CN113060167A - 轨道交通巡检机器人平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通巡检机器人平台，轨道交通巡检机器人平台包括驱动装置，所述驱动装置包括：驱动电机，一侧上、下端部分别安装有驻车制动器与行车制动器；车轴，穿过所述驱动电机；刹车盘，安装于所述车轴的一侧输出端，固定于所述驻车制动器与行车制动器之间。本发明轨道交通巡检机器人平台采用弹性车轮与弹性减振器的二重减振方式，且驱动装置的车轴上设计驻车制动器与行车制动器，与刹车盘配合，可以实现驻车制动功能和行车制动功能。该轨道交通巡检机器人平台可实现在轨道上自动行驶运动，进行自动巡检。

Description

轨道交通巡检机器人平台

技术领域

本发明属于轨道交通巡检机器人领域，尤其涉及一种轨道交通巡检机器人平台。

背景技术

隧道在建设完成后的营运过程中，由于受到地面、周边建筑物负载及土体扰动、隧道周边工程施工、隧道工程结构施工及列车运行振动等影响，会产生多种隧道结构病害，如裂缝、收敛变形、错台等，进而影响列车的行驶安全。而目前常用的巡检机器人运动轨迹固定、无法适应复杂结构的隧道环境。因此，本发明考虑设置一种可沿轨道自动行驶的移动平台，将轨道交通巡检机器人平台带动搭载机器人检测设备运动，以实现自动巡检。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种轨道交通巡检机器人平台该轨道交通巡检机器人平台的设置，可实现在列车轨道上自动行驶、实现自动巡检。

为了实现上述目的，本发明提供了一种轨道交通巡检机器人平台,包括车架装置、驱动装置，所述驱动装置置于所述车架装置的车架上，所述驱动装置包括：

驱动电机，一侧上、下端部分别安装有驻车制动器与行车制动器；

车轴，穿过所述驱动电机；

刹车盘，安装于所述车轴的一侧输出端，固定于所述驻车制动器与行车制动器之间。

优选的，所述驱动装置进一步包括：

轴承座，设置于所述车轴的两侧输出轴的外侧端；

轴承，所述轴承外圈安装于所述轴承座，内圈安装于所述车轴；

轴承端盖，安装于所述轴承两侧，与所述轴承座两端固定连接。

优选的，所述驱动装置进一步包括：

减振器，一端与所述轴承座连接，一端与所述车架装置的车架连接，固定在所述轴承座与所述车架之间。

优选的，所述的轨道交通巡检机器人平台进一步包括能源组件，所述能源组件包括单电池装置，所述单电池装置包括逆变器、蓄电池、直流变换器、第一电池、第一电池架；所述逆变器、蓄电池、直流变换器、第一电池固定在所述第一电池架上，所述第一电池架安装于所述车架装置的车架上。

优选的，所述能源组件进一步包括双电池装置，所述双电池装置包括第二电池、第二电池架；所述第二电池固定在所述第二电池架上，所述第二电池架安装于所述车架装置的车架上。

优选的，所述能源组件进一步包括控制器装置，所述控制器装置包括高压箱、电机控制器、控制器支架；所述高压箱、电机控制器固定于所述控制器支架上，所述控制器支架安装于所述车架装置的车架上；

所述高压箱与所述逆变器、直流变换器及电机控制器连接，所述电机控制器与所述驱动电机连接，所述电机控制器将直流电逆变为可控的交流电，并控制所述驱动电机按照设定的转速或转矩运行。

优选的，所述能源组件进一步包括第一控制箱装置，所述第一控制箱装置包括液压系统、第一箱体，所述液压系统置于所述第一箱体内，通过油管分别与所述驻车制动器和行车制动器连接，提供制动所需压力；所述第一箱体安装于所述车架装置的车架上。

