CN109927739A - 轨道交通隧道三维移动检测小车装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通隧道三维移动检测小车装置，包括基架、扫描仪、MCU控制器和车轮组件；所述基架包括纵梁和横梁，相互连接的纵梁和横梁形成用于承载所述扫描仪和MCU控制器的承载平台；所述车轮组件与所述横梁转动连接并至少包括一组提供行进驱动力的主动轮组件，所述主动轮组件包括与所述MCU控制器电连接的驱动电机。本发明采用碳纤维管作为横梁结构并且可以折叠，相比其他的隧道三维检测小车更加轻盈便携，在两个臂梁的结合部位中使用了强力快速夹钳，既保证了结合部位的强度又方便了小车的折叠；小车上安装了智能限位模块，防止检测行进时发生出轨，解决了轨道交通领域隧道结构和表观病害快速检测问题。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通检测设备技术领域，特别是一种轨道交通隧道三维移动检测小车装置。
背景技术
随着国家高速铁路和城市轨道高速建设，轨道交通领域隧道结构形态参数以及表观病害检测对保障既有线路运营安全日益重要。运营线路天窗时间短，必须高效获得图像和结构尺寸数据。目前主要采用人工巡查方式，也有部分基于轨道检测小车改装进行隧道结构检测，但是轨检小车一般采用T型或者H型结构，传统轨检小车改装扫描小车，由于小车结构遮挡三维扫描仪无法直接测量到轨道，导致扫描设备无法直接测量到轨道影响隧道净空、限界等检测项目准确性，而且人工推行方式也无法保障匀速移动导致病害图像检测数据质量难以保证。
发明内容
本发明上述问题，提供一种轨道交通隧道三维移动检测小车装置。本发明的技术方案为：
一种轨道交通隧道三维移动检测小车装置，包括基架、扫描仪、MCU控制器和车轮组件；所述基架包括纵梁和横梁，相互连接的纵梁和横梁形成用于承载所述扫描仪和MCU控制器的承载平台；所述车轮组件与所述横梁转动连接并至少包括一组提供行进驱动力的主动轮组件，所述主动轮组件包括与所述MCU控制器电连接的驱动电机。
作为本发明进一步地说明，所述横梁数量为两根，其与所述纵梁形成“工”型结构。
更进一步地，所述车轮组件与所述横梁之间设有用于锁紧固定的连接锁紧结构。
更进一步地，所述连接锁紧结构包括第一连接架和第二连接架，所述第一连接架和第二连接架经转轴连接，所述第二连接架以所述转轴可向所述第一连接架方向转动；所述第一连接架上设有卡接凸起，所述第二连接架上一与所述卡接凸起匹配的卡扣套，通过所述卡扣套与所述的卡接凸起，所述第二连接架上还转动设置了一快速夹钳，所述卡扣套通过卡扣转轴安装在所述快速夹钳上。
更进一步地，所述车轮组件分为4组，分别转动连接在两根横梁的两端，包括一组主动轮组件和三组从动轮组件。
更进一步地，所述主动轮组件包括支撑平台、主动轮、车轮支架、减速电机、离合器和离合槽；安装在车轮支架上的主动轮由所述减速电机通过驱动转轴驱动，所述驱动转轴与所述驱动电机之间设有离合器，所述离合器滑动安装在所述离合槽内通过在所述离合槽内左右滑动以实现减速电机与驱动转轴之间的离合控制。
更进一步地，所述主动轮组件还包括用于测速和里程计算的光栅传感器，所述光栅传感器的编码盘与所述减速电机传动比固定。
更进一步地，所述从动轮组件设有从动限位模块，所述从动限位模块包括位移传感器和步进电机，所述位移传感器用于检测行进轨道的宽度变化，所述步进电机用于根据所述宽度变化驱动所述从动轮组件进行伸展调整。
更进一步地，所述基架由铝合金材质制成，所述主动轮组件和从动轮组件的转轴为碳纤维管。
更进一步地，所述基架上还设有用于检测所述轨道交通隧道三维移动检测小车装置姿态信息的光纤陀螺仪。
本发明的有益效果：
本发明检测小车采用碳纤维管作为横梁结构并且可以折叠，相比其他的隧道三维检测小车更加轻盈便携，在两个臂梁的结合部位中使用了强力快速夹钳，既保证了结合部位的强度又方便了小车的折叠；小车的动力部分设置了离合器，便于进行行进控制；小车上安装高精度光纤陀螺仪获取小车的姿态，用以辅助处理扫描仪的点云数据；小车上安装了智能限位模块，防止检测行进时发生出轨；采用“工”型结构，可以准确获取轨道数据，可以自动匀速移动，更加准确的辅助扫描仪处理数据，更加携带便携；解决了轨道交通领域隧道结构和表观病害快速检测问题，系统采用三维激光仪结合马达驱动便携式轨道扫描小车，控制小车匀速前进确保检测数据质量。
附图说明
图1为本发明实施例整体外部结构示意图；
图2为本发明实施例电器控制原理图；
