CN112621707B - 一种高速列车车底巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车车底巡检机器人，采用避障小车携带高清摄像头和电磁超声传感器进入高速列车车底对车底的零部件进行检修，工作人员根据高清摄像头采集来的图像信息，通过上位机向STM32最小系统板发送指令来控制避障小车的移动方向及二自由度视频云台、四自由度机械臂的转动，使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测，并用高清摄像头识别被测零部件的外表面是否存在裂纹和其他异物，用电磁超声传感器检测被测零部件的内部损伤，并实时采集被测零部件的图像后与检测结果一一对应上传到铁路有关部门的PC机上，工作人员通过查看PC机上显示的信息即可知道高速列车车底出现故障的零部件，提高了列车检修的智能化。

Description

一种高速列车车底巡检机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种高速列车车底巡检机器人。

背景技术

我国高速列车具有运行速度高、运行时间长和运行地域广的特点，列车在运用过程中，零部件会逐渐磨耗、腐蚀和损伤，为使车辆经常处于质量良好状态，确保行车安全并延长车辆使用寿命，必须对铁路车辆进行各种检查和修理工作。

在车辆检修中有一个车辆检修限度，它是一种极为重要的车辆检修标准，指车辆检修时，对车辆零部件允许存在的损伤程度。在日常维修中用检修限度来判断零件能否继续使用，在定期检修中用检修限度来判断零件是否需要修理及检修后质量是否合格。检修限度标准绝大部分是以尺寸数值来表示，因车辆零部件的损伤程度，如磨损、腐蚀、裂纹、剥离、擦伤、变形、缝隙和游间等，均可以通过尺寸的变化来表示。车辆检修限度按使用场合不同分为运用限度和中间限度。运用限度也叫列检限度或最大限度，是指车辆零件的损伤程度已达到了极限损伤，超过了规定尺寸，必须进行修理更换。中间限度是指车辆进行各种定期检修时，应控制的检修限度。

现有技术中，通常采用人工检测的方式对列车进行检修，然而列车的组成部件结构复杂度高、需检测的范围大且细小零部件多，例如仅螺栓一项就有1000多个，人工检测过程中，作业人员的作业强度大且不一定全面，导致人工检测效率低下，如对保准8编组列车的检修，检修的零部件就超过1万个，一次一级检修中，作业人员就需要弯腰300多次，敲击5000多下，检修人员费时费力。且采用敲击的方法来判断零部件是否损伤受工作人员经验的影响，导致检测到的结果存在一定的误差。而在敲击的过程中会导致零部件受损，给零部件带来安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高速列车车底巡检机器人，采用避障小车携带高清摄像头和电磁超声传感器进入高速列车车底对车底的零部件进行检修，用高清摄像头识别被测零部件的外表面是否存在裂纹和其他异物，用电磁超声传感器检测被测零部件的内部损伤，并实时采集被测零部件的图像后与检测结果一一对应上传到铁路有关部门的PC机上，工作人员通过查看PC机上显示的信息即可知道高速列车车底出现故障的零部件，无需工作人员逐一对零部件进行检查即可得知出现故障的零部件，有效的降低了工作人员的劳动强度，提高了列车检修的智能化。

为了实现上述目的，本发明提供的一种高速列车车底巡检机器人是这样实现的：

一种高速列车车底巡检机器人，包括避障小车、蓄电池、WiFi模块、STM32最小系统板、DSP最小系统板、电磁超声电路板、二自由度视频云台、高清摄像头、四自由度机械臂、红外测距传感器、电磁超声列阵，蓄电池、WiFi模块、STM32最小系统板、DSP最小系统板、电磁超声电路板、二自由度视频云台、四自由度机械臂均安装在避障小车顶端，高清摄像头安装在二自由度视频云台上，红外测距传感器和电磁超声列阵安装在四自由度机械臂上，WiFi模块与高清摄像头、STM32最小系统板进行电性连接，与PC机建立无线连接，由STM32最小系统板控制你避障小车前往高速列车车底，再控制二自由度视频云台旋转带动高清摄像头转动并采集需要检测的零部件图片，并发送至DSP最小系统板进行图像识别计算，判断出零部件表面是否存在裂纹或其他异物，并通过WiFi模块将采集到的图像信息实时传输至铁路有关部门的PC机上，在PC机上设置有控制巡检机器人运行的上位机，能够显示高清摄像头采集到的图像信息，工作人员根据该图像信息，通过上位机向STM32最小系统板发送指令来控制避障小车的移动方向及二自由度视频云台、四自由度机械臂的转动，使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测，电磁超声电路板控制电磁超声列阵向被测零部件发射电磁超声波，并对返回来的超声波信息号进行处理，传送至DSP最小系统板，在DSP最小系统板中分析出被测零部件内部是否存在缺陷，红外测距传感器用于检测四自由度机械臂上部分距离被测零部件的距离，使得四自由度机械臂与被测零部件之间保持一定的距离，防止四自由度机械臂敲击被测零部件，DSP最小系统板中每识别出一个零部件的故障信息就会将图像识别到的信息和电磁超声列阵识别到的信息对应起来传输至STM32最小系统板，由STM32最小系统板控制WiFi模块传输至PC机，在PC机的上位机上显示报警信息，提醒工作人员该零部件需要检修。

