CN211223868U - 一种基于飞行器的轨道车辆车底检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，包括彼此间通过数据链路系统连接的飞行器、终端服务器和激光定位系统；激光定位系统实时采集飞行器的状态信息，将采集到的状态信息发送至终端服务器；终端服务器根据状态信息对飞行器的飞行状态进行调整，控制飞行器在轨道车辆车底往返飞行，以及采集轨道车辆车底的数据信息，根据飞行器将采集到的数据信息判断轨道车辆车底是否发生故障。上述基于飞行器的轨道车辆车底检测系统无需大量土建，无需对既有现场进行改造，基于无接触式机器视觉的检测，节省人力、物力同时提高了检修效率。

Description

一种基于飞行器的轨道车辆车底检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，尤其为一种飞行器检测系统，属于轨道车辆检修技术领域。

背景技术

目前铁路库内的检修系统大多数为人工检修作业，劳动强度大，工作环境差，耗费大量的人力物力。除此外还有5T系统(一、THDS红外轴温探测系统；二、TFDS货车运行故障动态图像检测系统、TVDS客车运行故障动态图像检测系统；三、TADS滚动轴承早起故障轨边升学诊断系统；四、TPDS铁路客货车通用运行品质轨边动态检测系统；五、TCDS客车运行安全监控系统) 配合人工检修作业。基于传统的检修工艺，需要设置轨旁检测设备，需要改土建，对场地改造、施工都有严格的要求。即使有5T也不能完全替代人工检修，而且无法消除对段、站改造，无法解决车顶作业安全问题，包括消除人员触电、高空摔伤等现象。并且，地沟工作空间狭小，大概尺寸宽1300mm左右，高 1800mm左右，现有技术中基于铺设轨道的车底检测智能车，不仅需要大量土建，而且不能与人同时工作。一些特殊地方需要人检修的地方，对人行走构成障碍。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种无需土建，部署简单，使用方便，占用空间小的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：提供一种基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，包括彼此间通过数据链路系统连接的飞行器、终端服务器和激光定位系统；所述激光定位系统实时采集所述飞行器的状态信息，将采集到的状态信息发送至终端服务器；所述终端服务器根据所述状态信息对所述飞行器的飞行状态进行调整，控制所述飞行器在轨道车辆车底往返飞行，以及采集轨道车辆车底的数据信息，根据所述飞行器将采集到的数据信息判断轨道车辆车底是否发生故障。

较优的，在上述技术方案中，所述激光定位系统包括激光跟踪仪和定位球，所述激光跟踪仪安装在地沟的一端，沿地沟方向发射激光；所述定位球安装在飞行器底部，将接收到的激光沿原路返回至所述激光跟踪仪；所述激光跟踪仪根据接收到的激光信号，确定所述飞行器在以所述激光跟踪仪为原点的世界坐标系中的位置信息。位置信息包括位姿和坐标，定位球的位姿和坐标通过终端服务器处理转换成飞行器的位姿和坐标，进一步地，所述终端服务器根据当前飞行器状态和任务控制飞行器下一步动作。

较优的，在上述技术方案中，还包括停靠系统，所述停靠系统包括停机坪和充电系统，较优的方案为将停机坪设置于地沟中，所述充电系统设置在所述停机坪上，所述停机坪用于飞行器起飞、降落，所述充电系统用于对所述飞行器进行充电和向终端服务器发送充电过程中的数据信息，所述数据信息包括充电飞行器当前电量和所需充电时间。

较优的，在上述技术方案中，所述飞行器包括壳体、至少2个飞行螺旋桨、检测传感器组以及至少4个激光测距传感器，所述壳体的中部设置有上下贯穿的安装孔，安装孔内安装有二自由度电动云台系统，所述检测传感器组安装在所述二自由度电动云台系统上，至少2个飞行螺旋桨对称安装在所述壳体上，并位于所述安装孔的左右两侧，至少4个所述激光测距传感器安装在所述壳体的左右两侧和上下两侧，较优的为6个所述激光传感器，安装在飞行器的前、后、左、右、上、下六个面。