优选的，所述能源组件进一步包括第二控制箱装置，所述第一控制箱装置包括主控制器、第二箱体；

所述主控制器为移动平台的控制中枢，与所述电机控制器、液压系统连接，并置于所述第二箱体内；所述第二箱体安装于所述车架装置的车架上。

优选的，所述车架上固定有折弯架，折弯架上安装有摄像头、第一雷达、第二雷达。

优选的，所述车架上还安装有前照灯、示廓灯、振动传感器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供的轨道交通巡检机器人平台采用模块化设计，便于安装、调试及标准化生产。通过设置驱动装置、能源组件，驱动装置的车轴上设计驻车制动器与行车制动器，与刹车盘配合，可以分别实现驻车制动功能和行车制动功能，实现前后轴不同制动力的分配功能。同时，采用弹性车轮与橡胶减震器，有效地对车架振动进行衰减，提高运行平稳性。同时，能源组件采用设置有单电池装置与双电池装置为整个平台供电，以保证移动平台长时间无故障运行。同时，巡检移动平台具备电制动与液压制动两种制动方式，主控制器作为整个移动平台的控制中枢，与电机控制器、液压系统连接，运行过程减速，控制器会根据减速度大小自动判断采用电制动或电、液压同时制动两种方式。同时，移动平台车架装置上还设置了雷达、摄像头等传感器信息融合技术，以识别障碍物或标志物的存在、速度、方向、距离等信息。该轨道交通巡检机器人平台的设置，可实现在列车铁轨道上正常行驶，并沿轨道到达隧道任意位置，实现自主行驶、速度决策、牵引/制动、精确定位、能源管理等功能。

附图说明

图1为轨道交通巡检机器人平台整体结构图；

图2为轨道交通巡检机器人平台整体结构图(立体图)；

图3为驱动装置整体结构及局部放大图；

图4为单电池装置结构图；

图5为双电池装置结构图；

图6为控制器装置结构图；

图7为第一控制箱装置结构图；

图8为第二控制箱装置结构图；

图9为车架装置的结构图；

其中：

车架装置1、车架11、折弯架111、摄像头1111、第一雷达1112、第二雷达1113、前照灯1114、示廓灯1115、振动传感器112、上盖板113；

驱动装置2、驱动电机21、车轴22、刹车盘23、驻车制动器24、行车制动器25、弹性车轮26、轴承座27、轴承28、轴承端盖29、减振器210；

能源组件3、单电池装置31、逆变器311、蓄电池312、直流变换器313、第一电池314、第一电池架315、双电池装置32、第二电池321、第二电池架322、控制器装置33、高压箱331、电机控制器332、控制器支架333、第一控制箱装置34、液压系统341、第一箱体342、第二控制箱装置35、主控制器351、第二箱体352。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

本申请提供了一种轨道交通巡检机器人平台，可搭载机器人检测设备，运行于轨道上，用于轨道巡检，其具体结构参考图1-图9所示，其包括车架装置1、驱动装置2、能源组件3、驱动装置2、能源装置3均安装在车架装置1的车架11上。

其中，对于驱动装置2，如图3所示，两个驱动装置2在车架装置1上采用中心对称方向布置，采用弹性车轮与弹性减振器的二重减振方式，驱动电机直接驱动弹性车轮的方式，实现移动平台的移动。即：驱动装置2的驱动电机21为通孔型，为整个移动平台提供前进的驱动力；车轴22穿过驱动电机21，驱动电机21一侧上、下端部通过螺钉安装有驻车制动器24与行车制动器25，车轴上安装有刹车盘23，刹车盘23固定在驻车制动器24与行车制动器25之间，行车制动器用于行车过程的减速，驻车制动器用于驻车情况下的制动。驻车时，驻车制动器24抱紧刹车盘23，使整个移动平台保持制动状态；行车时，驻车制动器24松开刹车盘23，解除制动力；行驶过程中需要制动时，行车制动器25抱紧刹车盘23，提供所需的制动力。

进一步参考图3所示，在车轴22的两侧输出轴的外侧端设置有轴承座27，轴承座27内部安装有轴承28，轴承28外圈安装于轴承座27，内圈安装于车轴22上。轴承28两侧还安装有轴承端盖29，两侧的轴承端盖29通过螺栓固定在轴承座27上。每个轴承座27上安装有两个减振器210，减振器210一端与轴承座27连接，一端与车架装置1的车架11连接，固定在轴承座27与车架11之间，通过螺栓螺母将车架装置1、轴承座27和减振器210固定，从而实现车架装置1与驱动装置2的固定安装。减振器210与车轴两侧输出轴安装的弹性车轮26的设置，有效地对车架振动进行衰减，提高运行平稳性。