本发明的避障小车包括车架、主动轮、履带、从动轮、直流电机、位移传感器、超声波测距传感器，主动轮和从动轮安装在履带内，两个相同的直流电机安装在车架下，且直流电机的输出轴与主动轮连接，由STM32最小系统板控制直流电机转动，直流电机为主动轮传动，主动轮带动着履带移动，从动轮用于辅助主动轮带动履带转动，超声波测距传感器安装在车架前端，用于检测车架与前方障碍物之间的距离，并将检测到得信息传输至STM32最小系统板进行处理，计算出避障小车与障碍物之间的距离，由PC机上的位机向STM32最小系统板发送指令来控制两个直流电机的转速来实现避障小车的转向和移动方向，位移传感器安装在车架上，用于检测避障小车行走的位移，并将检测到的信息传输至STM32最小系统板，STM32最小系统板计算出避障小车移动的位移。

本发明的四自由度机械臂包括第一U型支架、第一舵机、金属连接件、第二U型支架、第二舵机、第三舵机、塑料壳、第四舵机，第一舵机的输出轴安装在第一U型支架上，负责前后方向的移动，第二U型支架与第一舵机之间采用金属连接件进行连接，第二舵机的输出轴安装在第二U型支架上，也负责前后方向的移动，第三舵机与第二舵机之间采用金属连接件进行连接，塑料壳与第三舵机的输出轴之间采用金属连接件进行连接，第三舵机带动塑料壳在水平方向上旋转，通过第四舵机的输出轴将两块相同的塑料壳连接在一起，第四舵机控制两块塑料壳之间的夹角。

本发明的塑料壳上设有电磁超声列阵和红外线测距传感器，电磁超声列阵用于检测车底零部件的内部损伤，红外线测距传感器用于检测塑料壳与被测零部件之间的距离，并将检测到的信息发送至STM32最小系统板进行计算，当计算出塑料壳与被测零部件之间的距离为0.5厘米时，STM32最小系统板便控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机停止工作，便于电磁超声列阵对零部件进行检测，对于相对大一点的零部件，由STM32最小系统板控制直流电机转动，使得避障小车带动电磁超声列阵对被测零部件进行移动检测。

本发明的二自由度视频云台包括第三U型支架、第五舵机、金属连接件、第六舵机、LED灯、高清摄像头，第三U型支架安装在车架上，第五舵机的输出轴安装在第三U型支架上，用于控制高清摄像头前后方向的移动，第六舵机与第五舵机之间采用金属连接件进行连接，LED灯和高清摄像头安装在第六舵机的输出轴上，由第六舵机带动着LED灯和高清摄像头转动，LED灯用于为高清摄像头补光，高清摄像头采集到的图像传输至DSP最小系统板进行图像识别，在DSP最小系统板中识别出被测零部件的表面裂纹和异物，并通过WiFi模块向PC机发送采集到的图像信息，在上位机上显示出来。

本发明的电磁超声列阵由多个电磁超声传感器组成，电磁超声传感器包括激励换能器、永磁铁、接收换能器，在激励换能器上产生交变磁场，并在被测零部件上产生感应涡流，永磁铁向感应涡流外加一个磁场，在外加磁场的作用下会受到洛伦兹力的作用产生电磁超声，电磁超声进入被测零部件后反射回来被接收换能器接收到，根据接收换能器接收到的超声波的特征，即可判断出被测零部件内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