所述二自由度电动云台系统包括第一电机、第二电机、环形转盘，所述第一电机安装在所述壳体内，其输出端与所述环形转盘传动连接，带动所述环形转盘圆周转动，所述第二电机安装在所述环形转盘内，所述第二电机的输出轴上固定安装有搭载板，所述搭载板上固定安装有检测传感器组。

所述检测传感器组包括但不限于图像采集器、辅助照明LED光源、报警单元、控制器。所述图像采集器包括但不限于高频率高分辨率相机。

所述飞行器还包括防护圈，所述防护圈设置在所述壳体的周侧。所述防护圈为轻质具有弹性的柔性材质，具有360度中空结构的高韧性材质的防护圈，将机体包裹，坠落后缓冲回弹，保护飞行器无损伤，即使在列车上方飞行时坠落也不对车体表面划伤。

所述终端服务器包括预设路径模块、图像分析模块、数据库、报警模块、处理器，所述图像分析模块通过数据链路系统与检测传感器组连接，用于比对分析图像采集器生成的数据信息与预存的数据信息，并将生成的数据报告上传至上一级管理系统服务器。所述终端服务器，通过数据链路系统与飞行器连接，用于对飞行器上的控制器发送指令与接收飞行器当前状态信息，所述终端服务器与飞行器之间的数据信息传输包括但不限于飞行器的位姿、坐标、速度、偏移角、加速度、电量、二自由度电动云台旋转角度等信息。所述终端服务器可以同时控制多个飞行器，对多列车同时进行检修工作。

本实用新型采用以上技术方案，达到的技术效果为：无需土建，部署简单，使用方便，占用空间小，任务定制化，无需工作人员大量干预。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本申请提供的飞行器的结构示意图；

图2为本申请提供的飞行器检测轨道车辆坐标系统及结构示意图；

图3为本申请提供的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统数据传输关系图；

图中：1，飞行器；2，激光跟踪仪；3，终端服务器；4，停靠系统；5，激光测距传感器；6，控制器；7，防护圈；8，图像采集器；9，图像处理器；10，螺旋桨；11，第一电机；12，第二电机；13，搭载板；14，检测传感器组。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1至图2所示，本实用新型提供的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，包括彼此间通过数据链路系统连接的飞行器1、终端服务器3和激光定位系统；激光定位系统实时采集飞行器1的状态信息，将采集到的状态信息发送至终端服务器3；终端服务器3根据状态信息对飞行器1的飞行状态进行调整，控制飞行器1在轨道车辆车底往返飞行，以及采集轨道车辆车底的数据信息，根据飞行器1将采集到的数据信息判断轨道车辆车底是否发生故障。

基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，激光定位系统包括激光跟踪仪2和定位球，激光跟踪仪2安装在地沟的一端，沿地沟方向发射激光；定位球安装在飞行器1底部，将接入射的激光沿原路返回至激光跟踪仪2；激光跟踪仪2根据接收到的激光信号，确定飞行器1在以激光跟踪仪2为原点的世界坐标系中的位置信息。位置信息包括位姿和坐标，定位球的位姿和坐标通过终端服务器3 处理转换成飞行器1的位姿和坐标，进一步地，终端服务器3根据当前飞行器1 状态和任务控制飞行器1下一步动作。

作为一种可实施方式，基于飞行器的轨道车辆车底检测系统还包括停靠系统4，停靠系统4包括停机坪、充电系统，为方便飞行器1起飞降落以及数据转换，较优的方案为将停机坪设置于地沟中。停机坪较优的方案为立方体，底部一边与轨道方向平行，底部相邻另一直角边与轨道方向垂直，飞行器1的坐标系x轴与轨道方向平行设置，飞行器1以起飞点为原点，即停机坪上标识位置。停机坪上表面被柔性材质覆盖，带有明显的标识，用于飞行器1停落时方向和位置的调整和坐标的校准。

