基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，包括无人巡检车、工控机和北斗系统接收机，所述无人巡检车包括底盘系统、提升机构以及移动平台系统；底盘系统包括底盘框架；提升机构包括外侧框架、中间框架和内侧框架；所述提升机构的下端安装在所述底盘框架上，所述提升机构的上端安装移动平台系统；所述北斗系统接收机包括基站接收机和移动站接收机，所述移动站接收机和工控机双向通讯，所述基站接收机安装在无人巡检车的起点位置处。本发明专利技术还公开了基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统的自动定位方法。本发明专利技术通过北斗系统接收机实现粗定位，其定位精度约为300mm，选择以北斗定位系统为基础来实现无人巡检车的粗定位也较为可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导航定位和图像处理
，尤其是一种基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统及方法。
技术介绍
接触网是电气化铁路系统中最主要的组成部分，沿铁轨线路布置于上空特定位置，通过与受电弓的滑动接触为火车提供动力。如果接触网设备的零部件出现故障，如绝缘器表面击穿、绝缘子闪络、紧固螺栓出现疲劳损伤等，这将直接影响沿线火车的正常运行，可见接触网零部件的检修工作非常重要。目前国内铁路接触网零部件的检修工作需要在列车的运行系统中，预留出检修工作的“天窗”时间，通过人力车梯或铁路接触网综合检修作业车对各检测点的接触网零部件逐个进行检修。在有限的“天窗”时间内，人力车梯进行检修的方式需要配置约十个工作人员，既耗时又耗力，同时高空作业对工作人员的安全也在一定程度上构成威胁；另一种检修方式效率高，但是成本较高，不具有普遍适用性。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种采用无人巡检车对铁路接触网的相关零部件进行检测，同时使无人巡检车能够在接触网立柱中心位置±20mm位置处准确定位的基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，包括无人巡检车、工控机和北斗系统接收机，所述无人巡检车包括用于实现在铁轨上行走的底盘系统、用于实现在垂直高度上的升降的提升机构以及用于对接触网系统进行拍照的移动平台系统；所述底盘系统包括底盘框架，其上安装驱动系统和第一控制柜；所述提升机构包括外侧框架、中间框架和内侧框架；所述提升机构的下端安装在所述底盘框架上，所述提升机构的上端安装移动平台系统，所述移动平台系统上安装工业照相机和第二控制柜，所述第二控制柜与工业照相机双向通讯，所述第一控制柜和第二控制柜均通过通讯系统与工控机双向通讯，所述工控机内部加载图像识别系统；所述北斗系统接收机包括用于实现粗定位的基站接收机和移动站接收机，所述移动站接收机安装在第二控制柜内，所述移动站接收机和工控机通过通讯线缆双向通讯，所述基站接收机安装在无人巡检车的起点位置处。所述底盘框架采用铝方管拼接而成，各个铝方管之间通过四孔连接片连接，底盘框架的四个内角处安装用于增强整个底盘框架结构的刚性L型连接件；底盘框架的正面后部架设两根横向的第一铝型材，底盘框架正面前部的一侧固定第一控制柜，第一控制柜通过控制线控制驱动系统，第一控制柜内侧的底盘框架上通过螺栓连接绞盘，绞盘上缠绕钢丝绳，钢丝绳绕到提升机构上，提升机构通过螺栓固定在第一铝型材上。所述驱动系统包括驱动直流电机，驱动直流电机的输出端与第一行星减速器的输入端相连，第一行星减速器的输出端与齿轮换向器的输入端相连，齿轮换向器分两端输出，两个输出端分别通过钢管与驱动轮卡盘相连，驱动轮卡盘通过轴承座固定，轴承座通过螺栓连接固定在铝方管背面，驱动轮卡盘的后端安装驱动轮；底盘框架上设有左右对称的从动系统，从动系统包括从动轴支架，从动轴支架通过螺栓固定在底盘框架的背面，从动轴支架的侧面焊接从动轴，从动轴通过轴承与从动轮配合。所述内侧框架上套设中间框架，所述中间框架上套设外侧框架，所述外侧框架的两侧自上而下通过铆钉铆接三根横向的用于攀爬的L型铝型材，外侧框架的顶部四个角安装内凹槽型滑轮轴承组，内凹槽型滑轮轴承组从外侧抵住中间框架，中间框架底部的四个角安装外凸槽型滑轮轴承组，外凸槽型滑轮轴承组从内侧抵住外侧框架，中间框架的顶部四个角安装内凹槽型滑轮轴承组，内凹槽型滑轮轴承组从外侧抵住内侧框架，内侧框架底部的四个角安装外凸槽型滑轮轴承组，外凸槽型滑轮轴承组从内侧抵住中间框架；所述外侧框架的底部上安装第一定滑轮，外侧框架的顶部上安装第二定滑轮，所述中间框架的底部相对的两侧上分别安装第三定滑轮、第八定滑轮，中间框架的顶部相对的两侧上分别安装第四定滑轮、第七定滑轮，所述内侧框架的底部相对的两侧上分别安装第五定滑轮、第六定滑轮；所述内侧框架的顶部通过螺栓安装移动平台系统。所述移动平台系统包括两个三角架，两个三角架通过螺栓安装在内侧框架的顶端，两个三角架之间架设第二控制柜，三角架的背面安装横向铝型材框架，横向铝型材框架上安装第一直线滑动单元，横向铝型材框架内侧设有横移直流电机，横移直流电机的输出端与第二行星减速器的输入端相连，第二行星减速器的输出端通过第一联轴器连接第一丝杠，第一丝杠通过第一铝板固定，第一丝杠通过第一丝杠螺母连接竖向铝型材框架，竖向铝型材框架的背面安装第一直线滑动单元，竖向铝型材框架正面的两根竖向铝型材上通过螺栓安装第二直线滑动单元，竖向铝型材框架内侧设有竖直直流电机，竖直直流电机的输出端与第三行星减速器的输入端相连，第三行星减速器的输出端通过第二联轴器连接第二丝杠，第二丝杠通过第二铝板固定，第二丝杠上通过第二丝杠螺母安装在日字型铝型材框架上，日字型铝型材框架与竖向铝型材框架的第二直线滑动单元连接，日字型铝型材框架上部安装第三铝板，第三铝板上搭载工业照相机。