CN207739214U - 一种全天候在轨轨道智能清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全天候在轨轨道智能清洁机器人，包括轨道机器人移动载体、轨道脱离与列车避让机构、异物清理与垃圾回收装置、传感器融合模块、控制与能源模块，轨道脱离与列车避让机构为两套，分别设置在轨道机器人本体的一侧的前部和后部，异物清理与垃圾回收装置、传感器融合模块、控制与能源模块均安装在轨道机器人移动载体上。本实用新型的全天候在轨轨道智能清洁机器人能实现对铁路轨道垃圾清理、回收功能，实现对轨道周围的异物判别并驱离功能，同时实现机器人与列车的并行运行工作，提高机器人轨道清洁效率，降低铁路运营成本，提高列车运行安全。

Description

一种全天候在轨轨道智能清洁机器人

技术领域

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种全天候在轨轨道智能清洁机器人。

背景技术

当今世界铁路建设步伐逐步加快，大量高铁线路拔地而起并成片联网运营，随着人们对出现时间须缩短的需求，高铁或动车组速度在不断提升，然而列车及乘客面临的风险也越来越大，包括铁路轨道上的垃圾、异物甚至入侵至铁路防护网内部的人类或动物等。基于上述异物入侵的危害，国家铁路部和有关部门非常重视铁路运行安全工作，因此在铁路两侧安装防护网来阻止外部异物入侵，同时在一定距离的间隔处设置监视棚等安排工作人员定时巡逻，起到了良好的效果，使得铁路异物入侵的数量逐年减少，但这样会浪费大量人力和物力。针对轨道垃圾及异物等问题，国家已作出相关措施，例如清洁工定期定量清理，但是效果并不明显。原因主要来自客观因素：有些垃圾来自防护网外部，受到风、雨等自然因素的影响，垃圾易进入防护网内部的铁路轨道上，列车经过时会将垃圾卷入铁车车轮中，轻则对列车造成运动阻力，增加能耗；重则会对列车轮系产生抱紧风险，使车轮与轨道之间的滚动摩擦变为滑动摩擦，损伤车轮和轨道，若严重时甚至可发生倾覆的风险。另外，垃圾进入列车轮系系统既不没美观，并且清理也极为困难。而且清理轨道不仅浪费大量财力和无力，另外清理工人进入轨道清理垃圾也存在较大风险。

针对上述问题，现有技术方案总结如下：使用人工遥控装置的轨道机器人实现轨道清洁等功能，例如专利号200710084854.2的发明专利；具备通讯及联网功能的轨道机器人，例如专利号201310142871.2的发明专利；轨道信息参数采集机器人，例如专利号201310143275.6的发明专利；供电线检测机器人，例如专利号201510916656.2、201410107239.9的发明专利；轨道探伤检测机器人，例如专利号201610297460.4的发明专利；轨道清洗机器人，例如专利号201610499913.1的发明专利。但是总结来讲，当前现有铁路轨道机器人功能极为有限，主要侧重某一方面的性能。并且，当前现有技术中，机器人只能运行在轨道上，这样需要考虑与列车之间的调度问题，即：机器人必须始终工作在列车前方或跟随在列车后方，这样不仅对机器人运动速度提出要求，并且对机器人的续航能力提出苛刻要求，给轨道机器人实际应用带来很大挑战。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种对铁路轨道垃圾清理、回收，对轨道周围的异物判别并驱离，同时实现机器人与列并行运行工作，轨道清洁效率高，铁路运营成本低的全天候在轨轨道智能清洁机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全天候在轨轨道智能清洁机器人，包括轨道机器人移动载体、轨道脱离与列车避让机构、异物清理与垃圾回收装置、传感器融合模块、控制与能源模块，轨道脱离与列车避让机构为两套，分别设置在轨道机器人本体的一侧的前部和后部，异物清理与垃圾回收装置、传感器融合模块、控制与能源模块均安装在轨道机器人移动载体上。

机器人移动载体包括轨道机器人本体、轮组行走部件、行走驱动部件，轨道机器人本体外形为框架结构，上部为平板结构，轨道机器人本体底部设置有轮组行走部件，内部设置有行走驱动部件，轮组行走部件为车轮和轮轴结构，数量为四套，行走驱动部件的驱动电机包含四套，轮组行走部件分别对称安装在轨道机器人本体的两侧前、后位置处，轮组行走部件的轮轴分别连接行走驱动部件中的驱动电机。

每套轨道脱离与列车避让机构包括本体位移滑台、横向支撑旋转臂、垂向支撑摆动臂、轨道夹具，本体位移滑台包括滑台本体、滑台驱动电机、滑块，滑台本体为直线滑台结构，底部安装在轨道上方的轨道机器人本体的侧面，滑台驱动电机为驱动电机，安装固定在滑台本体上，滑台驱动电机通过同步带结构与滑块连接，滑块为平板结构，安装固定在与滑台驱动电机连接的同步带上。

