下部腔体的液压油排出，以使升降油缸的下活塞杆4-2-4下降，从而带动与下活塞杆4-2-4连接的卡爪组件下降以便卡接在铁轨内侧，在将铁路智能多功能行驶平台整车顶起之前，通过卡爪组件卡接在铁轨内侧，以进行更加准确地定位，然后将铁路智能多功能行驶平台顶起，当达到顶起高度时，将旋转缸体4-1旋转90°以带动铁路智能多功能行驶平台整车转动90°，随后通过向升降缸体4-2-1的下部缸体内注入液压油并将升降缸体4-2-1上部腔体的液压油排出，以将铁路智能多功能行驶平台整车放下，使得该铁路智能多功能行驶平台两侧的轨道轮准确地落在铁轨上。

具体地，卡爪组件包括与活塞杆4-2-4连接的卡爪连接件4-4(例如在该实施例中，为连接套筒)以及与卡爪连接件4-4连接的卡爪臂4-5，在卡爪臂4-5远离卡爪连接件4-4的一端设置有用于卡接在铁轨内侧的卡爪4-6。

优选地，如图13和图14所示，卡爪臂4-5与卡爪连接件4-4通过旋转活塞缸连接，以便在使用时将卡爪臂4-5通过旋转活塞缸展开，在使用完成后通过旋转活塞缸将左侧的两个卡爪臂4-5绕旋转轴线4-8旋转收起，右侧的两个卡爪臂4-5绕旋转轴线4-9旋转收起，以减少占用空间，避免影响铁路智能多功能行驶平台的行驶。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，该升降旋转机构4也可以采用其它的结构，例如升降旋转复合油缸，其包括升降油缸和旋转油缸，该升降油缸的缸体与旋转油缸的缸体连接，旋转油缸的转子用于与行驶平台主体1连接。此外，在该实施例中，升降旋转机构4使用的液压油，然而，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，也可以使用高压气体。

如图15至图17所示，履带驱动系统2包括用于与行驶平台主体1连接的履带驱动轮2-2、6个承重轮2-1、诱导轮2-6、拖带轮2-4和履带2-3，履带2-3依次绕设于履带驱动轮2-2、6个承重轮2-1、诱导轮2-6和拖带轮2-4，诱导轮2-6位于行驶平台主体1的后端，拖带轮2-4位于行驶平台主体1的上端，履带驱动轮2-2位于行驶平台主体1的前端；6个承重轮2-1位于行驶平台主体1的下端，并分别通过第一活塞缸2-5与行驶平台主体1连接，以相对行驶平台主体1上下运动。其中，第一活塞缸2-5包括缸体、位于缸体内的活塞2-5-1以及与活塞2-5-1连接的活塞杆，活塞杆的下端与承重轮2-1连接，活塞2-5-1将缸体内部分成上腔体2-5-2和下腔体2-5-3，上腔体2-5-2内填充有预设压力值的压缩气体。此外，分别与前3个承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体2-5-2通过管路2-5-4连通，分别与后3个承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体2-5-2通过另一管路连通，如图17所示。该履带驱动系统2通过将6个承重轮2-1中前3个和后3个均采用连通式悬挂的设计，在面对较高的道床以及铁轨时，与道床或铁轨接触的承重轮2-1受到压力致使与其连接的第一活塞缸2-5A的活塞向上运动，第一活塞缸2-5A的上腔体2-5-2的压力增加，由于连通式设计，因而与该第一活塞缸2-5A连通的其它的第一活塞缸2-5B和2-5C的上腔体的压力增加，从而使第一活塞缸2-5B和2-5C的活塞杆向下运动，以有效增强履带车的通过性，在翻越铁轨时有效减小车身振动，保护车载仪器，同时使履带内表面的压力分布更加均匀，延长履带的使用寿命。

