CN117590358A - 一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆安全技术领域，公开了一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，包括平衡碗、激光雷达组、平衡支架和法兰式密封罩，激光雷达组包括近距离激光雷达和远距离激光雷达，近距离激光雷达包括激光雷达发射组，平衡碗设于平衡支架内，平衡支架维持平衡碗始终处于水平状态，激光雷达发射组设于平衡碗的正上方，平衡支架的底端安装于地铁的机架上。本发明通过陀螺仪结构维持激光发射源始终处于铅垂向，配合上引导检测光路，可同时检测行驶轨道和车轮对，检测车轮对后通过电磁支架调节，减少检测端的跳动和振动对设备检测端的影响，在行驶方向监测上，利用激光雷达配合毫米波雷达，以弥补单一传感器存在的缺陷。

Description

一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备

技术领域

本发明涉及轨道车辆安全领域，更具体地说，它涉及一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备。

背景技术

当前,地铁的运行速度越来越高,以往的城市轨道交通中,地铁最高运行速度为80km/h,但是现在越来越多的线路开始提高运行速度,由80km/h提高至120km/h。随着运行速度的提高,地铁的制动距离也随之延长。以80km/h为例,当制动加速度为-1.2m/s时,地铁的制动距离为205.8米。以120km/h为例,当制动加速度为-1.2m/s时,地铁的制动距离为463.0米。为了保障地铁的安全,障碍物探测需在制动距离外,提前发现障碍物并发出预警信号。

地铁车辆在运行过程中受到轨道不平顺的影响，会导致车体、构架、轮对等的振动,其本质是随机的。在运行过程中，障碍物检测装置主要承受来自构架端部传递来的随机振动激励，造成地铁的障碍物检测设备受到该随机振动激励影响，使障碍物检测设备的检测区域发生跳动，需多次探测比对才能得到准确障碍物检测结果，会产生探测延后，不能保证安全的制动距离的预留，影响地铁对障碍物的预警效果。

发明内容

本发明提供一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，解决相关技术中地铁的障碍物检测设备受到该随机振动激励影响，使障碍物检测设备的检测区域发生跳动，需多次探测比对才能得到准确障碍物检测结果的技术问题。

本发明提供了一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，包括平衡碗、激光雷达组、平衡支架和法兰式密封罩，激光雷达组包括近距离激光雷达和远距离激光雷达，近距离激光雷达包括激光雷达发射组，平衡碗设于平衡支架内，平衡支架维持平衡碗始终处于水平状态，激光雷达发射组设于平衡碗的正上方，平衡支架的底端安装于地铁的机架上；

该检测设备还包括毫米波雷达，远距离激光雷达设于地铁车头的顶部，毫米波雷达设于平衡碗的连接轴的前端上；

激光雷达组向障碍物发射激光束，将障碍物反射回来的信号与发射信号进行比较，来获取障碍物的位置、速度、距离及角度信息；

毫米波雷达向障碍物发射毫米波，根据障碍物的回波特征，来获取障碍物的形状、位置、速度、距离及角度信息；

平衡碗的底端中部设有反射楞镜，在平衡碗的四侧均设有折射镜，激光雷达发射组向反射棱镜发射检测激光束，检测激光束通过发射棱镜发射至折射镜上，靠近地铁车头一侧的两个折射镜将检测激光束折射至地铁的行驶方向上，另外两个折射镜将检测激光束折射至地铁的车轮对上。

进一步地，平衡支架包括外支架、中支架和内支架，内支架通过轴安装于平衡碗的两侧，内支架通过轴连接在中支架上，中支架通过轴连接在外支架上。

进一步地，外支架、中支架和内支架分别位于正垂面、水平面和侧垂面。

进一步地，平衡碗的上边设有调节组件，调节组件用于带动激光雷达发射组水平转动90°×N（1≤N≤3，N为正整数）。

进一步地，调节组件包括齿环、连杆、伺服电机和驱动齿轮，驱动齿轮安装于伺服电机的输出轴上，连杆倾斜安装于齿环的外壁上，激光雷达发射组设于连杆的杆端上，驱动齿轮与齿环之间啮合连接。