参考图4-图8所示，对于能源组件3，其主要包括单电池装置31、双电池装置32、控制器装置33、第一控制箱装置34、第二控制箱装置35几部分。其中，如图4所示，对于单电池装置31，其包括逆变器311、蓄电池312、直流变换器313、第一电池314、第一电池架315；逆变器311、蓄电池312、直流变换器313、第一电池314固定在第一电池架315上，第一电池架315安装于车架装置1的车架11上。如图5所示，对于双电池装置32，其包括第二电池321、第二电池架322，第二电池32固定在第二电池架322上，第二电池架322安装于车架装置1的车架11上。如图6所示，对于控制器装置33，其包括高压箱331、电机控制器332、控制器支架333，高压箱331、电机控制器332固定于控制器支架333上，控制器支架333安装于车架装置1的车架11上。多个第一电池314、第二电池315串联，为整个移动平台供电，以保证移动平台长时间无故障运行。高压箱331与逆变器311、直流变换器313及电机控制器332连接，电机控制器332与驱动电机21连接，高压箱331将动力电池的电能转换为高压直流电能并分配给逆变器311、直流变换器313和电机控制器332，逆变器311将高压箱331输出的高压直流电逆变成220V交流电，可以为搭载在移动平台上的其他装置提供电源。直流变换器313将高压箱331输出的高压直流电变换成12V直流电，再经过蓄电池312的缓冲，为整车的低压系统供电。电机控制器332将直流电逆变为可控的交流电，并控制驱动电机21按照设定的转速或转矩运行。

进一步参考图7所示，对于第一控制箱装置34，其包括液压系统341、第一箱体342，液压系统341置于第一箱体342内，通过油管分别与驱动装置2的驻车制动器24和行车制动器25连接，提供制动所需压力；第一箱体342安装于车架装置1的车架11上。进一步参考图8所示，对于第二控制箱装置35，第一控制箱装置35包括主控制器351、第二箱体352，主控制器351作为整个移动平台的控制中枢，与电机控制器332、液压系统341连接，并置于第二箱体352内。第二箱体352安装于车架装置1的车架11上。

本实施例中巡检移动平台具备电制动与液压制动两种制动的制动技术，运行过程减速，控制器根据减速度大小自动判断采用电制动或电、液压同时制动两种方式。

对于车架装置1，如图9所示，其车架11上固定有折弯架111，折弯架111上安装有摄像头1111、第一雷达1112、第二雷达1113，车架11上还安装有前照灯1114、示廓灯1115、振动传感器112等，摄像头用于运行期间视觉检测及红绿灯识别，前方人员识别，第一雷达用于识别百米标作为定位校准，第二雷达用于探障等，摄像头1111、第一雷达1112、第二雷达1113、振动传感器112均接至主控制器351。同时，车架11还安装有上盖板113，用于覆盖驱动电机、电池、高压箱等。

因此，本发明的轨道交通巡检机器人平台，轨道交通巡检机器人平台上设置驱动装置2、能源组件3，可实现自主行驶、速度决策、牵引/制动、精确定位、环境识别、能源管理等功能。其具体工作原理为：

(1)轨道交通巡检机器人平台低压上电，主控制器351、液压系统341、第一雷达1112、第二雷达1113、摄像头1111等低压设备启动并自检，主控制器351控制高压电池系统上电，替代低压电对整个平台进行供电。

(2)轨道交通巡检机器人平台接收巡检任务，解析巡检任务，规划运行线路和速度，然后进入自动驾驶模式。

(3)主控制器351控制液压系统341解除驻车制动器24制动力，主控制器351通过电机控制器39控制驱动装置2按照规划的速度运行。

(4)轨道交通巡检机器人平台运行过程中，第一雷达1112、第二雷达1113对外界环境进行实时扫描，主控制器351通过雷达信息计算出障碍物或标志物的存在、速度、方向、距离等信息。摄像头1111对机器人移动平台前后两端图像进行采集，主控制器351通过处理图像信息识别红绿灯。轨道交通巡检机器人平台通过识别这些信息及时发现运行线路侵限情况、预判限界内物体移动趋势并及时制动。

(5)轨道交通巡检机器人平台运行过程中，主控制器351以驱动电机21转速为初步定位，利用第一雷达1112、第二雷达1113识别预先设定的线路定位校准标，进行精确定位。