本实施例中，以激光跟踪仪2底座为原点、轨道方向为x轴，垂直水平面方向为，垂直轨道方向为Y轴建立激光跟踪仪2坐标系Lcoor。

如图1所示，飞行器1包括壳体、至少2个飞行螺旋桨10、检测传感器组 14以及至少4个激光测距传感器5，壳体的中部设置有上下贯穿的安装孔，通过安装孔侧壁内部齿轮连接有二自由度电动云台系统，检测传感器组14安装在二自由度电动云台系统上，至少2个飞行螺旋桨10对称安装在壳体上，并位于安装孔的左右两侧，较优的为2个飞行螺旋桨10，螺旋桨10为扇叶式，位于飞行器1壳体的四个角，位置对称；至少4个激光测距传感器5安装在壳体的左右两侧和上下两侧，较优的为6个TOF激光传感器安装在飞行器1的前、后、左、右、上、下六个面，本实施例采用意法半导体(ST Micro electronics，简称 ST)生产的VL53L1X小型轻质激光传感器，开角为27度，满足飞行器1六个方向上的障碍检测。

二自由度电动云台系统包括第一电机11、第二电机12，其中第一电机11 与环形转盘连接，环形转盘固定有第二电机12，第二电机12的旋转轴固定有搭载板13，搭载板13上固定有检测传感器组14，二自由度电动云台满足检测传感器组14对准任意角度和位置检测。

检测传感器组14包括但不限于图像采集器8、辅助照明LED光源、报警单元、控制器6。图像采集器8包括但不限于高频率高分辨率相机。

本实施例中图像采集器8为结构光三维扫描模块，包括一个相机和一个投影仪。投影仪投射蓝色结构光，相机采集对应部位的图像。

图像处理器9将图像采集器8中相机采集到的图像生成三维数据，并传输至终端服务器3的图像分析模块与预存数据进行比对，比对结果发送至处理器。

飞行器1还包括防护圈7，防护圈7设置在壳体的周侧。防护圈7为轻质具有弹性的柔性材质，具有360度中空结构的高韧性材质的防护圈7，将机体包裹，坠落后缓冲回弹，保护飞行器1无损伤，即使在列车上方飞行时坠落也不对车体表面划伤。

终端服务器3，通过数据链路系统与飞行器1连接，用于对飞行器1发送指令，同时与激光追踪仪2连接，用于采集激光追踪仪2的数据信息，数据信息包括飞行器1的位置及位姿，同时通过数据链路3与检测传感器组14连接，用于采集图像采集器8、激光测距传感器5的数据；终端服务器3还包括预设路径模块、图像分析模块、数据库、报警模块、处理器，图像分析模块通过数据链路与检测传感器组14连接，用于比对分析检测传感器组14生成的数据信息与预存的数据信息，并将生成的数据报告上传至上一级管理系统服务器。

终端服务器3可以同时控制多个飞行器1，对多列车同时进行检修工作。

数据链路系统，包括无线通讯机载单元、无线通讯地面单元、有线通讯，数据链路系统包括但不限于无线射频、wifi、4G、5G等通讯手段。

在轨道车辆出厂或是确认被检车辆无故障时，利用遥控器或者手动将飞行器1置于轨道车辆目标检测点位置，通过二自由度电动云台调整检测传感器组 14对准检测位置，通过二自由度电动云台调整检测传感器组14到合适的位置 (α，β)(水平转向角α，和垂直转向角β)。利用检测传感器组14获得检测点的数据信息，确认被检车辆的检测点以及位于此检测点时飞行器1在激光跟踪仪2坐标系Lcoor中的坐标及位姿p1，第二个检测点为p2，第n个检测点坐标及位姿为pn(xn，yn，zn，pitch，yaw，roll)(xn、yn、zn表示为坐标，pitch表示仰角，yaw表示偏航角，roll表示翻滚角)。

将获得目标检测点的pn、编号n、云台位姿(α，β)、对应车辆编号及三维数据信息上传至终端服务器3，采集每列轨道列车的车底的目标检测点三维数据，作为基准数据信息上传至数据库。直至录入所有的检修点的数据信息。数据库还预存有轨道车辆的类型、车号、宽度、长度、高度、检测点位置相对于车头某点的坐标(通过轨道车辆的三维模型测量出检测点相对于车头坐标或者人工测量出相对坐标)、车辆轮廓、预设飞行路径、三维数据等。