本发明的塑料壳上设有电磁超声传感器放置孔，用于放置电磁超声传感器。

本发明的电磁超声电路板上设有电磁超声激励电路、电磁超声接收电路，电磁超声激励电路包括升压稳压电路、全桥逆变电路、激励阻抗匹配电路，用于给激励换能器提供脉冲，电磁超声接收电路包括降压稳压电路、接收阻抗匹配电路、差分放大电路、滤波处理电路、A/D转换电路，其中升压稳压电路将蓄电池输出的电能进行升压处理，得到能够使激励换能器产生高压的激励脉冲，由DSP最小系统板控制全桥逆变电路将升压稳压电路的输出电压转换成高压高频的激励脉冲，经过激励阻抗匹配电路处理后传到激励换能器中，此外在电磁超声接收电路上设有一个接收阻抗匹配电路，由于超声波在固体中传播时，信号能量衰减较大，回波幅值非常低，所以导致接收换能器接收到的超声波信号比较微弱，因此通过差分放大电路将接收到的信号进行放大处理，再通过滤波处理电路滤除杂波，经过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至DSP最小系统板进行处理计算，进而计算出被测零部件是否存在缺陷以及缺陷特征。

本发明的高清摄像头采集到的图像传输至DSP最小系统板进行图像识别，依次经过图像灰度化处理、图像滤波、图像分割、特征提取后，利用BP神经网络训练出高速列车车底零部件分类器，当高清摄像头再次采集被测零部件传输至DSP最小系统板时，即可被DSP最小系统板识别出是哪一个零部件，通过像素积分投影法识别出零部件外表是否存在裂纹或其他异物。

由于本发明避障小车携带高清摄像头和电磁超声传感器进入高速列车车底对车底的零部件进行检修，并将检修结果上传至铁路有关部门的PC机上显示的结构，从而可以得到以下有益效果：

采用避障小车携带高清摄像头和电磁超声传感器进入高速列车车底对车底的零部件进行检修，用高清摄像头识别被测零部件的外表面是否存在裂纹和其他异物，用电磁超声传感器检测被测零部件的内部损伤，并实时采集被测零部件的图像后与检测结果一一对应上传到铁路有关部门的PC机上，工作人员根据高清摄像头采集来的图像信息，通过上位机向STM32最小系统板发送指令来控制避障小车的移动方向及二自由度视频云台、四自由度机械臂的转动，使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测，工作人员通过查看PC机上显示的信息即可知道高速列车车底出现故障的零部件，无需工作人员逐一对零部件进行检查即可得知出现故障的零部件，有效的降低了工作人员的劳动强度，提高了列车检修的智能化。

附图说明

图1为本发明一种高速列车车底巡检机器人的整体结构示意图；

图2、图3为本发明一种高速列车车底巡检机器人的避障小车的结构示意图；

图4为本发明一种高速列车车底巡检机器人的四自由度机械臂的结构示意图；

图5为本发明一种高速列车车底巡检机器人的二自由度视频云台的结构示意图；

图6为本发明一种高速列车车底巡检机器人的电磁超声传感器的结构示意图；

图7为本发明一种高速列车车底巡检机器人的塑料壳的结构示意图；

图8为本发明一种高速列车车底巡检机器人的塑料壳的电磁超声激励电路、电磁超声接收电路的框图；

图9为本发明一种高速列车车底巡检机器人的工作原理图。

主要元件符号说明。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1至图9所示为本发明中的一种高速列车车底巡检机器人，包括避障小车1、蓄电池2、WiFi模块3、STM32最小系统板4、DSP最小系统板5、电磁超声电路板6、二自由度视频云台7、高清摄像头8、四自由度机械臂9、红外测距传感器10、电磁超声列阵11。