横向支撑旋转臂包括横向首段支撑臂、横向中段旋转电机、横向末段支撑臂，横向首段支撑臂为圆柱结构，横向设置，首端固定在滑块上，末端连接并固定横向中段旋转电机，横向中段旋转电机横向设置，横向中段旋转电机的转轴连接横向首段支撑臂，横向中段旋转电机的壳体安装固定在横向末段支撑臂的首端，横向末段支撑臂横向设置，为圆柱结构，横向末段支撑臂的末端连接固定垂向首段支撑臂的首端。

垂向支撑摆动臂包括垂向首段支撑臂、垂向中段摆动电机、垂向末段支撑臂，垂向首段支撑臂为圆柱结构，垂向设置，垂向首段支撑臂的首端与横向末段支撑臂的末端通过直角支架固定并连接，垂向首段支撑臂的尾部连接固定垂向中段摆动电机的壳体，垂向中段摆动电机为舵机结构，垂向中段摆动电机的转轴连接垂向末段支撑臂的首端，垂向末段支撑臂为圆柱结构，垂向设置，垂向末段支撑臂的末端连接固定轨道夹具。

具体地，所述轨道夹具包括轨道夹具位移电机、位移滑台、轨道夹板，轨道夹具位移电机数量为两个，带伸缩结构，对称固定在位移滑台两端的下侧，两个轨道夹具位移电机的转轴相对放置，位移滑台为长条平板结构，下端设置有滑槽，滑槽上设置有轨道夹板，位移滑台上端连接固定垂向支撑摆动臂的末端，轨道夹板为平板结构，数量为两个，轨道夹板上端设置有凸耳，与位移滑台下端的滑槽配合，轨道夹板左右对称布置，能在位移滑台中滑槽内的滑动，两个轨道夹板分别连接两个轨道夹具位移电机的转轴。

具体地，所述异物清理与垃圾回收装置包括垃圾清理与异物清障机构、垃圾回收装置，垃圾清理与异物清障机构包括五自由度机械臂、机械爪、垃圾清洁擦，五自由度机械臂底部安装固定在轨道机器人本体的前端，五自由度机械臂的顶部连接有机械爪，五自由度机械臂、机械爪均连接主控制模块，垃圾清洁擦外形为“∏”状，由三边组成，能套接在轨道上，且垃圾清洁擦的每条边内部设置有清洁毛刷，垃圾清洁擦后端设置有垃圾和灰尘集结口，集结口连接导流管的首端，垃圾清洁擦安装固定在五自由度机械臂末端的后侧，与机械爪前后并行设置；垃圾回收装置包括垃圾存储箱、涡轮风扇、导流管，垃圾存储箱为方形中空结构，安装固定在轨道机器人本体上，涡轮风扇为吸风装置，涡轮风扇的进风口连接导流管末端，涡轮风扇的出风口连接垃圾存储箱的入口。

具体地，所述传感器融合模块包括异物入侵识别机构、环境参数采集模块，异物入侵识别机构为双目视觉摄像机，通过支架安装固定在轨道机器人本体的前端两侧，异物入侵识别机构连接主控制模块；环境参数采集模块包括列车到达信号检测传感器、列车离开信号检测传感器，列车到达信号检测传感器、列车离开信号检测传感器均为震动传感器和激光传感器组合矩阵模块，列车到达信号检测传感器安装在轨道机器人本体的前端，列车离开信号检测传感器安装在轨道机器人本体的后端，列车到达信号检测传感器、列车离开信号检测传感器均连接主控制模块。

具体地，所述控制与能源模块包括控制与通讯模块、能源存储装置、能源获取装置、执行机构驱动模块。

控制与通讯模块包括主控制模块、无线通讯模块，主控制模块为处理器，是整套轨道智能清洁机器人的控制中心，主控制模块设置在轨道机器人本体内部，连接无线通讯模块、能源存储装置、执行机构驱动模块，无线通讯模块设置在所轨道机器人本体内部，包括无线接收模块和无线发射模块，无线通讯模块中的无线接收模块和无线发射模块均连接主控制模块。

能源存储装置包括锂离子供电电池、应急供电电源，锂离子供电电池为锂离子电池，锂离子供电电池、应急供电电源均安装在轨道机器人本体内部，连接太阳能电池板、风能发电机构并获取能源。

能源获取装置包括太阳能电池板、风能发电机构，太阳能电池板为高效太阳能电池板，风能发电机构为风能发电机，太阳能电池板、风能发电机构均安装在轨道机器人本体的一侧，太阳能电池板、风能发电机构均连接能源存储装置。

执行机构驱动模块包括行走驱动部件驱动器、滑台驱动电机驱动器、横向中段旋转电机驱动器、垂向中段摆动电机驱动器、轨道夹具位移电机驱动器，执行机构驱动模块安装在轨道机器人本体内部，行走驱动部件驱动器、滑台驱动电机驱动器、横向中段旋转电机驱动器、垂向中段摆动电机驱动器、轨道夹具位移电机驱动器均连接主控制模块，行走驱动部件驱动器连接行走驱动部件，滑台驱动电机驱动器连接滑台驱动电机，横向中段旋转电机驱动器连接横向中段旋转电机，垂向中段摆动电机驱动器连接垂向中段摆动电机，轨道夹具位移电机驱动器连接轨道夹具位移电机。