在终端服务器3中规划飞行器1的检测路径，按照设置的编号n顺序飞行，也可通过获得的地图手动设置或更改检测目标点。

当轨道车辆停稳后，飞行器1由停靠系统4起飞，由于每次轨道列车停靠的位置都会有相对的变化，如图2所示，由于飞行器1坐标轴x与轨道方向平行，所以列车停靠的位置仅对检测点的x坐标发生变化，通过传感器系统的视觉模块对车头特征点的检测，计算出车头变化的距离△d，并将变化的位置更新到预设目标检测点，原检测点为(x，y，z，pitch，yaw，roll)，变化后为(x+△d，y，z，pitch，yaw，roll)，然后激光跟踪仪2按照编号n依次指向检测点的位置，通过定位球得到的位置信息得到飞行器1的位置，终端服务器3根据检测点的位置，控制飞行器1飞行1路径，检测所有的目标检测点，飞行器1根据被检轨道车辆的型号按照预定的飞行路线依次从p1点到达pn检测点，若中途存在障碍选择悬停报警给工作人员处理或者自动路径规划绕行。

将检测传感器组14将图像采集器8采集到的检测信息图像以及三维数据信息通过数据链路系统上传至终端服务器3，通过三维数据比对实现对目标检测点的检测，位于飞行器1前、后、左、右、上、下方的激光测距传感器5实时检测安全距离，通过位于终端服务器3上的控制系统预设的安全距离D，来保证飞行器1距离任何东西各个方向上不被碰撞，从而也保证了飞行器1检测位于轨道车辆上的检测点时不会发生碰撞。安全距离D小于位于对角度控制云台的相机的最佳拍摄距离。

终端服务器3根据预存的被检测轨道车辆无故障的三维数据及被检测点的三维数据与飞行器1传回的数据信息匹配分析，将检测点的状态以及检测结果以报表的形式显示给相关作业人员，完成所有的检测点后，飞行器1按照预设路径飞回停机坪待机或充电。

本实用新型采用以上技术方案，达到的技术效果为：无需土建，部署简单，使用方便，占用空间小，任务定制化，无需工作人员大量干预。

上述实施方式旨在举例说明本实用新型可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本领域的技术人员可根据此发明改成车侧、车底、车整体甚至是车内检修，故本实用新型包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，包括彼此间通过数据链路系统连接的飞行器、终端服务器和激光定位系统；所述激光定位系统实时采集所述飞行器的状态信息，将采集到的状态信息发送至终端服务器；所述终端服务器根据所述状态信息对所述飞行器的飞行状态进行调整，控制所述飞行器在轨道车辆车底往返飞行，以及采集轨道车辆车底的数据信息，根据所述飞行器将采集到的数据信息判断轨道车辆车底是否发生故障。

2.如权利要求1所述的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，所述激光定位系统包括定位球和激光跟踪仪，所述激光跟踪仪安装在地沟的一端，沿地沟方向发射激光；所述定位球安装在飞行器上，将接收到的激光沿原路返回至所述激光跟踪仪；所述激光跟踪仪根据接收到的激光信号，确定所述飞行器在以所述激光跟踪仪为原点的世界坐标系中的位置信息。

3.如权利要求1所述的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，还包括停靠系统，所述停靠系统包括停机坪和充电系统，所述停机坪设置在地沟内，所述充电系统设置在所述停机坪上，用于对所述飞行器进行充电。

4.如权利要求2所述的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，所述飞行器包括壳体、至少2个飞行螺旋桨、检测传感器组以及至少4个激光测距传感器，所述壳体的中部设置有上下贯穿的安装孔，所述安装孔内安装有二自由度电动云台系统，所述检测传感器组安装在所述二自由度电动云台系统上，至少2个飞行螺旋桨对称安装在所述壳体上，并位于所述安装孔的左右两侧，至少4个所述激光测距传感器安装在所述壳体的左右两侧和上下两侧。

5.如权利要求4所述的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，所述定位球安装在所述壳体的下表面。

6.如权利要求4所述的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，所述二自由度电动云台系统包括第一电机、第二电机、环形转盘，所述第一电机安装在所述壳体内，其输出端与所述环形转盘传动连接，带动所述环形转盘圆周转动，所述第二电机安装在所述环形转盘内，所述第二电机的输出轴上固定安装有搭载板，所述搭载板上固定安装有检测传感器组。

7.如权利要求4所述的基于飞行器的轨道车辆车底检测系统，其特征在于，所述飞行器还包括防护圈，所述防护圈设置在所述壳体的周侧。

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