CN112834613A - 一种tbm隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，涉及TBM工程技术领域，包括对称设置的机器人A和机器人B，所述的机器人A和机器人B具有相同的结构，所述的机器人A包括车架、空气耦合超声换能器、脉冲发射接收装置、主机、车轮、驱动机构A、安装座、第一支撑柱、推力轴承、第二支撑柱、气缸、直线导轨连接、配重块、驱动机构C、驱动机构D、电瓶、控制单元、计时装置、控制器。本发明通过设置机器人A和机器人B，可以在检测铁轨时相互协同，对铁轨的损伤进行重复认证，使检测结果更可靠，另外，通过行驶检测模式、进入模式、退出模式的相互配合，可在电瓶车运行的间隔及时对铁轨进行检测，可充分利用时间，节省人工，提高检测效率。

Description

一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统

技术领域

本发明涉及TBM工程技术领域，具体涉及一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统。

背景技术

TBM隧道的电瓶车铁轨长时间承受高强度的电瓶车车轮冲击，容易产生明显或潜在的裂缝，为保证电瓶车运行平稳，避免事故发生，对这些铁轨的损伤进行探测是非常必要的。

目前，国内外铁轨的检查和维护主要使用轨道探伤车或手推式探伤车，主要是利用脉冲反射法原理，将探测器与铁轨的轨头上部接触，在探伤车在以一定的速度行驶时，车轮探测器内部的超声波传感器发射声波脉冲到钢轨内部，获取损伤部位的回波信号，并通过对该信号的处理、分析，提取特征参量评价轨道内部的缺陷大小和位置。

申请号为CN201620298775.6的实用新型专利公开了一种铁路轨道损伤缺陷的空气耦合超声检测装置，包括空气耦合超声换能器，脉冲发射接收装置，激光定位器，成像装置等部分。该系统可以完成轨道损伤缺陷的全面扫查，这些损伤缺陷包括，铁轨在轮毂高速碾压后产生内部残余应力；微裂纹；表面裂纹和浅表裂纹；内部较深裂纹。该新型具有无需耦合剂传播声波介质，缺陷扫查类型多，质量轻便，检测效率高等优点。

然而，该新型采用手推操作，仍然需要耗费大量的人工劳动，探测效率低，自动化程度低，难以满足较长路段的铁轨探测需要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，包括对称设置的机器人A和机器人B，所述的机器人A和机器人B具有相同的结构，所述的机器人A包括车架、设置于车架下端前后侧的空气耦合超声换能器、设置于车架上的脉冲发射接收装置和主机，所述的车架的前后侧还安装有车轮，所述的车轮与铁轨的头部配合，在车架内还设有驱动机构A，所述的车轮通过驱动机构A驱动行驶，在车架的顶部还设有安装座，所述的安装座上安装有第一支撑柱，所述的第一支撑柱顶部通过推力轴承连接有第二支撑柱，所述的第二支撑柱的上端固定连接有气缸，所述的气缸的固定端与第二支撑柱固定连接，所述的机器人A和机器人B的气缸的伸缩端之间通过直线导轨连接，所述的直线导轨上滑动连接有配重块，所述的配重块通过驱动机构C驱动，并可在直线导轨上左右滑动，所述的第二支撑柱通过驱动机构D驱动转动，所述的车架上还安装有电瓶，所述的电瓶与空气耦合超声换能器电联，所述的空气耦合超声换能器通过导线连接脉冲发射接收装置和主机，所述的驱动机构A、驱动机构C、驱动机构D、气缸的驱动部、以及机器人B上的驱动机构B均与电瓶电联；所述的车架上还设有用以控制机器人A和机器人B的控制单元，所述的控制单元内设有相互电连的计时装置和控制器，所述的控制器与电源电联，并分别与驱动机构A、驱动机构C、驱动机构D、气缸的驱动部、机器人B上的驱动机构B、以及主机电联。

优选的，所述的车架下端前后侧的空气耦合超声换能器分别设有4组，包括用以检测铁轨内部残余应力的第一组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨表面裂纹和表浅裂纹的第二组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨内部裂纹的第三组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨表面微小裂纹的第四组空气耦合超声换能器，所述的主机上还设有控制显示屏；所述的空气耦合超声换能器包括激光定位装置、可变角度架、防护盒、固定架。