进一步地，全天候在轨轨道智能清洁机器人中的部件，尤其是外部与空气接触的部件，防护等级至少IP67以保证全天候在轨工作。

进一步地，所述行走驱动部件可为伺服驱动电机，也可为直流驱动电机、空心杯电机等，可根据轨道清洁机器人运动的速度和负荷要求选择。

进一步地，所述机器人移动载体在运动中的转弯可通过驱动所述轮组行走部件进行差速转向。

进一步地，所述垂向中段摆动电机也可为伺服电机或步进电机，可根据实际扭矩的需要进行配置。

更进一步地，所述机械爪工作半径至少0.5m，承载力至少10kg，也可根据需求提高相关参数以提高对轨道周围垃圾及异物的搬运清理能力。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的全天候在轨轨道智能清洁机器人能实现对铁路轨道垃圾清理、回收功能，实现对轨道周围的异物判别并驱离功能，同时实现机器人与列车的并行运行工作，提高机器人轨道清洁效率，降低铁路运营成本，提高列车运行安全。

附图说明

图1是本实用新型轨道智能清洁机器人整体立体结构示意图。

图2是本实用新型轨道智能清洁机器人整体主视结构示意图。

图3是本实用新型轨道智能清洁机器人整体左视结构示意图。

图4是本实用新型轨道智能清洁机器人整体右视结构示意图。

图5是本实用新型轨道智能清洁机器人整体俯视结构示意图。

图6是本实用新型轨道智能清洁机器人本体位移滑台支撑其车体的立体结构示意图。

图7是本实用新型轨道智能清洁机器人本体位移滑台支撑其车体的主视结构示意图。

图8是本实用新型轨道智能清洁机器人本体位移滑台支撑其车体的右视结构示意图。

图9是本实用新型轨道智能清洁机器人本体位移滑台支撑其车体的左视结构示意图。

图10是本实用新型轨道智能清洁机器人本体位移滑台支撑其车体的俯视结构示意图。

图11是本实用新型轨道智能清洁机器人横向支撑旋转臂带动车体翻转的立体结构示意图。

图12是本实用新型轨道智能清洁机器人横向支撑旋转臂带动车体脱离轨道的立体结构示意图。

图13是本实用新型轨道智能清洁机器人脱离轨道躲避列车时的立体结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-13所示，一种全天候在轨轨道智能清洁机器人，包括轨道机器人移动载体100、轨道脱离与列车避让机构200、异物清理与垃圾回收装置300、传感器融合模块400、控制与能源模块500，轨道脱离与列车避让机构200为两套，分别设置在轨道机器人本体110的一侧的前部和后部，异物清理与垃圾回收装置300、传感器融合模块400、控制与能源模块500均安装在轨道机器人移动载体100上。

机器人移动载体100包括轨道机器人本体110、轮组行走部件120、行走驱动部件130，轨道机器人本体110外形为框架结构，上部为平板结构，轨道机器人本体110宽度比轨道宽度稍宽，轨道机器人本体110底部设置有轮组行走部件120，内部设置有行走驱动部件130，轨道机器人本体110主要实现对轨道清洁机器人的整体移动和载体支撑作用。轮组行走部件120为车轮和轮轴结构，数量为四套，行走驱动部件130的驱动电机包含四套，轮组行走部件120分别对称安装在轨道机器人本体110的两侧前、后位置处，轮组行走部件120的轮轴分别连接行走驱动部件130中的驱动电机，并受其驱动力的作用，实现轮组行走部件120中车轮的转动功能。行走驱动部件130分别对轮组行走部件120中的四个车轮进行驱动，同时可通过控制轮组行走部件120的驱动力的不同，实现对车轮转速的差异驱动；当清洁机器人需要直线行使时，需要行走驱动部件130中的四个伺服电机以相同转速驱动清洁机器人，而当清洁机器人需转弯时，行走驱动部件130中的四个伺服电机以不同的转速驱动清洁机器人，从而实现机器人的转弯控制。行走驱动部件130还连接所述行走驱动部件驱动器541，并受所述行走驱动部件驱动器541的驱动作用。

机器人移动载体100的综合功能为：通过驱动行走驱动部件130中的电机部件运转，从而带动轮组行走部件120中的车轮转动，进而带动机器人移动载体100以及上部的各类设备运动，该运动包括前进、后退、转弯和停止等运动类型。