进一步地，伺服电机的外侧安装有电机支架，电机支架安装于平衡碗的内壁上，在平衡碗的四侧均设有配重块，配重块用于平衡碗的四侧重量。

进一步地，平衡支架的底端设有电磁支架，电磁支架用于对平衡支架和机架之间进行减震。

进一步地，电磁支架包括弹性支架、连接轴、支撑弹簧和电磁衬套，连接轴垂直安装于弹性支架的两端外壁上，弹性支架安装于机架上，电磁衬套套设于连接轴的底端外壁上，支撑弹簧套设于电磁衬套的外壁上。

进一步地，远距离激光波雷达用于探测30米至200米之间的障碍物，近距离激光雷达用于探测0至30米之间的障碍物。

进一步地，在地铁的外壁上设有近距离激光雷达罩，近距离激光雷达罩设于近距离激光雷达的检测端上。

本发明的有益效果在于：本障碍物检测设备通过陀螺仪结构维持激光发射源始终处于铅垂向，配合上引导检测光路，可同时检测行驶轨道和车轮对，检测车轮对后通过电磁支架调节，减少检测端的跳动和振动对设备检测端的影响，在行驶方向监测上，利用激光雷达配合毫米波雷达，以弥补单一传感器存在的缺陷。

附图说明

图1是本发明提出的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备的结构示意图；

图2是本发明的图1中的平衡支架和平衡碗的连接结构示意图；

图3是本发明的图2的主视图；

图4是本发明的图2的调节组件的结构示意图；

图5是本发明的图1中激光雷达发射组与平衡碗之间的工作状态示意图；

图6是本发明的提出的激光雷达和毫米波雷达在地铁上的应用结构示意图。

图中：100、机架；200、电磁支架；210、电磁衬套；220、支撑弹簧；230、弹性支架；300、平衡支架；310、外支架；320、中支架；330、内支架；400、激光雷达发射组；500、平衡碗；510、配重块；520、折射镜；530、反射棱镜；540、调节组件；541、齿环；542、连杆；543、伺服电机；544、驱动齿轮；600、毫米波雷达；700、法兰式密封罩；800、近距离激光雷达罩；900、远距离激光雷达。

具体实施方式

现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。

参阅图1-图6所示，一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，包括平衡碗500、激光雷达组、平衡支架300和法兰式密封罩700，激光雷达组包括近距离激光雷达和远距离激光雷达900，近距离激光雷达包括激光雷达发射组400，平衡碗500设于平衡支架300内，平衡支架300维持平衡碗500始终处于水平状态，激光雷达发射组400设于平衡碗500的正上方，平衡支架300的底端安装于地铁的机架100上；

法兰式密封罩700用于密封防水防尘,保护障碍物检测设备中传感器、雷达等不被水尘污染腐蚀，保证传感器、雷达功能可靠；

该检测设备还包括毫米波雷达600，远距离激光雷达900设于地铁车头的顶部，毫米波雷达600设于平衡碗500的连接轴的前端上；

激光雷达组向障碍物发射激光束，将障碍物反射回来的信号与发射信号进行比较，来获取障碍物的位置、速度、距离及角度信息；

毫米波雷达600向障碍物发射毫米波，根据障碍物的回波特征，来获取障碍物的形状、位置、速度、距离及角度信息；

平衡碗500的底端中部设有反射楞镜，在平衡碗500的四侧均设有折射镜520，激光雷达发射组400向反射棱镜530发射检测激光束，检测激光束通过发射棱镜发射至折射镜520上，靠近地铁车头一侧的两个折射镜520将检测激光束折射至地铁的行驶方向上，另外两个折射镜520将检测激光束折射至地铁的车轮对上；

反射楞镜的底端设有多轴调节支架，多轴调节支架包括但不限于X、Y和Z轴向上的复合调节，用于配合折射镜520进行检测；

如图1所示，平衡支架300包括外支架310、中支架320和内支架330，内支架330通过轴安装于平衡碗500的两侧，内支架330通过轴连接在中支架320上，中支架320通过轴连接在外支架310上，外支架310、中支架320和内支架330分别位于正垂面、水平面和侧垂面；

外支架310、中支架320和内支架330类似于陀螺仪结构，平衡碗500始终处于水平状态，减少振动或者地铁加速、减速时，激光雷达发射组400的检测激光束处于铅垂向，配合发射棱镜、折射镜520监测地铁轨道和车头的车轮对。