图3为本发明实施例连接锁紧结构结构示意图；
图4为本发明实施例主动轮组件结构示意图；
图5为本发明实施例主动轮组件另一视角结构示意图；
图6为本发明实施例从动轮组件结构放大示意图；
图7为本发明另一实施例俯视结构示意图。
附图标记：纵梁1、横梁2、主动轮组件3、支撑平台31、主动轮32、车轮支架33、光栅传感器34、减速电机35、离合器36、离合槽37、从动轮组件4、位移传感器41、步进电机42、检测推杆43、步进电机推杆44、连接锁紧结构5、第一连接架51、第二连接架52、卡接凸起53、卡扣套54、快速夹钳55、碳纤维管6、扫描仪7。
具体实施方式
实施例：
下面结合附图对本发明实施例详细的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
一种轨道交通隧道三维移动检测小车装置，包括基架、扫描仪7、MCU控制器和车轮组件，所述基架包括纵梁1和横梁2，所述横梁数量为两根，其与所述纵梁形成“工”型结构，所述扫描仪7和MCU控制器安装在与所述纵梁上；所述车轮组件分为4组，分别转动连接在两根横梁的两端，包括一组主动轮组件3和三组从动轮组件4，所述主动轮组件包括由所述MCU控制器控制为检测小车装置提供动力的减速电机。参见图1，打开后的四组车轮组件可以使轨道交通隧道三维移动检测小车装置刚好放置在待测轨道上，通过所述主动轮组件驱动行进并由所述MCU控制器控制行进方式，行进过程中扫描仪7对待测轨道进行扫描得到基础的图像和结构尺寸数据。
本实施例中的减速电机为可调速减速无刷直流电机，可以为小车提供强劲的动力，其由所述MCU控制器控制。如图2所示，电机调速由MCU通过PWM引脚控制，通过改变PWM波形的占空比来控制电机的转速，当MCU的PWM引脚为低电平时，小车全速运行，当MCU的PWM引脚为高时小车停止。
本实施例中，为了减轻轨道交通隧道三维移动检测小车装置的整体重量，两根横梁采用铝合金材质，四组车轮组件均采用碳纤维管6与所述横梁转动连接，并设有连接锁紧结构5。具体地，参见图3，连接锁紧结构包括第一连接架51和第二连接架52，所述第一连接架和第二连接架经转轴连接，所述第二连接架以所述转轴可向所述第一连接架方向转动；所述第一连接架上设有卡接凸起53，所述第二连接架上一与所述卡接凸起匹配的卡扣套54，通过所述卡扣套与所述的卡接凸起，所述第二连接架上还转动设置了一快速夹钳55，所述卡扣套通过卡扣转轴安装在所述快速夹钳上。轨道交通隧道三维移动检测小车装置需要使用时，首先将车轮组件由闭合状态转出，转出后所述横梁与所述碳纤维管位于同一轴向上，此时操作卡扣套，使之转向所述卡接凸起并锁紧，锁紧后所述第二连接架相向所述第一连接架不能进行转动，实现其固定在横梁上，以使轨道交通隧道三维移动检测小车装置可以在待测轨道上行走。参见图3，快速夹钳操作时，先逆时针转动将卡扣套扣入所述卡接凸起内，然后再顺时针转动并紧扣在所述第二连接架上，形成对第二连接架的作用力，使第一连接架和第二连接架的连接面相互紧贴，减小行进过程中检测小车颠簸对检测数据造成的影响。参见图7的一个实施例中，也可以不设置连接锁紧结构5，所述车轮组件直接与所述横梁转动连接。
本实施例中，所述主动轮组件包括支撑平台31、主动轮32、车轮支架33、光栅传感器34、减速电机35、离合器36和离合槽37；安装在车轮支架上的主动轮由所述减速电机通过驱动转轴驱动，所述驱动转轴与所述驱动电机之间设有离合器，所述减速电机安装在所述离合槽内，参见图3，减速电机在所述的离合槽内左右滑动以实现减速电机与驱动转轴之间的离合控制。从动轮组件包括位移传感器41和步进电机42，所述位移传感器包括检测推杆43和套接在所述检测推杆外的弹簧，所述弹簧用于使所述检测推杆紧贴轨道并维持一定的张紧力，使所述检测推杆伸出位移传感器的长度可以随轨道的宽度变化而变化，从而反应为位移传感器输出电压的变化，MCU控制器根据所述位移传感器输出电压的变化控制步进电机推杆44的伸出或缩进量，从而改变从动轮组件的伸出或缩进量，从而适应轨道宽度的变化，避免检测小车因轨道变宽或变窄而发生的出轨。
本实施例中，小车的测速和里程计部分由光栅传感器完成。光栅传感器的A、B输出端分别和MCU的外部中断引脚相连，在机械结构上MCU和光栅传感器同轴相连即电机转动一圈光栅传感器的编码盘也是转动一圈。参见图3的一种实施方式，所述驱动转轴的一端设有光栅驱动轮，经皮带连接光栅从动轮，所述光栅驱动轮和所述光栅从动轮优选的一个传动比为1:1。本发明不限于皮带传动，也可以是齿轮传动。当光栅传感器转动时A、B会输出相位相差90度的方波，然后MCU的外部中断引脚IN1就会检测方波的上升沿，当在上升沿检测到IN2引脚低电平时，此时电机正转，MCU的计数器加一；当IN2引脚检测到高电平时，此时电机反转，MCU 的计数器减一。已知电机转动一圈，光栅传感器输出固定的脉冲数，以此可以计算出小车的速度和里程。
