CN217072397U - 一种轨道车辆检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轨道车辆检测机器人，包括：车体及设置于所述车体的图像采集系统、定位系统及激光SLAM导航系统；支撑底盘，固定设置于车体底部，所述支撑底盘包括：箱体、舵轮系统及轨道轮，舵轮系统和轨道轮设置于所述箱体底部，所述舵轮系统的橡胶轮与轨道轮同轴连接；动作执行机构，设置于所述箱体中部；多自由度机械臂，固定于所述动作执行机构顶部；控制系统，设置于所述箱体内部，电性连接所述激光SLAM导航系统、所述定位系统、舵轮系统及所述动作执行机构；图像处理系统，设置于所述箱体内部，电性连接所述图像采集系统及控制系统。本申请的检测机器人通过所述舵轮系统及轨道轮实现提高检测车底时运动平稳性及在检修轨道外运动的灵活性。

Description

一种轨道车辆检测机器人

技术领域

本实用新型属于轨道车辆检修机器人技术领域，尤其涉及一种轮轨两用变轨距轨道车辆检测机器人。

背景技术

随着我国人口的增长，交通运输压力的增加，轨道交通凭借其运输量大、安全稳定的优点，在交通运输中所占得比重越来越大，因此，为了保障轨道交通运输的安全，必须加大对轨道车辆检修工作的投入力度，安全高效的提高轨道车辆的检修质量。

对于轨道车辆的检修，现阶段主要是通过人工作业的方式进行，例如在车辆的日检中，一列6-8编组的列车，车底和车侧需要检修的零件上万，一般需要一个小时左右的时间，占整辆车日检时间的50％。这种传统的人工检修方式，工作量大，工作时间长，工作效率低，检修质量难以保障，因此，有部分检修机器人投入到车辆的日检工作中，用以代替人工进行检查，专利 CN201710010918公开了一种列车库检机器人和列车零部件检测方法，只能在一条固定的地沟中检修。

目前的检修方式存在以下一些问题：1)传统人工检查作业需要消耗大量的时间和人力，检测效率比较低，检修质量难以评估和保障；2)人工检查的结果主要依赖作业人员的业务素质，可靠性和准确性无法完全保证，且人工检查无法记录作业过程，结果记录性不强；3)目前检修机器人运行的轨道安装在轨道车辆地沟底部，因此只能用于对轨道车辆底部进行检查，不能对车辆其他部位进行查看，检测覆盖面不足；4)由于轨道车辆的特殊性，其检修库中一般存在多条检修轨道，轨道车辆通常在检修库相对应的检修轨道上进行检修，目前的检修机器人只能在某一条特定的检修轨道中进行作业，无法越过检修轨道的斜坡到达另一条检修轨道，因此检修库中有多少条检修轨道，就需要配备多少台检修机器人，投入成本很高。

实用新型内容

针对相关技术中存在的不足之处，本实用新型提供了一种轮轨两用轨道车辆检测机器人，解决现有检修机器人检修效率低、功能单一的问题，以提高工作效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆检测机器人，包括：

车体；

支撑底盘，固定设置于所述车体底部，所述支撑底盘包括：箱体、舵轮系统及轨道轮，所述舵轮系统和轨道轮设置于所述箱体底部，所述舵轮系统的橡胶轮与所述轨道轮同轴连接，所述轨道轮的外径小于所述橡胶轮的外径，所述轨道轮的踏面半径和检测轨道的总高度大于橡胶轮的半径；

动作执行机构，设置于所述箱体中部；

多自由度机械臂，固定于所述动作执行机构顶部；

图像采集系统，设置于所述车体上，用于拍摄轨道车辆底部；

定位系统，设置于所述车体上，用于获取所述检测机器人的位置；

控制系统，设置于所述箱体内部，所述控制系统电性连接所述定位系统、舵轮系统及所述动作执行机构；

图像处理系统，设置于所述箱体内部，所述图像处理系统电性连接所述图像采集系统及控制系统，所述图像处理系统用于获取并基于预设算法分析采集的图像，对分析得到的故障分级标注并报警；

激光SLAM导航系统(Simultaneous Localization And Mapping),设置于所述车体上，所述激光SLAM导航系统电性连接所述控制系统，用于对作业现场进行构图并自主导航。

基于如上结构，本申请实施例无需替换车轮即可以实现橡胶轮式行走和轨道轮式行走，保证了检测机器人在检修轨道内检测车底时运动的平稳性，又提高了在检修轨道外运动的灵活性。