每套轨道脱离与列车避让机构200包括本体位移滑台210、横向支撑旋转臂220、垂向支撑摆动臂230、轨道夹具240。本体位移滑台210包括滑台本体211、滑台驱动电机212、滑块213，滑台本体211为直线滑台结构，底部安装在轨道上方的轨道机器人本体110的侧面，两条滑台本体211安装的位置应均位于其中一条轨道的上方。滑台驱动电机212为驱动电机，安装固定在滑台本体211上，滑台驱动电机212通过同步带结构与滑块213连接，滑台驱动电机212还连接滑台驱动电机驱动器542，通过滑台驱动电机驱动器542的驱动作用实现对滑台驱动电机212的驱动功能。滑块213为平板结构，安装固定在与滑台驱动电机212连接的同步带上，通过同步带的传动，从而带动滑块213移动，滑块213还连接外部需位移的部件。本体位移滑台210主要实现对外部部件的位移控制作用。通过驱动滑台驱动电机212正反转动，从而带动同步带正反转动，进而驱动滑块213连接的外部部件发生位移运动。

横向支撑旋转臂220包括横向首段支撑臂221、横向中段旋转电机222、横向末段支撑臂223，横向首段支撑臂221为圆柱结构，横向设置，首端固定在滑块213上，末端连接并固定横向中段旋转电机222。横向中段旋转电机222横向设置，横向中段旋转电机222的转轴连接横向首段支撑臂221，横向中段旋转电机222的壳体安装固定在横向末段支撑臂223的首端，横向中段旋转电机222的作用为：通过正反转动，从而带动横向首段支撑臂221相对横向末段支撑臂223正反转动。当横向首段支撑臂221相对横向末段支撑臂223转动时会有两种情况：①当横向首段支撑臂221相对固定时，横向中段旋转电机222的转动，会带动横向末段支撑臂223转动；②当横向末段支撑臂223相对固定时，横向中段旋转电机222的转动，会带动横向首段支撑臂221转动。横向末段支撑臂223横向设置，为圆柱结构，横向末段支撑臂223的末端连接固定垂向首段支撑臂231的首端。

横向支撑旋转臂220主要功能为：连接滑块213与垂向首段支撑臂231；实现与横向末段支撑臂223所连的部件(垂向支撑摆动臂230等)相对于横向首段支撑臂221相连的部件(本体位移滑台210以及所连的机器人移动载体100等)正反旋转功能。

垂向支撑摆动臂230包括垂向首段支撑臂231、垂向中段摆动电机232、垂向末段支撑臂233。垂向首段支撑臂231为圆柱结构，垂向设置，垂向首段支撑臂231的首端与横向末段支撑臂223的末端通过直角支架固定并连接，垂向首段支撑臂231的尾部连接固定垂向中段摆动电机232的壳体，垂向中段摆动电机232为舵机结构，垂向中段摆动电机232的转轴连接垂向末段支撑臂233的首端，垂向中段摆动电机232还连接垂向中段摆动电机驱动器544，通过垂向中段摆动电机驱动器544的驱动作用，驱动垂向中段摆动电机232转动，从而带动垂向末段支撑臂233相对垂向首段支撑臂231转动。当垂向末段支撑臂233相对垂向首段支撑臂231转动时，同样存在两种不同情况：①当垂向首段支撑臂231相对固定时，垂向中段摆动电机232的摆动，会带动垂向末段支撑臂233摆动；②当垂向末段支撑臂233相对固定时，垂向中段摆动电机232的摆动，会带动垂向首段支撑臂231摆动。另外的，垂向中段摆动电机232的转轴与垂向首段支撑臂231垂直，与横向支撑旋转臂220平行。当垂向中段摆动电机232摆动时，与垂向中段摆动电机232转轴相连的垂向末段支撑臂233摆动所形成的平面平行于垂向首段支撑臂231，垂直于横向支撑旋转臂220。垂向末段支撑臂233为圆柱结构，垂向设置，垂向末段支撑臂233的末端连接固定轨道夹具240。

垂向支撑摆动臂230的主要功能为：连接横向末段支撑臂223与轨道夹具位移电机241；实现与垂向支撑摆动臂230中垂向首段支撑臂231与垂向末段支撑臂233相连的机构相对角度变换。

具体地，所述轨道夹具240包括轨道夹具位移电机241、位移滑台242、轨道夹板243，轨道夹具位移电机241数量为两个，带伸缩结构，对称固定在位移滑台242两端的下侧，两个轨道夹具位移电机241的转轴相对放置，轨道夹具位移电机241连接轨道夹具位移电机驱动器545，通过轨道夹具位移电机驱动器545的驱动作用，驱动轨道夹具位移电机241进行伸缩运动。位移滑台242为长条平板结构，下端设置有滑槽，滑槽上设置有轨道夹板243，位移滑台242上端连接固定垂向支撑摆动臂230的末端，位移滑台242主要功能为：连接垂向支撑摆动臂230和轨道夹具位移电机241，作为轨道夹板243运动的载体通道。