如图1所示，所述的蓄电池2、WiFi模块3、STM32最小系统板4、DSP最小系统板5、电磁超声电路板6、二自由度视频云台7、四自由度机械臂9均安装在避障小车1顶端，高清摄像头8安装在二自由度视频云台7上，红外测距传感器10和电磁超声列阵11安装在四自由度机械臂9上，蓄电池2用于为避障小车1、WiFi模块3、STM32最小系统板4、DSP最小系统板5、电磁超声电路板6、二自由度视频云台7、高清摄像头8、四自由度机械臂9、红外测距传感器10提供电能，WiFi模块3与高清摄像头8、STM32最小系统板4进行电性连接，与PC机建立无线连接，由STM32最小系统板4控制你避障小车1前往高速列车车底，再控制二自由度视频云台7旋转带动高清摄像头8转动并采集需要检测的零部件图片，并发送至DSP最小系统板5进行图像识别计算，判断出零部件表面是否存在裂纹或其他异物，并通过WiFi模块3将采集到的图像信息实时传输至铁路有关部门的PC机上，STM32最小系统板4与避障小车1的直流电机16、第一舵机20、第二舵机23、第三舵机24、第四舵机26、第五舵机28、第六舵机29、蓄电池2、WiFi模块3、DSP最小系统板5、高清摄像头8、四自由度机械臂9、红外测距传感器10、位移传感器17、超声波测距传感器18之间电性连接，在PC机上设置有控制巡检机器人运行的上位机，能够显示高清摄像头8采集到的图像信息，工作人员根据该图像信息，通过上位机向STM32最小系统板4发送指令来控制避障小车1的移动方向及二自由度视频云台7、四自由度机械臂9的转动，使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测，电磁超声电路板6控制电磁超声列阵11向被测零部件发射电磁超声波，并对返回来的超声波信息号进行处理，传送至DSP最小系统板5，在DSP最小系统板5中分析出被测零部件内部是否存在缺陷，红外测距传感器10用于检测四自由度机械臂9上部分距离被测零部件的距离，使得四自由度机械臂9与被测零部件之间保持一定的距离，防止四自由度机械臂9敲击被测零部件，DSP最小系统板5中每识别出一个零部件的故障信息就会将图像识别到的信息和电磁超声列阵11识别到的信息对应起来传输至STM32最小系统板4，由STM32最小系统板4控制WiFi模块3传输至PC机，在PC机的上位机上显示报警信息，提醒工作人员该零部件需要检修。

如图2、图3所示，所述的避障小车1包括车架12、主动轮13、履带14、从动轮15、直流电机16、位移传感器17、超声波测距传感器18，主动轮13和从动轮15安装在履带14内，两个相同的直流电机16安装在车架12下，且直流电机16的输出轴与主动轮13连接，由STM32最小系统板4控制直流电机16转动，直流电机16为主动轮13传动，主动轮13带动着履带14移动，从动轮15用于辅助主动轮13带动履带14转动，超声波测距传感器18安装在车架12前端，用于检测车架12与前方障碍物之间的距离，并将检测到得信息传输至STM32最小系统板4进行处理，计算出避障小车1与障碍物之间的距离，当这个距离低于预设距离(例如10厘米)时，STM32最小系统板4控制直流电机16停止转动，使得避障小车1停下来，只有避障小车1前方10厘米范围内没有障碍物才能够控制避障小车1前进，有效的防止避障小车1撞击障碍物而发生损坏，由PC机上的位机向STM32最小系统板4发送指令来控制两个直流电机16的转速来实现避障小车1的转向和移动方向，位移传感器17安装在车架12上，用于检测避障小车1行走的位移，并将检测到的信息传输至STM32最小系统板4，STM32最小系统板4计算出避障小车1移动的位移，控制WiFi模块3向PC机发送避障小车1当前所在的位置，并显示在上位机上，便于工作人员得知当前巡检机器人是在对高速列车车底的哪一部分进行检测。

如图4所示，所述的四自由度机械臂9包括第一U型支架19、第一舵机20、金属连接件21、第二U型支架22、第二舵机23、第三舵机24、塑料壳25、第四舵机26，第一舵机20的输出轴安装在第一U型支架19上，负责前后方向的移动，第二U型支架22与第一舵机20之间采用金属连接件21进行连接，第二舵机23的输出轴安装在第二U型支架22上，也负责前后方向的移动，第三舵机24与第二舵机23之间采用金属连接件21进行连接，塑料壳25与第三舵机24的输出轴之间采用金属连接件21进行连接，第三舵机24带动塑料壳25在水平方向上旋转，通过第四舵机26的输出轴将两块相同的塑料壳25连接在一起，第四舵机26控制两块塑料壳25之间的夹角，便于电磁超声列阵11针对不同的被测零部件形状进行检测，由STM32最小系统板4控制第一舵机20、第二舵机23、第三舵机24、第四舵机26的转动来带动塑料壳25上的电磁超声列阵11贴近被测零部件进行检测。