在其中一些实施例中，所述舵轮系统还包括驱动系统、转向系统，所述驱动系统和所述转向系统连接所述橡胶轮、轨道轮的传动轴。

通过所述驱动系统实现所述检测机器人的四驱驱动，所述检测机器人可正向、反向爬越检修轨道的斜坡，以实现跨越不同的检修轨道；通过所述转向系统实现至少180°转向，以切换横向行驶、纵向行驶，同时轨道轮之间的轨距也不同，可实现变轨距行驶。

在其中一些实施例中，所述检测机器人的行驶方向包括：横向行驶、纵向行驶；所述检测机器人的适用轨距包括：第一轨距、第二轨距，所述第二轨距大于所述第一轨距。

在其中一些实施例中，所述箱体设置为凹字型结构。

在其中一些实施例中，所述动作执行机构包括：

水平动作机构，嵌入设置于所述箱体的中部凹陷处，所述水平动作机构沿所述凹陷处执行水平直线运动；

垂直动作机构，竖立固定设置于所述水平动作机构的滑块上，所述多自由度机械臂固定设置于所述垂直动作机构的顶部。

基于如上结构，实现了有效降低多自由度机械臂的初始安装高度，使其低于检修轨道的轨道平面高度，有利于保证多自由度机械臂的作业空间，且不影响检修轨道上轨道车辆的正常行驶。

在其中一些实施例中，所述图像采集系统包括：

线扫图像采集模块，左右对称竖立设置于所述车体顶部，用于对轨道车辆底部进行高清图像采集；

机械臂图像采集模块，固定于所述多自由度机械臂末端，用于对轨道车辆底部遮挡区域进行多角度拍摄，提高图像采集的全面性。

在其中一些实施例中，所述定位系统包括：

激光定位模块，设置于所述支撑底盘前部，用于定位所述检测机器人的当前位置；

面阵相机定位模块，设置于所述车体顶部且位于所述线扫图像采集模块前侧，所述激光定位模块与面阵相机定位模块配合实现粗定位和精定位。

在其中一些实施例中，待检修轨道的斜坡两侧设置有呈喇叭口状的辊子导向装置，以对检测机器人上下坡过程进行机械限位。

在其中一些实施例中，所述激光定位模块包括多个激光距离传感器，所述多个激光距离传感器间隔设置于所述箱体顶部，至少一所述激光距离传感器用于标定是否行驶至轨道车辆底部，至少一激光距离传感器用于标定待检修的轨道车辆车底转向架的轮轴中心，以进行检修机器人采图作业的定位。

在其中一些实施例中，所述激光SLAM导航系统包括：

激光雷达模块，设置于所述车体顶部；

集成控制盒，固定设置于所述车体内部且电性连接所述激光雷达模块。

基于所述激光SLAM导航系统，当检测机器人爬出检修轨道地沟进入检修轨道上平面时，自动导航以检查轨道车辆两侧车体。

基于上述技术方案，本实用新型实施例中轨道车辆检测机器人可以实现橡胶轮式及轨道轮式行走方式的切换，保证机器人检查轨道车辆彻底时运动平稳性和导向准确性的前提下，提高机器人的越障能力和灵活性；此外，通过所述转向系统的控制实现变轨功能，有效扩大了机器人的适用范围。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例轨道车辆检测机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例轨道车辆检测机器人的车体内部结构示意图；

图3为本申请实施例轨道车辆检测机器人的俯视结构示意图；

图4为本申请实施例轨道车辆检测机器人的横向变轨距行走状态示意图；

图5为本申请实施例轨道车辆检测机器人的检修状态示意图；

图6为本申请实施例轨道车辆检测机器人的另一检修状态示意图；

图7为本申请实施例轨道车辆检修轨道斜坡的结构示意图；

图8为本申请实施例轨道车辆检测机器人的爬坡状态示意图；

图9为本申请实施例轨道车辆检测机器人的另一检修状态示意图。

图中：

110、支撑底盘；111、箱体；112、舵轮系统；113、轨道轮；

114、橡胶轮；

120、动作执行机构；121、垂直动作机构；122、水平动作机构；

130、多自由度机械臂；

140、机械臂图像采集模块；

150、激光定位模块；

160、面阵相机定位模块；

170、线扫图像采集模块；

180、控制系统；

190、图像处理系统；

200、激光SLAM导航系统；210、激光雷达模块；220、集成控制盒；

300、辊子导向装置；310、导向槽；320、辊子。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提出了一种轨道车辆检测机器人，为了实现轨道车辆检修功能，图1-3示出了本申请实施例的轨道车辆检测机器人的结构示意图，参考图1-3所示，至少包括：车体、支撑底盘110、动作执行机构120、多自由度机械臂130、图像采集系统、定位系统、控制系统180、图像处理系统190 及激光SLAM导航系统200。