轨道夹板243为平板结构，数量为两个，轨道夹板243上端设置有凸耳，与位移滑台242下端的滑槽配合，轨道夹板243左右对称布置，能在位移滑台242中滑槽内的滑动，两个轨道夹板243分别连接两个轨道夹具位移电机241的转轴。两个轨道夹板243主要被轨道夹具位移电机241带动实现相对运动或相反运动，从而实现对轨道的夹紧和释放功能。

轨道脱离与列车避让机构200的综合功能为：轨道夹具240可实现对轨道的夹持或释放功能，横向支撑旋转臂220则可实现本体位移滑台210相对垂向支撑摆动臂230旋转，而垂向支撑摆动臂230可实现横向支撑旋转臂220相对轨道夹具240的角度变换。上述变换过程主要发生在轨道夹具240夹紧轨道时，以轨道夹具240为参照点，垂向支撑摆动臂230发生角度变换、横向支撑旋转臂220发生角度转动、本体位移滑台210位置移动，最终带动机器人移动载体100实现相对轨道的位置和角度变换功能，实现对列车的躲避功能。

具体的，轨道脱离与列车避让机构200实现避让列车的步骤如下：

(1)传感器融合模块400中的列车到达信号检测传感器421检测到列车即将到达时，将信号告知主控制模块511；在此过程中，控制与通讯模块510中的无线通讯模块512同样也接收来自铁路轨道控制中心的铁路调度信号和列车当前位置的GPS信号，实现对列车位置的预判，提高列车到来信号的检测精度和安全度。

(2)列车即将到来时，主控制模块511控制行走驱动部件驱动器541从而控制机器人移动载体100停止行走并停止清理垃圾、停止清洁轨道；

(3)主控制模块511控制滑台驱动电机驱动器542驱动轨道脱离与列车避让机构200中的本体位移滑台210中滑台驱动电机212正转，滑块213向下运动，从而带动横向支撑旋转臂220下降，进而带动垂向支撑摆动臂230和轨道夹具240下降。

(4)当轨道夹具240下降到一定位置并靠近轨道时，主控制模块511控制轨道夹具位移电机驱动器545驱动轨道夹具位移电机241实现伸长运动，进而带动轨道夹板243实现对轨道夹紧运动，此时轨道夹具240夹紧轨道。

(5)主控制模块511继续控制滑台驱动电机驱动器542驱动轨道脱离与列车避让机构200中的本体位移滑台210中滑台驱动电机212正转，滑块213向下运动，但由于与横向支撑旋转臂220相连的垂向支撑摆动臂230和轨道夹具240已经与轨道成本一体固定参照物，故轨道机器人移动载体100开始相对轨道脱离与列车避让机构200上升，从而脱离轨道，开始运动至轨道正上方。

(6)轨道机器人移动载体100被抬升至正上方后，主控制模块511控制横向中段旋转电机驱动器543驱动横向中段旋转电机222正转，由于横向末段支撑臂223与其所连的垂向支撑摆动臂230、轨道夹具240与轨道相对固定，故横向首段支撑臂221会相对横向末段支撑臂223转动，进而带动本体位移滑台210以及机器人移动载体100旋转，此时轨道机器人移动载体100会被旋转至横向状态，但此时机器人移动载体100仍处于轨道正上方。

(7)主控制模块511继续控制滑台驱动电机驱动器542驱动滑台驱动电机212正转，轨道机器人移动载体100继续通过被本体位移滑台210发生位移运动，即：滑块213运行至滑台本体211的最末端，而滑块213与其所连的横向支撑旋转臂220、垂向支撑摆动臂230、轨道夹具240及轨道相对固定，故本体位移滑台210发生位移变化，向轨道外侧移动，开始从轨道上方脱离轨道上部空间。

(8)主控制模块511继续控制横向中段旋转电机驱动器543驱动横向中段旋转电机222正转，此时轨道机器人移动载体100会被旋转至超越横向状态，机器人移动载体100处于轨道外侧且其最顶端触碰地面。

(9)机器人移动载体100顶端触碰路面后，主控制模块511控制垂向中段摆动电机驱动器544从而驱动垂向中段摆动电机232正转，由于垂向末段支撑臂233以及所连的轨道夹具240及轨道相对固定，故垂向首段支撑臂231以及与其相连的本体位移滑台210、轨道机器人移动载体100等相对垂向末段支撑臂233向轨道外侧摆动，机器人移动载体100继续远离轨道。

(10)机器人移动载体100离开轨道后，主控制模块511控制轨道夹具位移电机驱动器545驱动轨道夹具位移电机241实现收缩运动，进而带动轨道夹板243实现对轨道释放功能，此时轨道夹具240从轨道得以释放。

(11)主控制模块511控制横向中段旋转电机驱动器543驱动横向中段旋转电机222继续正转，此时由于与垂向首段支撑臂231相连的本体位移滑台210以及轨道机器人移动载体100已触地，相对地面固定，故垂向末段支撑臂233会相对垂向首段支撑臂231摆动，进而带动轨道夹具240向轨道外侧摆动，最终实现脱离轨道功能，实现对列车的避让。

