CN214689821U - 一种高铁箱梁巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高铁箱梁巡检机器人，包括机器人主车、左侧履带、右侧履带、光电编码器，机器人主车上设有视觉信息采集模块、超声阵列检测模块和履带式走行控制模块，履带式走行控制模块包括运动控制处理器、GPS定位模块、姿态检测模块、履带驱动模块、激光雷达扫描模块和处理器，光电编码器和履带驱动模块均与运动控制处理器信号连接，视觉信息采集模块、超声阵列检测模块、运动控制处理器、GPS定位模块、姿态检测模块、激光雷达扫描模块均与处理器信号连接，处理器信号连接有通信与交互模块。本实用新型提供的高铁箱梁巡检机器人，可以在高铁箱梁的复杂环境下实现高铁箱梁快速自动化检测。

Description

一种高铁箱梁巡检机器人

技术领域

本实用新型是涉及一种高铁箱梁巡检机器人，属于高铁箱梁检测技术领域。

背景技术

铁路高架桥梁能够确保高铁线路的平顺性，在我国高铁建设中广泛应用。箱梁作为高架桥梁的关键构件，承受着高铁轨道传递的列车载荷。在各种复杂因素的作用下，箱梁会产生疲劳裂缝，极端情况下会出现疲劳开裂，严重威胁高铁的运行安全。因此实现高铁箱梁快速自动化检测，为后续的维护保障提供支持是目前亟待解决的问题。

目前，高铁箱梁的日常维护与维修以高铁桥隧工的人工巡检为主。基于目视检查的人工巡检，严重依赖于检查人员对结构状况的定性判断。这种检测方式存在检测效率低、作业环境恶劣、劳动强度大、检测准确率低、存在安全隐患等问题。

针对上述问题，目前有采用巡检机器人来自动对高铁箱梁进行检测。但是高铁箱梁内的环境较为复杂(例如：为了排除桥面积水，箱梁内部预设的较多排水管，会使巡检机器人在运行过程中容易被水管卡住)，导致现有的巡检机器人难以适应高铁箱梁内的复杂环境并完成自动化检测。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种适用于高铁箱梁内的复杂环境、可实现高铁箱梁快速自动化检测的高铁箱梁巡检机器人，以实现高效、无损、实时检测出高铁箱梁内部缺陷，为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高铁箱梁巡检机器人，包括机器人主车，所述机器人主车的左右两侧分别对应设有左侧履带和右侧履带，所述左侧履带和右侧履带的驱动轴上均设有光电编码器，所述机器人主车上设有视觉信息采集模块、超声阵列检测模块和履带式走行控制模块，所述履带式走行控制模块包括运动控制处理器、GPS定位模块、姿态检测模块、履带驱动模块、激光雷达扫描模块和处理器，所述履带驱动模块分别设于左侧履带和右侧履带上，所述光电编码器和履带驱动模块均与运动控制处理器信号连接，所述视觉信息采集模块、超声阵列检测模块、运动控制处理器、GPS定位模块、姿态检测模块、激光雷达扫描模块均与处理器信号连接，所述处理器信号连接有通信与交互模块。

一种实施方案，所述视觉信息采集模块包括设于机器人主车上的工业相机检测模块和与工业相机检测模块信号连接的视觉信息采集设备，所述视觉信息采集设备与处理器信号连接。

一种优选方案，所述工业相机检测模块包括设于机器人主车顶部的左侧面检测相机、顶侧面检测相机、右侧面检测相机、底面检测相机。

一种实施方案，所述超声阵列检测模块包括设于机器人主车前端的超声阵列传感器和与超声阵列传感器信号连接的超声数据采集设备，所述超声数据采集设备与处理器信号连接。

一种实施方案，所述通信与交互模块包括人机交互模块和与人机交互模块信号连接的无线通信单元，所述无线通信单元与处理器信号连接。

一种实施方案，所述GPS定位模块为GPS定位器。

一种实施方案，所述姿态检测模块为姿态检测仪。

一种实施方案，所述履带驱动模块包括履带驱动电机和与履带驱动电机信号连接的电机驱动器，所述电机驱动器与运动控制处理器信号连接。

一种实施方案，所述激光雷达扫描模块包括设于机器人主车顶部的左侧激光雷达和右侧激光雷达。

相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型提供的高铁箱梁巡检机器人，可以在高铁箱梁的复杂环境下实现高铁箱梁快速自动化检测，可实现高效、快速、准确、检测高铁箱梁内部缺陷，能为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障，可为后续轨道维修工作提供有力支撑；因此，本实用新型相对于现有技术，具有显著进步性和应用价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种高铁箱梁巡检机器人的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的高铁箱梁巡检机器人的原理结构框图；