在该实施例中，承重轮2-1的数量为6个，其中，然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，承重轮2-1的数量也可以是其它数值，例如8个，分别与前2个承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体通过管路连通，分别与中间4个承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体通过管路连通，分别与后2个承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体通过又一管路连通。也就是说，至少一个第一活塞缸2-5的上腔体与与其相邻的另一个第一活塞杆2-5的上腔体通过管路连通。

优选地，承重轮2-1分成M组，每组包括N个承重轮2-1，且与每组中的N个承重轮2-1连接的第一活塞缸2-5的上腔体通过管路2-5-4连通，其中M、N是大于1的整数。优选M为2-4；N为2-4。

优选第一活塞缸2-5下腔体2-5-3设置有进口，每个第一活塞缸2-5下腔体的进口均与一液压油源/供气源连接，以简化结构，降低制造成本。

优选地，如图16所示，承重轮2-1包括承重轮右半片2-1-1和承重轮左半片2-1-2，以及用于与第一活塞缸2-5的活塞杆连接的U形连接件2-8，该U形连接件2-8的两个端部分别与承重轮右半片2-1-1和承重轮左半片2-1-2转动式连接。具体地，承重轮右半片2-1-1和承重轮左半片2-1-2分别通过轴承2-9与U形连接件2-8的两端部连接，该U形连接件2-8的底部通过螺栓与第一活塞缸2-5的活塞杆连接。

进一步地，诱导轮2-6通过第二活塞缸2-7与行驶平台主体1连接，以相对行驶平台主体1在水平方向运动，从而当承重轮2-1通过第一活塞缸2-5相对行驶平台主体1运动时致使履带2-3的上部和履带2-3下部之间的距离缩短时，能够调整履带2-3左端和右端之间的距离，使履带驱动轮2-2、承重轮2-1、诱导轮2-6和拖带轮2-4均通过履带2-3传动。

然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，诱导轮2-6的运动方向也可以不在水平方向上，例如与竖直线之间的夹角为α，例如α＝45°、130°，只要α≠0°即可。

此外，该履带驱动系统2还包括履带驱动系统控制单元，其中第一活塞缸2-5和第二活塞缸2-7分别与履带驱动系统控制单元连接，以便在履带驱动系统控制单元的控制下进行相应地运动，以保证履带驱动轮2-2、承重轮2-1、诱导轮2-6和拖带轮2-4均通过履带2-3传动。例如，当第一活塞缸2-5带动承重轮2-1向上运动时，第二活塞缸2-7同时带动诱导轮2-6向外运动，以使得履带驱动系统2正常工作。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其他一些实施例中，履带驱动系统2还可以包括履带驱动机架，该履带驱动机架通过升降机构例如升降活塞缸7与行驶平台主体1连接，以使得履带驱动系统2相对轨道轮驱动系统3上下运动，如图18所示。

此外，如图19所示，该铁路智能多功能行驶平台还包括重心控制系统9，该重心控制系统9包括测力轮对、角速度测量单元、重心控制单元以及重心调整单元，重心调整单元包括配重块9-1以及与配重块9-1连接用于调整配重块9-1在行驶平台主体1上的位置的配重块调整机构，测力轮对安装在行驶平台主体1上用于实时获取铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力，角速度测量单元安装在行驶平台主体1上，用于测量该铁路智能多功能行驶平台在转弯时的角速度，重心控制单元分别与测力轮对和角速度测量单元连接，用于采集测力轮对所测量的轮对垂向力和角速度测量单元所测量的角速度并根据轮对垂向力和角速度等实时计算出铁路智能多功能行驶平台的重心位置；并通过控制配重块调整机构调整配重块9-1的位置，以将铁路智能多功能行驶平台的重心位置调整至安全区域。该重心控制系统通过测力轮对实时检测铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力和角速度并上传至重心控制单元，以实现对车辆重心的实时监控，在车辆重心偏离安全区域的情况下，重心控制单元通过控制重心调整单元的配重块调整机构将配重块移到至指定位置，以调整车辆的重心，使重心停留在安全区域。该重心控制系统能够实现重心调整，确保车辆运行安全，避免出现倾倒或侧翻的情况，提高其自身的安全性，以保证车辆在不平路况的条件下平稳运行，提升了车辆的自适应性和可靠性。