轨道脱离与列车避让机构200避让列车后，重新回到轨道上方的步骤与上述相反。

所述异物清理与垃圾回收装置300包括垃圾清理与异物清障机构310、垃圾回收装置320，垃圾清理与异物清障机构310包括五自由度机械臂311、机械爪312、垃圾清洁擦313，五自由度机械臂311底部安装固定在轨道机器人本体110的前端，五自由度机械臂311的顶部连接有机械爪312，五自由度机械臂311可实现空间全回转运动，具备一定工作半径和负载能力，可实现对轨道清洁机器人前方轨道及轨道两侧大型垃圾、异物等的搬运和驱离功能。五自由度机械臂311、机械爪312均连接主控制模块511，机械爪312可配合五自由度机械臂311实现对轨道清洁机器人前方轨道及轨道两侧大型垃圾、异物等的搬运和驱离功能。垃圾清洁擦313外形为“∏”状，由三边组成，内部宽度稍宽于轨道中每条铁轨的横截面宽度，能套接在轨道上，且垃圾清洁擦313的每条边内部设置有清洁毛刷，垃圾清洁擦313后端设置有垃圾和灰尘集结口，集结口连接导流管323的首端，垃圾清洁擦313安装固定在五自由度机械臂311末端的后侧，与机械爪312前后并行设置；五自由度机械臂311带动机械爪312和垃圾清洁擦313进行角度变换，从而控制并决定上述中的机械爪312和垃圾清洁擦313进行轮流工作，实现相应功能。

垃圾清理与异物清障机构310主要通过五自由度机械臂311配合机械爪312或垃圾清洁擦313实现对轨道周围垃圾及异物的搬运、夹取和异物驱离或轨道上微小垃圾或灰尘的清洁功能。

垃圾回收装置320包括垃圾存储箱321、涡轮风扇322、导流管323，垃圾存储箱321为方形中空结构，安装固定在轨道机器人本体110上，涡轮风扇322为吸风装置，涡轮风扇322的进风口连接导流管323末端，涡轮风扇322的出风口连接垃圾存储箱321的入口。垃圾回收装置320的作用为通过涡轮风扇322的吸附作用，将垃圾清洁擦313上集结口中的垃圾经导流管323输送至所述垃圾存储箱321中。

异物清理与垃圾回收装置300的综合功能为：垃圾清理与异物清障机构310主要实现对轨道上垃圾、灰尘清理，对轨道及轨道周围的障碍物搬离或将入侵的异物进行驱离；垃圾回收装置320则可实现对垃圾清理与异物清障机构310收集的垃圾进行回收。

所述传感器融合模块400包括异物入侵识别机构410、环境参数采集模块420，异物入侵识别机构410为双目视觉摄像机，通过支架安装固定在轨道机器人本体110的前端两侧，异物入侵识别机构410连接主控制模块511，异物入侵识别机构410可实现对机器人移动载体100前方的图像视频采集，同时对采集的图像视频进行处理，并对轨道上大型的垃圾或入侵的异物进行判别，最后将判别的结果传输至主控制模块511中。

环境参数采集模块420包括列车到达信号检测传感器421、列车离开信号检测传感器422，列车到达信号检测传感器421、列车离开信号检测传感器422均为震动传感器和激光传感器组合矩阵模块，列车到达信号检测传感器421安装在轨道机器人本体110的前端，列车离开信号检测传感器422安装在轨道机器人本体110的后端，列车到达信号检测传感器421、列车离开信号检测传感器422均连接主控制模块511。当列车到达信号检测传感器421监测到列车到时，主控制模块511则控制轨道脱离与列车避让机构200发生形变，轨道智能清洁机器人离开轨道实现避让列车功能。当列车离开信号检测传感器422监测到列车离开时，主控制模块511则控制轨道脱离与列车避让机构200恢复形变，轨道智能清洁机器人重新回到轨道上工作。

传感器融合模块400的综合功能为：异物入侵识别机构410可实现对轨道智能清洁机器人前方轨道及轨道周围的大型垃圾、障碍物以及入侵的异物进行识别；环境参数采集模块420则可实现对列车到来及离开信号的监测功能。

所述控制与能源模块500包括控制与通讯模块510、能源存储装置520、能源获取装置530、执行机构驱动模块540。

控制与通讯模块510包括主控制模块511、无线通讯模块512，主控制模块511为处理器，是整套轨道智能清洁机器人的控制中心，主控制模块511设置在轨道机器人本体110内部，连接无线通讯模块512、能源存储装置520、执行机构驱动模块540，主控制模块511从传感器融合模块400等外设传感器等采集参数、信息等，进行处理、融合，然后作出决策，最终控制执行机构驱动模块540等驱动外部执行机构实现相关功能。同时主控制模块511还可通过无线通讯模块512实现自身相关参数及工作状态的发送，同时还可接收来自铁路控制中心的指令，从而实现对所述轨道智能清洁机器人及外设等的控制。无线通讯模块512设置在所轨道机器人本体110内部，包括无线接收模块和无线发射模块，分别实现数据的无线接收功能和无线发送功能。无线通讯模块512中的无线接收模块和无线发射模块均连接主控制模块511。无线接收模块可接收来自铁路轨道控制中心的控制指令，并将控制指令发送至主控制模块511中并实现相关控制功能；无线发送功能则可将主控制模块511中的参数或信息发送至铁路轨道控制中心供工作人员查看和分析。