平衡碗500的上边设有调节组件540，调节组件540用于带动激光雷达发射组400水平转动90°×N（1≤N≤3，N为正整数），即可带动四个激光雷达进行位置调换，可带动激光雷达发射组400水平转动90°、180°或270°，转动不同角度，使激光雷达对应不同的折射镜520，用于矫正激光雷达与反射棱镜530和折射镜520之间的检测光路，调节组件540包括齿环541、连杆542、伺服电机543和驱动齿轮544，驱动齿轮544安装于伺服电机543的输出轴上，连杆542倾斜安装于齿环541的外壁上，激光雷达发射组400设于连杆542的杆端上，驱动齿轮544与齿环541之间啮合连接。

伺服电机543的外侧安装有电机支架，电机支架安装于平衡碗500的内壁上，在平衡碗500的四侧均设有配重块510，配重块510用于平衡碗500的四侧重量。

平衡支架300的底端设有电磁支架200，电磁支架200用于对平衡支架300和机架100之间进行减震，其中电磁支架200包括弹性支架230、连接轴、支撑弹簧220和电磁衬套210，连接轴垂直安装于弹性支架230的两端外壁上，弹性支架230安装于机架100上，电磁衬套210套设于连接轴的底端外壁上，支撑弹簧220套设于电磁衬套210的外壁上。

远距离激光波雷达用于探测30米至200米之间的障碍物，近距离激光雷达用于探测0至30米之间的障碍物。

在地铁的外壁上设有近距离激光雷达罩800，近距离激光雷达罩800设于近距离激光雷达的检测端上，近距离激光雷达罩800上设有加热源，加热源用于防止近距离激光雷达罩800在雨雪天气被覆盖时，保证近距离激光雷达的使用稳定性。

本障碍物检测设备用于对行驶方向上的地铁轨道和地铁车头位置的车轮对进行监测，具体的，包括以下步骤：

机架100设于地铁车头的车架上，机架100受到车架的振动激励时，通过电磁支架200优先减震，电磁衬套210是在衬套和弹性支架230之间安装有电磁铁结构，通过支撑弹簧220和电磁衬套210之间配合，减少振动对障碍物检测设备的稳定性影响；

平衡支架300用于平衡地铁车头的偏斜和振动，车轮对受到轨道不平顺的影响，在平衡碗500的四侧均设有折射镜520，激光雷达发射组400向反射棱镜530发射检测激光束，检测激光束通过发射棱镜发射至折射镜520上，远离地铁车头一侧两个折射镜520将检测激光束折射至地铁的车轮对上；

在监测过程中，可通过调节组件540带动激光雷达发射组400水平转动，水平转动带动激光雷达发射组400切换，可通过定点发射检测激光束，检测激光束通过发射棱镜发射至折射镜520上，保证了激光雷达的检测范围覆盖行驶方向；

调节组件540动作如下，通过伺服电机543带动驱动齿轮544转动，驱动齿轮544驱动齿环541转动，齿环541带动连杆542和其上的激光雷达发射组400进行水平转动；

如图5所示，激光雷达和毫米波雷达600之间交叉覆盖的区域A和区域B，区域A和区域B分别对应行驶轨道；

激光雷达覆盖的区域C和区域D对应车轮对，激光雷达监测车轮对的上下高度差，通过监测结果利用电磁支架200调节障碍物检测设备。

其中激光雷达通过红外激光扫描成像，具有受环境光线影响小的特点，在弱光条件下仍能可靠探测。但其探测距离主要受到被探测物体反射率的影响，对低反射率的物体探测距离较近。同时，恶劣天气，如雨雪及雾霾等，亦影响激光雷达的探测距离。

毫米波雷达600具备有限的穿透雨雪（毫米波传播主要受雨衰影响）和雾霾的能力，同时对金属物体敏感，在恶劣天气条件下，具备一定的探测能力，毫米波雷达600分为远距离雷达（LRR），远距离雷达可以探测感知到更远的距离，其中远距离雷达可以实现超过200m的感知与探测。