所述的塑料壳25上设有电磁超声列阵11和红外线测距传感器，电磁超声列阵11用于检测车底零部件的内部损伤，红外线测距传感器用于检测塑料壳25与被测零部件之间的距离，并将检测到的信息发送至STM32最小系统板4进行计算，当计算出塑料壳25与被测零部件之间的距离为预设值(0.5厘米)时，STM32最小系统板4便控制第一舵机20、第二舵机23、第三舵机24、第四舵机26停止工作，便于电磁超声列阵11对零部件进行检测，防止塑料壳25敲击被测零部件，对于相对大一点的零部件，由STM32最小系统板4控制直流电机16转动，使得避障小车1带动电磁超声列阵11对被测零部件进行移动检测。

如图5所示，所述的二自由度视频云台7包括第三U型支架27、第五舵机28、金属连接件21、第六舵机29、LED灯30、高清摄像头8，第三U型支架27安装在车架12上，第五舵机28的输出轴安装在第三U型支架27上，用于控制高清摄像头8前后方向的移动，第六舵机29与第五舵机28之间采用金属连接件21进行连接，LED灯30和高清摄像头8安装在第六舵机29的输出轴上，由第六舵机29带动着LED灯30和高清摄像头8转动，LED灯30用于为高清摄像头8补光，高清摄像头8采集到的图像传输至DSP最小系统板5进行图像识别，在DSP最小系统板5中识别出被测零部件的表面裂纹和异物，并通过WiFi模块3向PC机发送采集到的图像信息，在上位机上显示出来。

如图6所示，所述的电磁超声列阵11由多个电磁超声传感器31组成，电磁超声传感器31包括激励换能器32、永磁铁33、接收换能器34，在激励换能器32上产生交变磁场，并在被测零部件上产生感应涡流，永磁铁33向感应涡流外加一个磁场，在外加磁场的作用下会受到洛伦兹力的作用产生电磁超声，电磁超声进入被测零部件后反射回来被接收换能器34接收到，根据接收换能器34接收到的超声波的特征，即可判断出被测零部件内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

如图7所示，所述的塑料壳25上设有电磁超声传感器放置孔35，用于放置电磁超声传感器31。

如图8所示，所述的电磁超声电路板6上设有电磁超声激励电路、电磁超声接收电路，电磁超声激励电路包括升压稳压电路、全桥逆变电路、激励阻抗匹配电路，用于给激励换能器32提供脉冲，电磁超声接收电路包括降压稳压电路、接收阻抗匹配电路、差分放大电路、滤波处理电路、A/D转换电路，其中升压稳压电路将蓄电池2输出的电能进行升压处理，得到能够使激励换能器32产生高压的激励脉冲，由DSP最小系统板5控制全桥逆变电路将升压稳压电路的输出电压转换成高压高频的激励脉冲，经过激励阻抗匹配电路处理后传到激励换能器32中，此外在电磁超声接收电路上设有一个接收阻抗匹配电路，进行两次阻抗匹配电路能够提换能效率，防止电磁波反射而损伤电磁超声电路板6，由于超声波在固体中传播时，信号能量衰减较大，回波幅值非常低，所以导致接收换能器34接收到的超声波信号比较微弱，因此通过差分放大电路将接收到的信号进行放大处理，再通过滤波处理电路滤除杂波，经过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至DSP最小系统板5进行处理计算，进而计算出被测零部件是否存在缺陷以及缺陷特征。

所述的高清摄像头8采集到的图像传输至DSP最小系统板5进行图像识别，依次经过图像灰度化处理、图像滤波、图像分割、特征提取后，利用BP神经网络训练出高速列车车底零部件分类器，当高清摄像头8再次采集被测零部件传输至DSP最小系统板5时，即可被DSP最小系统板5识别出是哪一个零部件，通过像素积分投影法识别出零部件外表是否存在裂纹或其他异物。