下面，结合附图对上述各功能模块、机构的具体结构、安装方式及工作原理进行具体说明。

支撑底盘110，作为检测机器人的载体固定设置于车体底部，支撑底盘 110包括：箱体111、舵轮系统112及轨道轮113，舵轮系统112和轨道轮113 设置于箱体111底部，舵轮系统112的橡胶轮114与轨道轮113同轴连接，轨道轮113的外径小于橡胶轮114的外径，轨道轮113的踏面半径和检测轨道的总高度大于橡胶轮114的半径，从而保证机器人以橡胶轮式或轨道轮式运动方式行走时相互之间不会发生干涉。具体的，舵轮系统112还包括驱动系统、转向系统，驱动系统和转向系统连接橡胶轮114、轨道轮113的传动轴。通过驱动系统实现检测机器人的四驱驱动，检测机器人可正向、反向爬越检修轨道的斜坡，以实现跨越不同的检修轨道；通过转向系统实现至少180°转向，以切换横向行驶、纵向行驶，同时轨道轮113之间的轨距也不同，可实现变轨距行驶。可选的，本申请实施例的橡胶轮114和轨道轮113也可采用法兰盘连接。

图4为本申请实施例轨道车辆检测机器人的横向变轨距行走状态示意图，对比图1、图4所示，由于车体为长方体结构，设图1所示的轨道轮之间的距离为第一轨距，当转向系统向车体中部方向转动90°时，轨道轮113、橡胶轮114的方向均转动90°，切换至第二轨距，第二轨距相较于第一轨距明显变宽，使检测机器人的轨距兼容性更高，因此，基于上述结构，本申请实施例的检测机器人的行驶方向包括：横向行驶、纵向行驶；检测机器人的适用轨距包括：第一轨距、第二轨距，第二轨距大于第一轨距。

动作执行机构120，设置于箱体111中部，如图1所示，箱体111设置为凹字型结构。具体的，动作执行机构120包括：水平动作机构122，嵌入设置于箱体111的中部凹陷处，水平动作机构122沿凹陷处执行水平直线运动，垂直动作机构121，竖立固定设置于水平动作机构122的滑块上并执行垂直直线运动。多自由度机械臂130固定设置于垂直动作机构121的顶部。因此，基于如上结构，实现了有效降低多自由度机械臂130的初始安装高度，使其低于检修轨道的轨道平面高度，有利于保证多自由度机械臂130的作业空间，且不影响检修轨道上轨道车辆的正常行驶。

图像采集系统具体包括：线扫图像采集模块170，左右对称竖立设置于车体顶部，用于对轨道车辆底部进行高清图像采集；机械臂图像采集模块140，固定于多自由度机械臂130末端，用于对轨道车辆底部遮挡区域进行多角度拍摄，提高图像采集的全面性。

定位系统用于获取检测机器人的位置，为了提高定位准确性，本申请实施例的定位系统具体包括：激光定位模块150，设置于支撑底盘110前部，用于定位检测机器人的当前位置；面阵相机定位模块160，设置于车体顶部且位于线扫图像采集模块170前侧，激光定位模块150与面阵相机定位模块160 配合实现粗定位和精定位。其中，激光定位模块150包括多个激光距离传感器，多个激光距离传感器沿机器人前进方向间隔设置于箱体111顶部，至少一激光距离传感器用于标定是否行驶至轨道车辆底部，至少一激光距离传感器用于标定待检修的轨道车辆车底转向架的轮轴中心，以进行检修机器人采图作业的定位。

控制系统180，设置于箱体111内部，控制系统180电性连接定位系统、舵轮系统112及动作执行机构120；

图像处理系统190，设置于箱体111内部，图像处理系统190电性连接图像采集系统及控制系统180，图像处理系统190用于获取并基于预设算法分析采集的图像，对分析得到的故障分级标注、记录并报警；

激光SLAM导航系统200,设置于车体上，激光SLAM导航系统200电性连接控制系统180，用于对作业现场进行构图并自主导航。具体的，激光SLAM 导航系统200包括：激光雷达模块210，设置于车体顶部；集成控制盒220，固定设置于车体内部且电性连接激光雷达模块210。基于激光SLAM导航系统 200，当检测机器人爬出检修轨道地沟进入检修轨道上平面时，自动导航以检查轨道车辆两侧车体。

基于如上结构，本申请实施例无需替换车轮即可以实现橡胶轮式行走和轨道轮式行走，保证了检测机器人在检修轨道内检测车底时运动的平稳性，又提高了在检修轨道外运动的灵活性。