为了便于检测数据的传输，本实施例设有蓝牙模块，通过蓝牙模块通过串口和MCU连接并建立通讯，MCU通过蓝牙模块向上位机发送里程数据用以后期处理扫描仪7的数据。此外上位机还可以通过蓝牙模块发送特定格式的命令给MCU，MCU在识别到命令之后做出相应的动作，比如调整小车的速度，启动和停止。
小车上装有一个高精度的光纤陀螺仪，MCU可以通过串口2获取光纤陀螺仪的动态角度，然后MCU把光纤陀螺仪输出的角度信息通过SPI接口保存在W25Q64储存模块中，以便把小车的姿态信息用于后期处理扫描仪7的点云数据中。
本发明的一些实施例中，将中间仪器平台部分向前延伸使扫描仪7能够测到轨道，但会大幅增加小车重量，同时影响小车平衡稳定性。
本发明的一些实施例中，在小车接触轨道增加姿态传感器，通过小车尺寸参数间接计算轨道参数，但会降低测量成果精度。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：包括基架、扫描仪、MCU控制器和车轮组件；所述基架包括纵梁和横梁，相互连接的纵梁和横梁形成用于承载所述扫描仪和MCU控制器的承载平台；所述车轮组件与所述横梁转动连接并至少包括一组提供行进驱动力的主动轮组件，所述主动轮组件包括与所述MCU控制器电连接的驱动电机。
2.根据权利要求1所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述横梁数量为两根，其与所述纵梁形成“工”型结构。
3.根据权利要求2所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述车轮组件与所述横梁之间设有用于锁紧固定的连接锁紧结构。
4.根据权利要求1或2所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述连接锁紧结构包括第一连接架和第二连接架，所述第一连接架和第二连接架经转轴连接，所述第二连接架以所述转轴可向所述第一连接架方向转动；所述第一连接架上设有卡接凸起，所述第二连接架上一与所述卡接凸起匹配的卡扣套，通过所述卡扣套与所述的卡接凸起，所述第二连接架上还转动设置了一快速夹钳，所述卡扣套通过卡扣转轴安装在所述快速夹钳上。
5.根据权利要求4所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述车轮组件分为4组，分别转动连接在两根横梁的两端，包括一组主动轮组件和三组从动轮组件。
6.根据权利要求5所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述主动轮组件包括支撑平台、主动轮、车轮支架、减速电机、离合器和离合槽；安装在车轮支架上的主动轮由所述减速电机通过驱动转轴驱动，所述驱动转轴与所述驱动电机之间设有离合器，所述离合器滑动安装在所述离合槽内通过在所述离合槽内左右滑动以实现减速电机与驱动转轴之间的离合控制。
7.根据权利要求6所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述主动轮组件还包括用于测速和里程计算的光栅传感器，所述光栅传感器的编码盘与所述减速电机传动比固定。
8.根据权利要求5所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述从动轮组件设有从动限位模块，所述从动限位模块包括位移传感器和步进电机，所述位移传感器用于检测行进轨道的宽度变化，所述步进电机用于根据所述宽度变化驱动所述从动轮组件进行伸展调整。
9.根据权利要求5所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述基架由铝合金材质制成，所述主动轮组件和从动轮组件的转轴为碳纤维管。
10.根据权利要求3所述的轨道交通隧道三维移动检测小车装置，其特征在于：所述基架上还设有用于检测所述轨道交通隧道三维移动检测小车装置姿态信息的光纤陀螺仪。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20241008 |