图中标号示意如下：1、机器人主车；2、左侧履带；3、右侧履带；4、光电编码器；5、视觉信息采集模块；51、工业相机检测模块；511、左侧面检测相机；512、顶侧面检测相机；513、右侧面检测相机；514、底面检测相机；52、视觉信息采集设备；6、超声阵列检测模块；61、超声阵列传感器；62、超声数据采集设备；7、履带式走行控制模块；71、运动控制处理器；72、GPS定位模块；73、姿态检测模块；74、履带驱动模块；741、履带驱动电机；75、激光雷达扫描模块；751、左侧激光雷达；752、右侧激光雷达；76、处理器；8、通信与交互模块；81、人机交互模块；82、无线通信单元；9、控制箱。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚、完整地描述。

实施例

请结合图1和图2所示：本实用新型提供的一种高铁箱梁巡检机器人，包括机器人主车1，所述机器人主车1的左右两侧分别对应设有左侧履带2和右侧履带3，所述左侧履带2和右侧履带3的驱动轴上均设有光电编码器4，所述机器人主车1上设有视觉信息采集模块5、超声阵列检测模块6和履带式走行控制模块7，所述履带式走行控制模块7包括运动控制处理器71、GPS定位模块72、姿态检测模块73、履带驱动模块74、激光雷达扫描模块75和处理器76，所述履带驱动模块74分别设于左侧履带2和右侧履带3上，所述光电编码器4和履带驱动模块74均与运动控制处理器71信号连接，所述视觉信息采集模块5、超声阵列检测模块6、运动控制处理器71、GPS定位模块72、姿态检测模块73、激光雷达扫描模块75均与处理器76信号连接，所述处理器76信号连接有通信与交互模块8。

本实施例中，所述视觉信息采集模块5包括设于机器人主车上的工业相机检测模块51和与工业相机检测模块51信号连接的视觉信息采集设备52，所述视觉信息采集设备52与处理器76信号连接。具体的，请参见图1所示，所述工业相机检测模块51包括设于机器人主车1顶部的左侧面检测相机511、顶侧面检测相机512、右侧面检测相机513、底面检测相机514。高铁箱梁内通常会印制有箱梁位置、梁号、箱梁生产日期等信息，工业相机检测模块51可以实时、全方位的采集所巡检的高铁箱梁的视觉信息，并将采集的视觉信息通过视觉信息采集设备52传递给处理器76，从而获取所巡检的高铁箱梁的绝对位置信息。

本实施例中，所述超声阵列检测模块6包括设于机器人主车1前端的超声阵列传感器61和与超声阵列传感器61信号连接的超声数据采集设备62，所述超声数据采集设备62与处理器76信号连接。超声阵列传感器61可以持续对所巡检的高铁箱梁的内部隐患进行超声无损检测，并将检测的信息通过超声数据采集设备62实时传递给处理器76。

本实施例中，所述通信与交互模块8包括人机交互模块81和与人机交互模块81信号连接的无线通信单元82，所述无线通信单元82与与处理器76信号连接。处理器76通过无线通信单元82和人机交互模块81实现机器人与工作人员通信与交互。

本实施例中，所述GPS定位模块72为GPS定位器，是用于获取巡检机器人自身位置信息。

本实施例中，所述姿态检测模块73为姿态检测仪，是用于获取巡检机器人自身姿态信息。

本实施例中，所述履带驱动模块74包括履带驱动电机741和与履带驱动电机741信号连接的电机驱动器(图中未显示)，所述电机驱动器与运动控制处理器71信号连接。运动控制处理器71输出控制信号至电机驱动器，然后电机驱动器驱动履带驱动电机741带动左侧履带2和右侧履带3运动，从而实现巡检机器人移动。

本实施例中，所述激光雷达扫描模块75包括设于机器人主车1顶部的左侧激光雷达751和右侧激光雷达752，激光雷达扫描模块75对巡检机器人周围环境进行立体扫描，并将获取的环境信息传给处理器76，从而构建巡检机器人所处环境的地图。

本实施例中，机器人主车1上设有控制箱9，所述视觉信息采集设备52、超声数据采集设备62、运动控制处理器71、GPS定位模块72、姿态检测模块73、处理器76、无线通信单元82均安装于控制箱9内，从而实现了控制模块的集约化。

采用本实用新型所述的高铁箱梁巡检机器人对高铁箱梁进行巡检时，包括如下步骤：

S1、生成地图：将巡检机器人行驶至待巡检的高铁箱梁处，然后利用激光雷达扫描模块75对巡检机器人的周围环境进行立体扫描，并将获取的环境信息传给处理器76，处理器76基于雷达SLAM算法(雷达SLAM算法属于公知常识)生成周围环境的地图；