优选的，所述的直线导轨为T形导轨，所述的配重块的底部设有与T形导轨配合使用的T形滑槽，所述的驱动机构C包括沿左右方向设置于T形导轨顶端的导槽，设于导槽内部的齿条、以及驱动电机C、连接于驱动电机C输出轴端部的第一齿轮，所述的驱动电机C通过连接件与配重块的端部固定连接，所述的第一齿轮与齿条啮合。

优选的，所述的直线导轨的左右端分别向机器人A的左侧、及机器人B的右侧延伸，在直线导轨的端部还设有限位块。

优选的，所述的驱动机构D包括固定套设于第二支撑柱上的第二齿轮、固定设于车架顶部的驱动电机D、连接于驱动电机D的输出轴端部的第三齿轮，所述的第三齿轮与第二齿轮啮合连接。

优选的，所述的驱动电机C、驱动电机D均为伺服电机。

优选的，所述的控制器上还设有无线传输模块，并通过无线传输模块与铁轨损伤检测控制中心连接。

一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统的使用方法，包括行驶检测模式、进入模式、及退出模式，所诉的行驶检测模式、进入模式和退出模式均在电瓶车运行的间隔时间内进行，并通过控制单元控制时间。

优选的，所述的行驶检测模式是在控制器的控制下使机器人A和机器人B在铁轨上按设定速度行驶，并在行驶的同时对铁轨探伤，在探伤过程中，通过无线传输模块将数据实时传输至铁轨损伤检测控制中心；所述的退出模式是在设定检测时间结束时，通过机器人A和机器人B的配合动作，将TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统退出铁轨，并为电瓶车让位；所述的进入模式是在电瓶车通过后，且设定检测时间开始时，通过机器人A和机器人B的配合动作，将TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统重新安装上铁轨。

优选的，所述的退出模式未在设定时间内完成时，控制器会通过无线传输模块向铁轨损伤检测控制中心发送TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统未及时退出的警报，并由铁轨损伤检测控制中心向即将驶来的电瓶车通告，并进行紧急处理；所述的进入模式未在设定时间内完成时，控制器会通过无线传输模块向铁轨损伤检测控制中心发送TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统未及时安装入铁轨的信号。

本发明一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统具有如下有益效果：本发明通过设置机器人A和机器人B，可以在检测铁轨时相互协同，对铁轨的损伤进行重复认证，使检测结果更可靠，另外，通过行驶检测模式、进入模式、退出模式的相互配合，可在电瓶车运行的间隔及时对铁轨进行检测，可充分利用时间，节省人工，提高检测效率。

附图说明

图1：本发明的正视结构示意图；

图2：本发明的侧视结构示意图；

1：铁轨，2：直线导轨，3：齿条，4：驱动机构A，5：安装座，6：第一支撑柱，7：推力轴承，8：第二齿轮，9：第二支撑柱，10：气缸，11：车架，12：驱动电机D，13：第三齿轮，14：左限位块，15：空气耦合超声换能器，16：驱动机构B，17：右限位块，18：配重块，19：第一齿轮，20：车轮，21：控制显示屏，22：驱动电机C，23：连接件。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“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、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为方便理解，本发明以图1的正面为前，背面为后，左侧为左，右侧为右。

实施例1、

一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，如图1、图2所示，包括对称设置的机器人A和机器人B，所述的机器人A和机器人B具有相同的结构，所述的机器人A包括车架11、设置于车架11下端前后侧的空气耦合超声换能器15、设置于车架11上的脉冲发射接收装置(图中未画出)和主机(图中未画出)，所述的车架11的前后侧还安装有车轮20，车轮的形状优选火车轮对的形状，以适应在轨道上行驶，所述的车轮20与铁轨的头部配合，在车架11内还设有驱动机构A4，所述的车轮20通过驱动机构A4驱动行驶，驱动车轮行驶的驱动机构为现有技术，在此不做赘述；在车架11的顶部还设有安装座5，所述的安装座5上安装有第一支撑柱6，所述的第一支撑柱6顶部通过推力轴承7连接有第二支撑柱9，所述的第二支撑柱9的上端固定连接有气缸10，所述的气缸10的固定端与第二支撑柱9固定连接，所述的机器人A和机器人B的气缸10的伸缩端之间通过直线导轨2连接，连接方式可以为铰接轴沿水平方向垂直于直线导轨2的走向的铰接；所述的直线导轨2上滑动连接有配重块18，所述的配重块18通过驱动机构C驱动，并可在直线导轨2上左右滑动，所述的第二支撑柱9通过驱动机构D驱动转动，所述的车架11上还安装有电瓶，所述的电瓶与空气耦合超声换能器15电联，所述的空气耦合超声换能器15通过导线连接脉冲发射接收装置和主机，所述的驱动机构A4、驱动机构C、驱动机构D、气缸10的驱动部、以及机器人B上的驱动机构B16均与电瓶电联；所述的车架上还设有用以控制机器人A和机器人B的控制单元(图中未画出)，所述的控制单元内设有相互电连的计时装置(图中未画出)和控制器(图中未画出)，所述的控制器与电源电联，并分别与驱动机构A4、驱动机构C、驱动机构D、气缸10的驱动部、机器人B上的驱动机构B16、以及主机电联；