具体地，重心调整单元包括横向调整单元，横向调整单元的配重块调整机构包括与行驶平台主体1转动式连接的第一丝杠9-2，以及用于驱动第一丝杠9-2转动的第一伺服电机9-3，第一伺服电机9-3与重心控制单元连接，第一丝杠9-2与配重块9-1螺纹配合，第一丝杠9-2的轴线垂直于车辆的纵向中心线。该横向调整单元安装于行驶平台主体1的中间并距离地面约大于等于0.3m的距离，使用时，第一伺服电机9-在重心控制单元的控制下调整第一丝杠9-2上的配重块9-1的位置，从而实现该铁路智能多功能行驶平台的重心调整。

重心控制单元从测力轮对获取该铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力P和P'，以及从角速度测量单元获取该铁路智能多功能行驶平台的角速度ω，并结合铁路智能多功能行驶平台的外形尺寸，计算出铁路智能多功能行驶平台的重心位置，并明确铁路智能多功能行驶平台的重心安全区域。

如图20和图21所示，配重块9-1调整后，重心位置变化对铁路智能多功能行驶平台倾覆系数D的改善。具体地，配重块9-1调整后，引起铁路智能多功能行驶平台重心从O点变化到O'；列车倾覆系数如式(1)所示。

式中：D—倾覆系数；

M—列车质量；

φ—轨道两侧的铁轨上表面之间的连线与水平面的夹角；

d₃—质心的高度；

d₄—列车轮对的宽度；

ω—列车过弯道的角速度

r—列车过弯道的半径

S—重心位置需要调整的距离，如果为正值，则向轨道两侧的铁轨中较高的铁轨方向移动，如果为负值，则向轨道两侧的铁轨中较低的铁轨方向移动。

由式(1)可知，倾覆系数等于1是列车倾覆的临界点，D越小，列车倾覆可能性越小；当重心调整单元通过调节配种块9-1位置变化，将列车的重心位置由O点变化到O'点后，S可以正反方向变化，从而控制D值小于0.8即可，通过式(2)计算出重心位置需要调整的距离。

在该实施例中，横向调整单元的数量为6个，6个横向调整单元沿铁路智能多功能行驶平台的纵向中心线等间隔设置。然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，横向调整单元的数量也可以为1个或2个、4个等多个。

为了便于计算，优选每个横向调整单元的配重块9-1的质量m是相等的。进一步地，横向调整单元的数量为n，优选n个横向调整单元的配重块9-1在第一丝杠9-2上的移动距离k是一致的。则通过下式计算得出每个配重块9-1移动的距离k：

然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，每个横向调整单元的配重块的质量和移动距离也可以是不一致的。

进一步地，配重块调整单元还包括位于横向调整单元下方的纵向调整单元，纵向调整单元的配重块调整机构包括与行驶平台主体1转动式连接的第二丝杠，以及用于驱动第二丝杠转动的第二伺服电机，第二伺服电机与重心控制单元连接，第二丝杠与配重块螺纹配合，第二丝杠的轴线平行于铁路智能多功能行驶平台的纵向中心线。

优选纵向调整单元的数量为多个，多个纵向调整单元沿平行于铁路智能多功能行驶平台纵向中心线的方向等间隔设置。

为了便于计算，优选每个纵向调整单元的配重块的质量m'是相等的。进一步地，优选多个配重块在第二丝杠上的移动距离k'是一致的。然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，每个纵向调整单元连接的配重块的质量和移动距离也可以是不一致的。