(6)轨道交通巡检机器人平台运行过程中，主控制器351根据振动传感器112测得的振动值匹配出满足条件的最高巡检速度，以克服轨道不平度和道岔激扰，提高巡检效率。

(7)轨道交通巡检机器人平台制动时，控制器42通过液压系统45控制行车制动器28抱紧刹车盘26，提供所需的制动力。

综上，本发明提供的轨道交通巡检机器人平台采用模块化设计，便于安装、调试及标准化生产。通过设置驱动装置、能源组件，驱动装置的车轴上设计驻车制动器与行车制动器，与刹车盘配合，可以分别实现驻车制动功能和行车制动功能，实现前后轴不同制动力的分配功能。同时，采用弹性车轮与橡胶减震器，有效地对车架振动进行衰减，提高运行平稳性。同时，能源组件采用设置有单电池装置与双电池装置为整个平台供电，以保证移动平台长时间无故障运行。同时，巡检移动平台具备电制动与液压制动两种制动方式，主控制器作为整个移动平台的控制中枢，与电机控制器、液压系统连接，运行过程减速，控制器会根据减速度大小自动判断采用电制动或电、液同时压制动两种方式。同时，移动平台车架装置上还设置了雷达、摄像头等传感器信息融合技术，以识别障碍物或标志物的存在、速度、方向、距离等信息。该轨道交通巡检机器人平台的设置，可实现在列车铁轨道上正常行驶，并沿轨道到达隧道任意位置，实现自主行驶、速度决策、牵引/制动、精确定位、能源管理等功能。

Claims (10)

1.一种轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，包括车架装置、驱动装置，所述驱动装置置于所述车架装置的车架上，所述驱动装置包括：

驱动电机，一侧上、下端部分别安装有驻车制动器与行车制动器；

车轴，穿过所述驱动电机；

刹车盘，安装于所述车轴的一侧输出端，固定于所述驻车制动器与行车制动器之间。

2.根据权利要求1所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述驱动装置进一步包括：

轴承座，设置于所述车轴的两侧输出轴的外侧端；

轴承，所述轴承外圈安装于所述轴承座，内圈安装于所述车轴；

轴承端盖，安装于所述轴承两侧，与所述轴承座两端固定连接。

3.根据权利要求2所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述驱动装置进一步包括：

减振器，一端与所述轴承座连接，一端与所述车架装置的车架连接，固定在所述轴承座与所述车架之间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，进一步包括能源组件，所述能源组件包括单电池装置，所述单电池装置包括逆变器、蓄电池、直流变换器、第一电池、第一电池架；所述逆变器、蓄电池、直流变换器、第一电池固定在所述第一电池架上，所述第一电池架安装于所述车架装置的车架上。

5.根据权利要求4所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述能源组件进一步包括双电池装置，所述双电池装置包括第二电池、第二电池架；所述第二电池固定在所述第二电池架上，所述第二电池架安装于所述车架装置的车架上。

6.根据权利要求5所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述能源组件进一步包括控制器装置，所述控制器装置包括高压箱、电机控制器、控制器支架；所述高压箱、电机控制器固定于所述控制器支架上，所述控制器支架安装于所述车架装置的车架上；

所述高压箱与所述逆变器、直流变换器及电机控制器连接，所述电机控制器与所述驱动电机连接，所述电机控制器将直流电逆变为可控的交流电，并控制所述驱动电机按照设定的转速或转矩运行。

7.根据权利要求6所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述能源组件进一步包括第一控制箱装置，所述第一控制箱装置包括液压系统、第一箱体，所述液压系统置于所述第一箱体内，通过油管分别与所述驻车制动器和行车制动器连接，提供制动所需压力；所述第一箱体安装于所述车架装置的车架上。

8.根据权利要求7所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述能源组件进一步包括第二控制箱装置，所述第一控制箱装置包括主控制器、第二箱体；

所述主控制器为移动平台的控制中枢，与所述电机控制器、液压系统连接，并置于所述第二箱体内；所述第二箱体安装于所述车架装置的车架上。

9.根据权利要求1所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述车架上固定有折弯架，折弯架上安装有摄像头、第一雷达、第二雷达。

10.根据权利要求9所述的轨道交通巡检机器人平台,其特征在于，所述车架上还安装有前照灯、示廓灯、振动传感器。

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