如图1、图2所示，所述的车架11下端前后侧的空气耦合超声换能器15分别设有4组，包括用以检测铁轨内部残余应力的第一组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨表面裂纹和表浅裂纹的第二组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨内部裂纹的第三组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨表面微小裂纹的第四组空气耦合超声换能器，所述的主机上还设有控制显示屏21；空气耦合超声换能器15的具体设置为现有技术，可参见申请号为CN201620298775.6的实用新型专利；

如图1、图2所示，所述的空气耦合超声换能器15包括激光定位装置、可变角度架、防护盒、固定架；上述设置可参见申请号为CN201620298775.6的实用新型专利；

如图1、图2所示，所述的直线导轨2为T形导轨，所述的配重块14的底部设有与T形导轨配合使用的T形滑槽，所述的驱动机构C包括沿左右方向设置于T形导轨顶端的导槽，设于导槽内部的齿条3、以及驱动电机C22、连接于驱动电机C22输出轴端部的第一齿轮19，所述的驱动电机C22通过连接件23与配重块的端部固定连接，所述的第一齿轮19与齿条3啮合；

如图1、图2所示，所述的直线导轨2的左右端分别向机器人A的左侧、及机器人B的右侧延伸，在直线导轨2的端部还设有限位块；

如图1、图2所示，所述的驱动机构D包括固定套设于第二支撑柱9上的第二齿轮8、固定设于车架11顶部的驱动电机D12、连接于驱动电机D12的输出轴端部的第三齿轮13，所述的第三齿轮13与第二齿轮8啮合连接；

如图1、图2所示，所述的驱动电机C22、驱动电机D12均为伺服电机；

所述的控制器上还设有无线传输模块(图中未画出)，并通过无线传输模块与铁轨损伤检测控制中心连接。

实施例2、

一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统的使用方法，包括行驶检测模式、进入模式、及退出模式，所诉的行驶检测模式、进入模式和退出模式均在电瓶车运行的间隔时间内进行，并通过控制单元控制时间；

所述的行驶检测模式是在控制器的控制下使机器人A和机器人B在铁轨上按设定速度行驶，并在行驶的同时对铁轨探伤，在探伤过程中，通过无线传输模块将数据实时传输至铁轨损伤检测控制中心；所述的退出模式是在设定检测时间结束时，通过机器人A和机器人B的配合动作，将TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统退出铁轨，并为电瓶车让位；所述的进入模式是在电瓶车通过后，且设定检测时间开始时，通过机器人A和机器人B的配合动作，将TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统重新安装上铁轨；

所述的退出模式未在设定时间内完成时，控制器会通过无线传输模块向铁轨损伤检测控制中心发送TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统未及时退出的警报，并由铁轨损伤检测控制中心向即将驶来的电瓶车通告，并进行紧急处理；所述的进入模式未在设定时间内完成时，控制器会通过无线传输模块向铁轨损伤检测控制中心发送TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统未及时安装入铁轨的信号。

本发明的使用原理：

在退出模式中，控制器通过预定程序，将配重块18滑动至直线导轨朝向机器人A的一侧，然后使机器人B上的气缸10收缩，从而将机器人B悬空，再通过机器人A上的驱动机构D使第二支撑柱9转动至预设角度，使机器人B脱离铁轨1，并运至铁轨1的外侧，此时，使机器人B上的气缸10伸展，并使机器人B的车轮20着地，接着，配重块18沿直线导轨滑至机器人B一侧，接着，机器人A上的气缸10收缩，机器人A被悬空，然后，再通过机器人B上的驱动机构D将机器人A以如上所述的方式运出；进入模式的操作流程与此相反，不做赘述，当然，上述操作的机器人悬空的过程中，控制器也可以控制驱动机构D使悬空的机器人的壳体11旋转设定角度，以更方便进入或退出。

Claims (10)