在该实施例中，车辆重心控制系统的测力轮对安装在铁路智能多功能行驶平台的轨道轮上。然而需要说明的是，本发明所提供的车辆重心控制系统也适应于其它类型的车辆。

此外，该铁路智能多功能行驶平台包括自主驾驶智能模式和远程遥控模式，在自主行驶遇到困难时可以远程人工接管控制。该铁路智能多功能行驶平台还包括设置在行驶平台主体1上的环境感知系统5，该环境感知系统5与铁路智能多功能行驶平台的自主行驶系统连接。该环境感知系统5包括激光雷达、全球定位系统(GPS)、毫米波雷达、惯性导航、相机等。该铁路智能多功能行驶平台通过该环境感知系统5获取地图及周边环境信息，从而对弯道、道岔等影响车辆稳定性的位置进行精确定位，通过自主行驶系统提前设定速度到限速要求内，从而保证该铁路智能多功能行驶平台在轨道6上的快速安全行驶。此外，该铁路智能多功能行驶平台通过环境感知系统5能够感知远距离突出障碍，使该行驶平台能在无人驾驶的情况下安全运行。在轨道6上行驶时，铁路智能多功能行驶平台通过环境感知系统5感知周围环境及轨道上是否存在障碍物，当发现轨道上有障碍物时，自主停车并将轨道轮行驶切换到履带轮行驶，越过有障碍的轨道路段后，再从履带轮行驶切换到轨道轮行驶，继续执行相关任务。

此外，该铁路智能多功能行驶平台具备良好的刹车系统，保证在高速行驶下的稳定可靠。刹车系统具有高灵敏传感器，能够感知车速、车轮状态、轴重状态，具有防倾翻预控系统，保证刹车系统安全可靠。该铁路智能多功能行驶平台具有精确定位系统，通过编码车轮定位、GPS定位、地图匹配、惯性导航、北斗导航等复合导航系统，使行驶平台具有毫米级定位精度。该铁路智能多功能行驶平台具有可视化任务管理界面及适时的综合信息管理系统，一方面能使人机任务顺利交互，另一方面保证任务在命令等级下适时通讯，使行驶平台上各功能部件迅速有效的接收任务并做出快速反应。

优选地，行驶平台主体1采用钛合金、铝合金、碳纤维结构，以保证部件强度及重心稳定性的情况下，合理控制车辆重量，降低能源消耗。

优选该铁路智能多功能行驶平台采用锂电池例如磷酸铁供电，并联超级电容，并具有能源管理系统，以便科学分配电力供应，保证行驶平台的各功能部件的安全供电，并有车辆健康管理系统，通过检测车辆振动、应力、驱动电参数等，为车辆提供健康状态的报告，做好车辆保养，保证行驶平台的各功能部件的安全行驶。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

如图22至图24所示，在该实施例中，轨道轮驱动系统3通过旋转机构8与行驶平台主体1转动式连接，履带驱动系统2相对行驶平台主体1保持不动，以使得履带驱动系统2的底部高于或低于轨道轮驱动系统3的底部，从而实现履带驱动系统2和轨道轮驱动系统3的切换。

具体地，轨道轮驱动系统3包括分别位于行驶平台主体1前端的前轨道轮驱动单元和后端的后轨道轮驱动单元，且前轨道轮驱动单元和后轨道轮驱动单元均包括两个轨道轮3-1以及分别与两个轨道轮3-1连接的轨道轮连接轴3-2，每个轨道轮连接轴3-2均与一旋转机构8连接，以在旋转机构8的带动下进行旋转，从而带动轨道轮驱动系统3从第一位置(如图23所示)旋转至第二位置(如图24所示)或者反向从第二位置旋转至第一位置。当轨道轮驱动系统3旋转至第一位置时，轨道轮驱动系统3的底部高于履带驱动系统2的底部，此时，铁路智能多功能行驶平台可以在履带驱动系统2的驱动下行驶；当轨道轮驱动系统3旋转至第二位置时，轨道轮驱动系统3的底部低于履带驱动系统2的底部，此时，铁路智能多功能行驶平台可以在轨道轮驱动系统3的驱动下行驶；该铁路智能多功能行驶平台通过旋转机构8的旋转以带动轨道轮驱动系统3在第一位置和第二位置进行切换，从而实现轨道轮驱动系统3和履带驱动系统2的相互转换。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，也可以将履带驱动系统2通过旋转机构8与行驶平台主体1转动式连接，轨道轮驱动系统3相对行驶平台主体1保持不动，以使得履带驱动系统2的底部高于或低于轨道轮驱动系统3的底部，从而实现履带驱动系统2和轨道轮驱动系统3的切换。