控制与通讯模块510主要实现对轨道智能清洁机器人的控制和通讯功能，包括与外界信息交互功能。

能源存储装置520包括锂离子供电电池521、应急供电电源522，锂离子供电电池521为锂离子电池，锂离子供电电池521、应急供电电源522均安装在轨道机器人本体110内部，连接太阳能电池板531、风能发电机构532并获取能源。当锂离子供电电池521出现电力不足或故障时，会立即将系统电源投切至所述应急供电电源522；同时当轨道智能清洁机器人完成本次避让列车后，主控制模块511会通过控制与通讯模块510向铁路轨道控制中心发出报警，供工作人员分析和排除故障甚至采取必要紧急措施。能源存储装置520主要为整套轨道智能清洁机器人提供能源，同时也会将能源获取装置530中获取的电能存储为后续工作使用。

能源获取装置530包括太阳能电池板531、风能发电机构532，太阳能电池板531为高效太阳能电池板，风能发电机构532为风能发电机，太阳能电池板531、风能发电机构532均安装在轨道机器人本体110的一侧，太阳能电池板531、风能发电机构532均连接能源存储装置520。能源获取装置530主要实现对太阳能和风能的捕获，将获取转化后的电能存储至能源存储装置520中。

执行机构驱动模块540包括行走驱动部件驱动器541、滑台驱动电机驱动器542、横向中段旋转电机驱动器543、垂向中段摆动电机驱动器544、轨道夹具位移电机驱动器545，执行机构驱动模块540安装在轨道机器人本体110内部，行走驱动部件驱动器541、滑台驱动电机驱动器542、横向中段旋转电机驱动器543、垂向中段摆动电机驱动器544、轨道夹具位移电机驱动器545均连接主控制模块511，行走驱动部件驱动器541连接行走驱动部件130，滑台驱动电机驱动器542连接滑台驱动电机212，横向中段旋转电机驱动器543连接横向中段旋转电机222，垂向中段摆动电机驱动器544连接垂向中段摆动电机232，轨道夹具位移电机驱动器545连接轨道夹具位移电机241。

控制与能源模块500的综合功能为：控制与通讯模块510实现对轨道智能清洁机器人的信息采集、融合和控制决策功能，能源存储装置520则可为轨道智能清洁机器人提供能源，能源获取装置530则可源源不断地获取电能，执行机构驱动模块540则可受主控制模块511的控制作用并驱动对应的执行机构动作实现相关功能。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种全天候在轨轨道智能清洁机器人，其特征在于，包括轨道机器人移动载体、轨道脱离与列车避让机构、异物清理与垃圾回收装置、传感器融合模块、控制与能源模块，轨道脱离与列车避让机构为两套，分别设置在轨道机器人本体的一侧的前部和后部，异物清理与垃圾回收装置、传感器融合模块、控制与能源模块均安装在轨道机器人移动载体上；

机器人移动载体包括轨道机器人本体、轮组行走部件、行走驱动部件，轨道机器人本体外形为框架结构，上部为平板结构，轨道机器人本体底部设置有轮组行走部件，内部设置有行走驱动部件，轮组行走部件为车轮和轮轴结构，数量为四套，行走驱动部件的驱动电机包含四套，轮组行走部件分别对称安装在轨道机器人本体的两侧前、后位置处，轮组行走部件的轮轴分别连接行走驱动部件中的驱动电机；

每套轨道脱离与列车避让机构包括本体位移滑台、横向支撑旋转臂、垂向支撑摆动臂、轨道夹具，本体位移滑台包括滑台本体、滑台驱动电机、滑块，滑台本体为直线滑台结构，底部安装在轨道上方的轨道机器人本体的侧面，滑台驱动电机为驱动电机，安装固定在滑台本体上，滑台驱动电机通过同步带结构与滑块连接，滑块为平板结构，安装固定在与滑台驱动电机连接的同步带上；

横向支撑旋转臂包括横向首段支撑臂、横向中段旋转电机、横向末段支撑臂，横向首段支撑臂为圆柱结构，横向设置，首端固定在滑块上，末端连接并固定横向中段旋转电机，横向中段旋转电机横向设置，横向中段旋转电机的转轴连接横向首段支撑臂，横向中段旋转电机的壳体安装固定在横向末段支撑臂的首端，横向末段支撑臂横向设置，为圆柱结构，横向末段支撑臂的末端连接固定垂向首段支撑臂的首端；