S2、定位巡检机器人位置、并在地图中规划走行路径：利用GPS定位模块72获取巡检机器人自身在环境中的绝对位置信息，并将获取的绝对位置信息传递给处理器76；利用姿态检测模块73获取巡检机器人自身在环境中的相对姿态信息，并将获取的相对姿态信息传递给处理器76；处理器76加载构建好的地图，结合绝对位置信息和相对姿态信息，通过通用的路径规划算法(例如：人工势场法)可在地图中规划出巡检机器人的走行路径(该走行路径为无障碍路径，可以有效避免巡检机器人在运行过程中被箱梁内部预设的排水管卡住的情况出现)；

S3、确认巡检机器人的运动控制方案：处理器76将规划好的走行路径传输给运动控制处理器71，运动控制处理器71接收处理器76中的路径信息、姿态信息、位置信息，从而确认巡检机器人的运动控制方案；

S4、控制巡检机器人移动：运动控制处理器71根据运动控制方案将控制信号量输出至履带驱动模块74，然后通过履带驱动模块74驱动巡检机器人的履带运动(具体是：将控制信号量输出至履带驱动模块74中的电机控制器，然后电机控制器驱动履带驱动模块74中的履带驱动电机741带动左侧履带2和右侧履带3运动)，实现巡检机器人移动；

S5、采集巡检检机器人的履带运动量：巡检机器人移动的过程中，设于驱动轴上的光电编码器4利用其码盘的转动生成脉冲电信号，生成的脉冲电信号通过运动控制处理器71传输到处理器76中，实现机器人履带(包括：左侧履带2和右侧履带3)运动量情况的采集；

S6、对高铁箱梁的内部隐患进行检测并获取隐患的绝对位置：巡检机器人移动的过程中，超声阵列检测模块6持续对所巡检的高铁箱梁的内部隐患进行超声无损检测，并将检测的信息实时传递给处理器76(具体是：超声阵列检测模块6中的超声阵列传感器61持续对所巡检的高铁箱梁的内部隐患进行超声无损检测，并将检测的信息通过超声数据采集设备62实时传递给处理器76)；同时视觉信息采集模块5实时、全方位的采集所巡检的高铁箱梁的视觉信息，并将采集的视觉信息传递给处理器76，从而获取所巡检的高铁箱梁的绝对位置；处理器76通过步骤S5采集的左侧履带2和右侧履带3的运动量来记录高铁箱梁内隐患点的相对位置，然后根据高铁箱梁的绝对位置和隐患点相对位置即可得到高铁箱梁内的隐患点的地理位置，从而完成高铁箱梁的巡检。

综上所述可见，本实用新型可实现高效、快速、准确、检测高铁箱梁内部缺陷，可适应高铁箱梁内的复杂环境并完成自动化检测，而且缺陷位置可同时进行标记以利于后期维护检修，使得检测和维护工作效率得到大幅度提高，能为高铁的安全运营提供及时维护和有力支撑，因此，本实用新型相对于现有技术，具有显著进步性和应用价值。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：包括机器人主车，所述机器人主车的左右两侧分别对应设有左侧履带和右侧履带，所述左侧履带和右侧履带的驱动轴上均设有光电编码器，所述机器人主车上设有视觉信息采集模块、超声阵列检测模块和履带式走行控制模块，所述履带式走行控制模块包括运动控制处理器、GPS定位模块、姿态检测模块、履带驱动模块、激光雷达扫描模块和处理器，所述履带驱动模块分别设于左侧履带和右侧履带上，所述光电编码器和履带驱动模块均与运动控制处理器信号连接，所述视觉信息采集模块、超声阵列检测模块、运动控制处理器、GPS定位模块、姿态检测模块、激光雷达扫描模块均与处理器信号连接，所述处理器信号连接有通信与交互模块。

2.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述视觉信息采集模块包括设于机器人主车上的工业相机检测模块和与工业相机检测模块信号连接的视觉信息采集设备，所述视觉信息采集设备与处理器信号连接。

3.根据权利要求2所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述工业相机检测模块包括设于机器人主车顶部的左侧面检测相机、顶侧面检测相机、右侧面检测相机、底面检测相机。

4.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述超声阵列检测模块包括设于机器人主车前端的超声阵列传感器和与超声阵列传感器信号连接的超声数据采集设备，所述超声数据采集设备与处理器信号连接。

5.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述通信与交互模块包括人机交互模块和与人机交互模块信号连接的无线通信单元，所述无线通信单元与处理器信号连接。

6.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述GPS定位模块为GPS定位器。

7.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述姿态检测模块为姿态检测仪。

8.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述履带驱动模块包括履带驱动电机和与履带驱动电机信号连接的电机驱动器，所述电机驱动器与运动控制处理器信号连接。

9.根据权利要求1所述的高铁箱梁巡检机器人，其特征在于：所述激光雷达扫描模块包括设于机器人主车顶部的左侧激光雷达和右侧激光雷达。

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