在该实施例中，旋转机构8为旋转活塞缸，例如旋转油缸或旋转气缸。该旋转活塞缸包括与行驶平台主体1连接的缸体、位于缸体内的转轴、与缸体连接的止动块，以及与转轴连接的叶片，其中叶片还与连接轴连接，该旋转活塞缸采用内部止动块来改变摆动角度，当气压或油压作用在叶片上时，带动转轴转动，从而带动与转轴连接的轨道轮连接轴3-2绕转轴的轴线转动，进而带动行驶平台主体1两侧的轨道轮3-1相对行驶平台主体1旋转，当旋转至第一位置时，轨道轮驱动系统3的底部高于履带驱动系统2的底部；当旋转至第二位置时，轨道轮驱动系统3的底部低于履带驱动系统2的底部。

优选地，第一位置位于第二位置的正上方，也就是说，轨道轮驱动系统3从第一位置旋转至第二位置所需要旋转的角度为180°，因此优选旋转活塞缸的最大旋转角度为180°，当旋转活塞缸位于最大旋转角度时，履带驱动系统2的底部高于轨道轮驱动系统3的底部，当旋转活塞缸的旋转角度为0°时，履带驱动系统2的底部低于轨道轮系统的底部。然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，履带驱动系统2的旋转角度也可以为其它数值，例如120°。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，旋转机构8也可以采用其它的结构，例如星形齿轮结构，该星形齿轮结构包括太阳轮和齿轮圈，以及分别与太阳轮和齿轮圈配合的行星齿轮，其中太阳轮与行驶平台主体1转动式连接，并通过伺服电机驱动，行星齿轮与轨道轮连接轴3-2连接，以使得太阳轮在伺服电机的驱动下左右转动时，带动与太阳轮配合的轨道轮连接轴3-2绕太阳轮转动，从而带动行驶平台主体1两侧的轨道轮3-1相对行驶平台主体1旋转，当旋转至第一位置时，履带驱动系统2的底部低于轨道轮驱动系统3的底部，此时，铁路智能多功能行驶平台可以在履带驱动系统2的驱动下行驶；当旋转至第二位置时，履带驱动系统2的底部高于轨道轮驱动系统3的底部。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路智能清障设备，其特征在于，包括铁路智能多功能行驶平台以及设置在所述铁路智能多功能行驶平台上的机械手，在所述机械手的自由端分别设置有夹持机构和视觉感知系统；所述铁路智能清障设备还包括分别与所述机械手、所述夹持机构、所述视觉感知系统连接的控制系统，其中，所述视觉感知系统用于采集轨道上的图像信息并对所采集的图像信息进行处理计算，识别障碍物并判断出所述障碍物的位置和形状，并将所述障碍物的位置和形状传送给控制系统，所述控制系统控制所述机械手将所述夹持机构运送至所述障碍物所在的位置，所述夹持机构用于对所述视觉感知系统所识别出的障碍物进行夹持并清除。

2.如权利要求1所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述机械手包括五轴机械手、六轴机械手、七轴机械手。

3.如权利要求2所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述视觉感知系统包括图像采集单元、图像处理单元，所述图像采集单元用于对所述轨道上的图像进行采集，所述图像处理模块用于将所述图像采集单元所采集的图像进行处理，并识别出是否存在障碍物，当存在障碍物时，判断所述障碍物的位置和形状。