本发明的工作原理与工作过程如下：

如图9所示，由STM32最小系统板4控制直流电机16转动，带动避障小车1移动，超声波测距传感器18检测车架12与前方障碍物之间的距离，并将检测到得信息传输至STM32最小系统板4进行处理，计算出避障小车1与障碍物之间的距离，由PC机上的位机向STM32最小系统板4发送指令来控制两个直流电机16的转速来实现避障小车1的转向和移动方向，位移传感器17安装在车架12上，用于检测避障小车1行走的位移，并将检测到的信息传输至STM32最小系统板4，STM32最小系统板4计算出避障小车1移动的位移，由STM32最小系统板4控制第一舵机20、第二舵机23、第三舵机24、第四舵机26的转动来带动塑料壳25上的电磁超声列阵11贴近被测零部件进行检测，且STM32最小系统板4控制第五舵机28、第五舵机28的转动来转动高清摄像头8对需要检测的零部件进行图像采集，红外线测距传感器检测塑料壳25与被测零部件之间的距离，并将检测到的信息发送至STM32最小系统板4进行计算，当计算出塑料壳25与被测零部件之间的距离为0.5厘米时，STM32最小系统板4便控制第一舵机20、第二舵机23、第三舵机24、第四舵机26停止工作，WiFi模块3与PC机建立通信，通过WiFi模块3将高清摄像头8采集到的图像信息实时传输至铁路有关部门的PC机的上位机上，工作人员根据该图像信息，通过上位机向STM32最小系统板4发送指令来控制避障小车1的移动方向及二自由度视频云台7、四自由度机械臂9的转动，使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测，DSP最小系统板5中每识别出一个零部件的故障信息就会将图像识别到的信息和电磁超声列阵11识别到的信息对应起来传输至STM32最小系统板4，由STM32最小系统板4控制WiFi模块3传输至PC机，在PC机的上位机上显示报警信息，提醒工作人员该零部件需要检修。

Claims (7)

1.一种高速列车车底巡检机器人，其特征在于：包括避障小车、蓄电池、WiFi模块、STM32最小系统板、DSP最小系统板、电磁超声电路板、二自由度视频云台、高清摄像头、四自由度机械臂、红外测距传感器、电磁超声列阵，蓄电池、WiFi模块、STM32最小系统板、DSP最小系统板、电磁超声电路板、二自由度视频云台、四自由度机械臂均安装在避障小车顶端，高清摄像头安装在二自由度视频云台上，红外测距传感器和电磁超声列阵安装在四自由度机械臂上，WiFi模块与高清摄像头、STM32最小系统板进行电性连接，与PC机建立无线连接，由STM32最小系统板控制避障小车前往高速列车车底，再控制二自由度视频云台旋转带动高清摄像头转动并采集需要检测的零部件图片，并发送至DSP最小系统板进行图像识别计算，判断出零部件表面是否存在裂纹或其他异物，并通过WiFi模块将采集到的图像信息实时传输至铁路有关部门的PC机上，在PC机上设置有控制巡检机器人运行的上位机，用于显示高清摄像头采集到的图像信息，工作人员根据该图像信息，通过上位机向STM32最小系统板发送指令来控制避障小车的移动方向及二自由度视频云台、四自由度机械臂的转动，使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测，电磁超声电路板控制电磁超声列阵向被测零部件发射电磁超声波，并对返回来的超声波信息号进行处理，传送至DSP最小系统板，在DSP最小系统板中分析出被测零部件内部是否存在缺陷，红外测距传感器用于检测四自由度机械臂上部分距离被测零部件的距离，使得四自由度机械臂与被测零部件之间保持一定的距离，防止四自由度机械臂敲击被测零部件，DSP最小系统板中每识别出一个零部件的故障信息就会将图像识别到的信息和电磁超声列阵识别到的信息对应起来传输至STM32最小系统板，由STM32最小系统板控制WiFi模块传输至PC机，在PC机的上位机上显示报警信息，提醒工作人员该零部件需要检修；

所述电磁超声列阵由多个电磁超声传感器组成，电磁超声传感器包括激励换能器、永磁铁、接收换能器，在激励换能器上产生交变磁场，并在被测零部件上产生感应涡流，永磁铁向感应涡流外加一个磁场，在外加磁场的作用下会受到洛伦兹力的作用产生电磁超声，电磁超声进入被测零部件后反射回来被接收换能器接收到，根据接收换能器接收到的超声波的特征，以判断出被测零部件内部是否存在缺陷及缺陷的特性；

所述电磁超声电路板上设有电磁超声激励电路、电磁超声接收电路，电磁超声激励电路包括升压稳压电路、全桥逆变电路、激励阻抗匹配电路，用于给激励换能器提供脉冲，电磁超声接收电路包括降压稳压电路、接收阻抗匹配电路、差分放大电路、滤波处理电路、A/D转换电路，其中升压稳压电路将蓄电池输出的电能进行升压处理，得到能够使激励换能器产生高压的激励脉冲，由DSP最小系统板控制全桥逆变电路将升压稳压电路的输出电压转换成高压高频的激励脉冲，经过激励阻抗匹配电路处理后传到激励换能器中，此外在电磁超声接收电路上设有一个接收阻抗匹配电路，通过差分放大电路将接收到的信号进行放大处理，再通过滤波处理电路滤除杂波，经过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至DSP最小系统板进行处理计算，进而计算出被测零部件是否存在缺陷以及缺陷特征。