垂向支撑摆动臂包括垂向首段支撑臂、垂向中段摆动电机、垂向末段支撑臂，垂向首段支撑臂为圆柱结构，垂向设置，垂向首段支撑臂的首端与横向末段支撑臂的末端通过直角支架固定并连接，垂向首段支撑臂的尾部连接固定垂向中段摆动电机的壳体，垂向中段摆动电机为舵机结构，垂向中段摆动电机的转轴连接垂向末段支撑臂的首端，垂向末段支撑臂为圆柱结构，垂向设置，垂向末段支撑臂的末端连接固定轨道夹具。

2.如权利要求1所述的全天候在轨轨道智能清洁机器人，其特征在于，所述轨道夹具包括轨道夹具位移电机、位移滑台、轨道夹板，轨道夹具位移电机数量为两个，带伸缩结构，对称固定在位移滑台两端的下侧，两个轨道夹具位移电机的转轴相对放置，位移滑台为长条平板结构，下端设置有滑槽，滑槽上设置有轨道夹板，位移滑台上端连接固定垂向支撑摆动臂的末端，轨道夹板为平板结构，数量为两个，轨道夹板上端设置有凸耳，与位移滑台下端的滑槽配合，轨道夹板左右对称布置，能在位移滑台中滑槽内的滑动，两个轨道夹板分别连接两个轨道夹具位移电机的转轴。

3.如权利要求1所述的全天候在轨轨道智能清洁机器人，其特征在于，所述异物清理与垃圾回收装置包括垃圾清理与异物清障机构、垃圾回收装置，垃圾清理与异物清障机构包括五自由度机械臂、机械爪、垃圾清洁擦，五自由度机械臂底部安装固定在轨道机器人本体的前端，五自由度机械臂的顶部连接有机械爪，五自由度机械臂、机械爪均连接主控制模块，垃圾清洁擦外形为“∏”状，由三边组成，能套接在轨道上，且垃圾清洁擦的每条边内部设置有清洁毛刷，垃圾清洁擦后端设置有垃圾和灰尘集结口，集结口连接导流管的首端，垃圾清洁擦安装固定在五自由度机械臂末端的后侧，与机械爪前后并行设置；垃圾回收装置包括垃圾存储箱、涡轮风扇、导流管，垃圾存储箱为方形中空结构，安装固定在轨道机器人本体上，涡轮风扇为吸风装置，涡轮风扇的进风口连接导流管末端，涡轮风扇的出风口连接垃圾存储箱的入口。

4.如权利要求1所述的全天候在轨轨道智能清洁机器人，其特征在于，所述传感器融合模块包括异物入侵识别机构、环境参数采集模块，异物入侵识别机构为双目视觉摄像机，通过支架安装固定在轨道机器人本体的前端两侧，异物入侵识别机构连接主控制模块；环境参数采集模块包括列车到达信号检测传感器、列车离开信号检测传感器，列车到达信号检测传感器、列车离开信号检测传感器均为震动传感器和激光传感器组合矩阵模块，列车到达信号检测传感器安装在轨道机器人本体的前端，列车离开信号检测传感器安装在轨道机器人本体的后端，列车到达信号检测传感器、列车离开信号检测传感器均连接主控制模块。

5.如权利要求1所述的全天候在轨轨道智能清洁机器人，其特征在于，所述控制与能源模块包括控制与通讯模块、能源存储装置、能源获取装置、执行机构驱动模块；

控制与通讯模块包括主控制模块、无线通讯模块，主控制模块为处理器，是整套轨道智能清洁机器人的控制中心，主控制模块设置在轨道机器人本体内部，连接无线通讯模块、能源存储装置、执行机构驱动模块，无线通讯模块设置在所轨道机器人本体内部，包括无线接收模块和无线发射模块，无线通讯模块中的无线接收模块和无线发射模块均连接主控制模块；

能源存储装置包括锂离子供电电池、应急供电电源，锂离子供电电池为锂离子电池，锂离子供电电池、应急供电电源均安装在轨道机器人本体内部，连接太阳能电池板、风能发电机构并获取能源；

能源获取装置包括太阳能电池板、风能发电机构，太阳能电池板为高效太阳能电池板，风能发电机构为风能发电机，太阳能电池板、风能发电机构均安装在轨道机器人本体的一侧，太阳能电池板、风能发电机构均连接能源存储装置；

执行机构驱动模块包括行走驱动部件驱动器、滑台驱动电机驱动器、横向中段旋转电机驱动器、垂向中段摆动电机驱动器、轨道夹具位移电机驱动器，执行机构驱动模块安装在轨道机器人本体内部，行走驱动部件驱动器、滑台驱动电机驱动器、横向中段旋转电机驱动器、垂向中段摆动电机驱动器、轨道夹具位移电机驱动器均连接主控制模块，行走驱动部件驱动器连接行走驱动部件，滑台驱动电机驱动器连接滑台驱动电机，横向中段旋转电机驱动器连接横向中段旋转电机，垂向中段摆动电机驱动器连接垂向中段摆动电机，轨道夹具位移电机驱动器连接轨道夹具位移电机。