在其中一些实施例中，待检修轨道的斜坡两侧设置有呈喇叭口状的辊子导向装置，以对检测机器人上下坡过程进行机械限位。具体的，辊子导向装置包括：导向槽、辊子，导向槽呈喇叭口型，两头宽中间窄，有利于车辆进出斜坡，且在上下坡过程中起到限位保护的作用。

在其中一些实施例中，本申请实施例的检测机器人还包括供电模块，连接舵轮系统112、图像采集系统、动作执行机构120、定位系统、控制系统180、图像处理系统190及激光SLAM导航系统200等，为检测机器人整体供电。

本申请实施例的检测机器人工作于轨道车辆的检修轨道内，如图5-6所示，检修轨道底部设有轻型钢轨，检测机器人通过轨道轮113在检修轨道中沿该轻型钢轨行驶。行驶过程中，控制系统180、定位系统联合作用，通过激光定位模块150与面阵相机定位模块160配合实现准确定位；同时，控制动作执行机构120和多自由度机械臂130实现预设动作、线扫图像采集模块170 启动，以使得机械臂图像采集模块140采集轨道车辆底部遮挡区域的图像，线扫图像采集模块170采集轨道车辆底部高清图像。采集到的图像数据发送至图像处理系统190，通过图像处理系统190基于预设算法进行分析、分级标注、记录及报警，从而完成列车检查工作。

如图7-8所示，当前列车检查工作完成后，本申请实施例的检测机器人会自检修轨道行驶至一端斜坡，并经斜坡爬越至检修轨道上平面。由于橡胶轮外径大于轨道轮的外径，检测机器人行驶至斜坡时，自然切换至橡胶轮式行走方式，到达该检修轨道上平面后，基于激光SLAM导航系统200，仍以橡胶轮式行走方式行驶至下一条检修轨道的检修轨道上平面，从而经下一条检修轨道的斜坡进入检修轨道，基于此，实现了检修机器人的跨轨作业，大大降低了机器人的使用成本。

如图9所示，本申请实施例的检测机器人除了经斜坡进入到检修轨道检测轨道车辆底部外，也可基于基于激光SLAM导航系统200规划的路径对轨道车辆车侧面进行检查，以扩大检查覆盖面积，提高使用效率。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本申请技术方案的精神，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种轨道车辆检测机器人，其特征在于，包括：

车体及设置于所述车体的图像采集系统、定位系统及激光SLAM导航系统；

支撑底盘，固定设置于所述车体底部，所述支撑底盘包括：箱体、舵轮系统及轨道轮，所述舵轮系统和轨道轮设置于所述箱体底部；

动作执行机构，设置于所述箱体中部；

多自由度机械臂，固定于所述动作执行机构顶部；

控制系统，设置于所述箱体内部，所述控制系统电性连接所述激光SLAM导航系统、所述定位系统、舵轮系统及所述动作执行机构；

图像处理系统，设置于所述箱体内部，所述图像处理系统电性连接所述图像采集系统及控制系统，

其中，所述舵轮系统的橡胶轮与所述轨道轮同轴连接，所述轨道轮的外径小于所述橡胶轮的外径，所述轨道轮的踏面半径和检测轨道的总高度大于橡胶轮的半径。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述舵轮系统还包括驱动系统、转向系统，所述驱动系统和所述转向系统连接所述橡胶轮、轨道轮的传动轴。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述检测机器人的行驶方向包括：横向行驶、纵向行驶，所述检测机器人的适用轨距包括：第一轨距、第二轨距，所述第二轨距大于所述第一轨距。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述箱体设置为凹字型结构。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述动作执行机构包括：

水平动作机构，嵌入设置于所述箱体的中部凹陷处，所述水平动作机构沿所述凹陷处执行水平直线运动；

垂直动作机构，竖立固定设置于所述水平动作机构的滑块上，所述多自由度机械臂固定设置于所述垂直动作机构的顶部。

6.根据权利要求1所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述图像采集系统包括：

线扫图像采集模块，左右对称竖立设置于所述车体顶部；

机械臂图像采集模块，固定于所述多自由度机械臂末端。

7.根据权利要求6所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述定位系统包括：

激光定位模块，设置于所述支撑底盘前部；

面阵相机定位模块，设置于所述车体顶部且位于所述线扫图像采集模块前侧。

8.根据权利要求1所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，待检修轨道的斜坡两侧设置有呈喇叭口状的辊子导向装置。

9.根据权利要求7所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述激光定位模块包括多个激光距离传感器，所述多个激光距离传感器间隔设置于所述箱体顶部。

10.根据权利要求1所述的轨道车辆检测机器人，其特征在于，所述激光SLAM导航系统包括：

激光雷达模块，设置于所述车体顶部；

集成控制盒，固定设置于所述车体内部且电性连接所述激光雷达模块。

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