2.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人，其特征在于：所述四自由度机械臂上设有塑料壳，所述塑料壳上设有电磁超声列阵和红外测距传感器，电磁超声列阵用于检测车底零部件的内部损伤，红外测距传感器用于检测塑料壳与被测零部件之间的距离，并将检测到的信息发送至STM32最小系统板进行计算，当计算出塑料壳与被测零部件之间的距离为预设值时，STM32最小系统板控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机停止工作，通过电磁超声列阵对零部件进行检测，通过STM32最小系统板控制直流电机转动，使得避障小车带动电磁超声列阵对被测零部件进行移动检测。

3.根据权利要求2所述的高速列车车底巡检机器人，其特征在于：所述塑料壳上设有电磁超声传感器放置孔，用于放置电磁超声传感器。

4.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人，其特征在于：所述高清摄像头采集到的图像传输至DSP最小系统板进行图像识别，依次经过图像灰度化处理、图像滤波、图像分割、特征提取后，利用BP神经网络训练出高速列车车底零部件分类器，当高清摄像头再次采集被测零部件传输至DSP最小系统板时，即可被DSP最小系统板识别出是哪一个零部件，通过像素积分投影法识别出零部件外表是否存在裂纹或其他异物。

5.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人，其特征在于：所述避障小车包括车架、主动轮、履带、从动轮、直流电机、位移传感器、超声波测距传感器，主动轮和从动轮安装在履带内，两个相同的直流电机安装在车架下，且直流电机的输出轴与主动轮连接，由STM32最小系统板控制直流电机转动，直流电机驱动主动轮转动，主动轮带动着履带移动，从动轮用于辅助主动轮带动履带转动，超声波测距传感器安装在车架前端，用于检测车架与前方障碍物之间的距离，并将检测到的信息传输至STM32最小系统板进行处理，计算出避障小车与障碍物之间的距离，当这个距离低于预设距离时，STM32最小系统板控制直流电机停止转动，使得避障小车停下来，由PC机的上位机向STM32最小系统板发送指令来控制两个直流电机的转速来实现避障小车的转向和移动方向，位移传感器安装在车架上，用于检测避障小车行走的位移，并将检测到的信息传输至STM32最小系统板，STM32最小系统板计算出避障小车移动的位移，控制WiFi模块向PC机发送避障小车当前所在的位置，并显示在上位机上。

6.根据权利要求2所述的高速列车车底巡检机器人，其特征在于：所述的四自由度机械臂包括第一U型支架、第一舵机、金属连接件、第二U型支架、第二舵机、第三舵机、第四舵机，第一舵机的输出轴安装在第一U型支架上，负责前后方向的移动，第二U型支架与第一舵机之间采用金属连接件进行连接，第二舵机的输出轴安装在第二U型支架上，负责前后方向的移动，第三舵机与第二舵机之间采用金属连接件进行连接，塑料壳与第三舵机的输出轴之间采用金属连接件进行连接，第三舵机带动塑料壳在水平方向上旋转，通过第四舵机的输出轴将两块相同的塑料壳连接在一起，第四舵机控制两块塑料壳之间的夹角，通过电磁超声列阵针对不同的被测零部件形状进行检测，由STM32最小系统板控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机的转动来带动塑料壳上的电磁超声列阵贴近被测零部件进行检测。

7.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人，其特征在于：所述二自由度视频云台包括第三U型支架、第五舵机、金属连接件、第六舵机、LED灯、高清摄像头，第三U型支架安装在车架上，第五舵机的输出轴安装在第三U型支架上，用于控制高清摄像头前后方向的移动，第六舵机与第五舵机之间采用金属连接件进行连接，LED灯和高清摄像头安装在第六舵机的输出轴上，由第六舵机带动着LED灯和高清摄像头转动，LED灯用于为高清摄像头补光，高清摄像头采集到的图像传输至DSP最小系统板进行图像识别，在DSP最小系统板中识别出被测零部件的表面裂纹和异物，并通过WiFi模块向PC机发送采集到的图像信息，在上位机上显示出来。

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