同时地铁列车上还设有二次雷达和工业摄像机，其中二次雷达由问询机和应答机构成，应答机在收到问询机发送的信号时，通过发送应答信号，与问询机实现交互，应答信号根据需要，可包括列车速度、位置等信息，可用于列车安全防护。

其中工业摄像机通常基于机器视觉算法，实现障碍物检测。受制于其工作原理，工业摄像机在强光、弱光、强逆光等场景下表现不佳，探测效果依赖于图像增强算法及摄像机本身的动态范围等因素。

列车的主动障碍物检测设备需要采用多传感器融合技术，以弥补单一传感器存在的缺陷，同时利用传感器间的相互校验，提高系统的安全性。

上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。

Claims (10)

1.一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，包括平衡碗（500）、激光雷达组、平衡支架（300）和法兰式密封罩（700），激光雷达组包括近距离激光雷达和远距离激光雷达（900），近距离激光雷达包括激光雷达发射组（400），平衡碗（500）设于平衡支架（300）内，平衡支架（300）维持平衡碗（500）始终处于水平状态，激光雷达发射组（400）设于平衡碗（500）的正上方，平衡支架（300）的底端安装于地铁的机架（100）上；

该检测设备还包括毫米波雷达（600），远距离激光雷达（900）设于地铁车头的顶部，毫米波雷达（600）设于平衡碗（500）的连接轴的前端上；

激光雷达组向障碍物发射激光束，将障碍物反射回来的信号与发射信号进行比较，来获取障碍物的位置、速度、距离及角度信息；

毫米波雷达（600）向障碍物发射毫米波，根据障碍物的回波特征，来获取障碍物的形状、位置、速度、距离及角度信息；

平衡碗（500）的底端中部设有反射楞镜，在平衡碗（500）的四侧均设有折射镜（520），激光雷达发射组（400）向反射棱镜（530）发射检测激光束，检测激光束通过发射棱镜发射至折射镜（520）上，靠近地铁车头一侧的两个折射镜（520）将检测激光束折射至地铁的行驶方向上，另外两个折射镜（520）将检测激光束折射至地铁的车轮对上。

2.根据权利要求1所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，平衡支架（300）包括外支架（310）、中支架（320）和内支架（330），内支架（330）通过轴安装于平衡碗（500）的两侧，内支架（330）通过轴连接在中支架（320）上，中支架（320）通过轴连接在外支架（310）上。

3.根据权利要求2所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，外支架（310）、中支架（320）和内支架（330）分别位于正垂面、水平面和侧垂面。

4.根据权利要求3所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，平衡碗（500）的上边设有调节组件（540），调节组件（540）用于带动激光雷达发射组（400）水平转动90°×N（1≤N≤3，N为正整数）。

5.根据权利要求4所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，调节组件（540）包括齿环（541）、连杆（542）、伺服电机（543）和驱动齿轮（544），驱动齿轮（544）安装于伺服电机（543）的输出轴上，连杆（542）倾斜安装于齿环（541）的外壁上，激光雷达发射组（400）设于连杆（542）的杆端上，驱动齿轮（544）与齿环（541）之间啮合连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，伺服电机（543）的外侧安装有电机支架，电机支架安装于平衡碗（500）的内壁上，在平衡碗（500）的四侧均设有配重块（510），配重块（510）用于平衡碗（500）的四侧重量。

7.根据权利要求6所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，平衡支架（300）的底端设有电磁支架（200），电磁支架（200）用于对平衡支架（300）和机架（100）之间进行减震。

8.根据权利要求7所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，电磁支架（200）包括弹性支架（230）、连接轴、支撑弹簧（220）和电磁衬套（210），连接轴垂直安装于弹性支架（230）的两端外壁上，弹性支架（230）安装于机架（100）上，电磁衬套（210）套设于连接轴的底端外壁上，支撑弹簧（220）套设于电磁衬套（210）的外壁上。

9.根据权利要求8所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，远距离激光波雷达用于探测30米至200米之间的障碍物，近距离激光雷达用于探测0至30米之间的障碍物。

10.根据权利要求9所述的一种具有法兰式密封罩结构的障碍物检测设备，其特征在于，在地铁的外壁上设有近距离激光雷达罩（800），近距离激光雷达罩（800）设于近距离激光雷达的检测端上。