4.如权利要求1-3中任一项所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述铁路智能多功能行驶平台包括行驶平台主体以及分别与所述行驶平台主体连接的轨道轮驱动系统和履带驱动系统，所述行驶平台主体的底部设置有升降旋转机构，所述履带驱动系统能够相对所述轨道轮驱动系统升降，以使得所述履带驱动系统的底部高于或低于所述轨道轮驱动系统的底部，从而实现所述履带轮驱动系统和所述轨道轮驱动系统的切换。

5.如权利要求4所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述升降旋转机构包括旋转缸体以及设置在所述旋转缸体内的升降活塞缸，所述旋转缸体的中部设置有径向向外凸出的环状凹槽，所述环状凹槽与所述升降活塞缸的升降缸体侧壁之间形成密闭的腔体，且所述环状凹槽的侧壁上设置有径向向内延伸的活塞部，所述活塞部与所述升降缸体侧壁形成动密封，所述升降缸体侧壁上设置有径向向外延伸并能够与所述活塞部配合用于对所述活塞部进行限位的止动部，所述止动部与所述环状凹槽形成动密封，所述升降旋转机构还包括设置在所述止动部用于向所述止动部的两侧注入液压油或高压气体的第一进口和第二进口。

6.如权利要求4所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述履带驱动系统包括用于与所述行驶平台主体连接的履带驱动轮、多个承重轮、诱导轮、拖带轮和履带，所述履带依次绕设于所述履带驱动轮、多个所述承重轮、所述诱导轮和所述拖带轮，多个所述承重轮分别通过第一活塞缸与所述行驶平台主体连接，以相对所述行驶平台主体上下运动；所述第一活塞缸包括缸体、位于所述缸体内的活塞以及与所述活塞连接的活塞杆，所述活塞杆的下端与所述承重轮连接，所述活塞将所述缸体内部分成上腔体和下腔体，所述上腔体内填充有预设压力值的压缩气体，至少一个所述第一活塞缸的所述上腔体与与其相邻的另一个所述第一活塞杆的所述上腔体通过管路连通。

7.如权利要求6所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述承重轮分成M组，每组包括N个所述承重轮，且与每组中的N个所述承重轮连接的第一活塞缸的所述上腔体彼此连通，其中M、N均是大于1的整数。

8.如权利要求4所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述轨道轮驱动系统通过旋转机构与所述行驶平台主体转动式连接，以使得所述轨道轮驱动系统相对所述行驶平台主体在第一位置和第二位置之间切换，当所述轨道轮驱动系统旋转至第一位置时，所述轨道轮驱动系统的底部高于所述履带驱动系统的底部；当所述轨道轮驱动系统旋转至第二位置时，所述轨道轮驱动系统的底部低于所述履带驱动系统的底部。

9.如权利要求4所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述行驶平台主体上设置有重心控制系统，所述重心控制系统包括用于安装在所述行驶平台主体上的测力轮对、安装在所述行驶平台主体上用于测量所述铁路智能多功能行驶平台的角速度的角速度测量单元、重心控制单元以及重心调整单元，所述重心调整单元包括配重块以及与所述配重块连接用于调整所述配重块在所述行驶平台主体上的位置的配重块调整机构，所述测力轮对用于实时获取所述铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力，所述重心控制单元从所述测力轮对获取所述铁路智能多功能行驶平台的轮对垂向力，并从所述角速度测量单元获取所述铁路智能多功能行驶平台的角速度，并根据所获得的数据计算出所述铁路智能多功能行驶平台的重心位置；并通过控制所述配重块调整机构调整所述配重块的位置，以将所述铁路智能多功能行驶平台的重心位置调整至安全区域。

10.如权利要求4所述的铁路智能清障设备，其特征在于，所述铁路智能多功能行驶平台包括自主驾驶智能模式和远程遥控模式。