1.一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：包括对称设置的机器人A和机器人B，所述的机器人A和机器人B具有相同的结构，所述的机器人A包括车架、设置于车架下端前后侧的空气耦合超声换能器、设置于车架上的脉冲发射接收装置和主机，所述的车架的前后侧还安装有车轮，所述的车轮与铁轨的头部配合，在车架内还设有驱动机构A，所述的车轮通过驱动机构A驱动行驶，在车架的顶部还设有安装座，所述的安装座上安装有第一支撑柱，所述的第一支撑柱顶部通过推力轴承连接有第二支撑柱，所述的第二支撑柱的上端固定连接有气缸，所述的气缸的固定端与第二支撑柱固定连接，所述的机器人A和机器人B的气缸的伸缩端之间通过直线导轨连接，所述的直线导轨上滑动连接有配重块，所述的配重块通过驱动机构C驱动，并可在直线导轨上左右滑动，所述的第二支撑柱通过驱动机构D驱动转动，所述的车架上还安装有电瓶，所述的电瓶与空气耦合超声换能器电联，所述的空气耦合超声换能器通过导线连接脉冲发射接收装置和主机，所述的驱动机构A、驱动机构C、驱动机构D、气缸的驱动部、以及机器人B上的驱动机构B均与电瓶电联；所述的车架上还设有用以控制机器人A和机器人B的控制单元，所述的控制单元内设有相互电连的计时装置和控制器，所述的控制器与电源电联，并分别与驱动机构A、驱动机构C、驱动机构D、气缸的驱动部、机器人B上的驱动机构B、以及主机电联。

2.如权利要求1所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：所述的车架下端前后侧的空气耦合超声换能器分别设有4组，包括用以检测铁轨内部残余应力的第一组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨表面裂纹和表浅裂纹的第二组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨内部裂纹的第三组空气耦合超声换能器、用以检测铁轨表面微小裂纹的第四组空气耦合超声换能器，所述的主机上还设有控制显示屏；所述的空气耦合超声换能器包括激光定位装置、可变角度架、防护盒、固定架。

3.如权利要求2所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：所述的直线导轨为T形导轨，所述的配重块的底部设有与T形导轨配合使用的T形滑槽，所述的驱动机构C包括沿左右方向设置于T形导轨顶端的导槽，设于导槽内部的齿条、以及驱动电机C、连接于驱动电机C输出轴端部的第一齿轮，所述的驱动电机C通过连接件与配重块的端部固定连接，所述的第一齿轮与齿条啮合。

4.如权利要求3所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：所述的直线导轨的左右端分别向机器人A的左侧、及机器人B的右侧延伸，在直线导轨的端部还设有限位块。

5.如权利要求4所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：所述的驱动机构D包括固定套设于第二支撑柱上的第二齿轮、固定设于车架顶部的驱动电机D、连接于驱动电机D的输出轴端部的第三齿轮，所述的第三齿轮与第二齿轮啮合连接。

6.如权利要求5所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：所述的驱动电机C、驱动电机D均为伺服电机。

7.如权利要求6所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统，其特征为：所述的控制器上还设有无线传输模块，并通过无线传输模块与铁轨损伤检测控制中心连接。

8.如权利要求7所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统的使用方法，其特征为：包括行驶检测模式、进入模式、及退出模式，所诉的行驶检测模式、进入模式和退出模式均在电瓶车运行的间隔时间内进行，并通过控制单元控制时间。

9.如权利要求8所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统的使用方法，其特征为：所述的行驶检测模式是在控制器的控制下使机器人A和机器人B在铁轨上按设定速度行驶，并在行驶的同时对铁轨探伤，在探伤过程中，通过无线传输模块将数据实时传输至铁轨损伤检测控制中心；所述的退出模式是在设定检测时间结束时，通过机器人A和机器人B的配合动作，将TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统退出铁轨，并为电瓶车让位；所述的进入模式是在电瓶车通过后，且设定检测时间开始时，通过机器人A和机器人B的配合动作，将TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统重新安装上铁轨。

10.如权利要求9所述的一种TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统的使用方法，其特征为：所述的退出模式未在设定时间内完成时，控制器会通过无线传输模块向铁轨损伤检测控制中心发送TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统未及时退出的警报，并由铁轨损伤检测控制中心向即将驶来的电瓶车通告，并进行紧急处理；所述的进入模式未在设定时间内完成时，控制器会通过无线传输模块向铁轨损伤检测控制中心发送TBM隧道电瓶车铁轨探伤预警机器人系统未及时安装入铁轨的信号。

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