本专利技术的另一目的在于提供一种基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统的自动定位方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）采集接触网立柱相对于无人巡检车起点位置的数据，包括距离数据和角度数据，并将该数据保存在数据库中；（2）开启自动运行模式，工控机通过北斗定位系统得到无人巡检车的当前位置信息，并根据该位置信息查询数据库以获得下一预定停车位置的信息，无人巡检车加速至额定速度，然后保持匀速行驶；北斗系统接收机实时获取无人巡检车的当前位置信息，并将当前位置信息发送至工控机；（3）工控机内的移动站接收机对当前位置信息实时处理，当无人巡检车与预定停车位置的距离X小于20米时，无人巡检车开始减速，逐渐靠近预定停车位置，无人巡检车速度越来越小，直至X小于设定误差ρ，无人巡检车停车实现粗定位；（4）粗定位后，启动工业照相机，工业照相机采集图像，采集的照片发送至工控机；工控机内的图像处理系统开始对采集的照片进行处理，图像处理的过程依次为：灰度化处理、截取图片、二值化、图像膨胀、图像腐蚀、边缘检测和Hough变换；（5）工控机根据图像处理的结果计算预定停车位置与无人巡检车的实际距离X，控制驱动直流电机驱动无人巡检车实现精定位，无人巡检车准确停车。所述步骤（1）中，采集接触网立柱相对于无人巡检车起点位置的数据具体是指：将基站接收机固定在无人巡检车的起点后，人工利用遥控器控制无人巡检车运动至预定停车位置附近，利用遥控器控制工业照相机采集图片，工控机对工业照相机采集的图片进行处理，根据图片处理的结果，工控机发送控制指令控制无人巡检车自动精确定位到预定停车位置，再利用遥控器将当前自动定位的位置数据存入数据库，再利用遥控器控制无人巡检车运动至下一预定停车位置，重复上述过程，直至完成位置数据的采集工作。所述精定位是指无人巡检车在接触网立柱中心位置±20mm的范围内停车，具体是指，工业照相机对接触网立柱进行拍照，经过图像处理后能找到接触网的立柱特征在该照片中的像素位置，而该像素位置和无人巡检车距离立柱的横向距离之间存在一一对应关系，工控机根据图像处理的结果即立柱特征在照片中的像素位置计算预定停车位置与无人检修车之间的实际距离X，控制驱动直流电机驱动无人巡检车实现精定位，无人巡检车准确停车。由上述技术方案可知，本专利技术通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，其特征在于：包括无人巡检车、工控机和北斗系统接收机，所述无人巡检车包括用于实现在铁轨上行走的底盘系统、用于实现在垂直高度上的升降的提升机构以及用于对接触网系统进行拍照的移动平台系统；所述底盘系统包括底盘框架，其上安装驱动系统和第一控制柜；所述提升机构包括外侧框架、中间框架和内侧框架；所述提升机构的下端安装在所述底盘框架上，所述提升机构的上端安装移动平台系统，所述移动平台系统上安装工业照相机和第二控制柜，所述第二控制柜与工业照相机双向通讯，所述第一控制柜和第二控制柜均通过通讯系统与工控机双向通讯，所述工控机内部加载图像识别系统；所述北斗系统接收机包括用于实现粗定位的基站接收机和移动站接收机，所述移动站接收机安装在第二控制柜内，所述移动站接收机和工控机通过通讯线缆双向通讯，所述基站接收机安装在无人巡检车的起点位置处。

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，其特征在于：包括无人巡检车、工控机和北斗系统接收机，所述无人巡检车包括用于实现在铁轨上行走的底盘系统、用于实现在垂直高度上的升降的提升机构以及用于对接触网系统进行拍照的移动平台系统；所述底盘系统包括底盘框架，其上安装驱动系统和第一控制柜；所述提升机构包括外侧框架、中间框架和内侧框架；所述提升机构的下端安装在所述底盘框架上，所述提升机构的上端安装移动平台系统，所述移动平台系统上安装工业照相机和第二控制柜，所述第二控制柜与工业照相机双向通讯，所述第一控制柜和第二控制柜均通过通讯系统与工控机双向通讯，所述工控机内部加载图像识别系统；所述北斗系统接收机包括用于实现粗定位的基站接收机和移动站接收机，所述移动站接收机安装在第二控制柜内，所述移动站接收机和工控机通过通讯线缆双向通讯，所述基站接收机安装在无人巡检车的起点位置处。2.根据权利要求1所述的基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，其特征在于：所述底盘框架采用铝方管拼接而成，各个铝方管之间通过四孔连接片连接，底盘框架的四个内角处安装用于增强整个底盘框架结构的刚性L型连接件；底盘框架的正面后部架设两根横向的第一铝型材，底盘框架正面前部的一侧固定第一控制柜，第一控制柜通过控制线控制驱动系统，第一控制柜内侧的底盘框架上通过螺栓连接绞盘，绞盘上缠绕钢丝绳，钢丝绳绕到提升机构上，提升机构通过螺栓固定在第一铝型材上。3.根据权利要求1所述的基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，其特征在于：所述驱动系统包括驱动直流电机，驱动直流电机的输出端与第一行星减速器的输入端相连，第一行星减速器的输出端与齿轮换向器的输入端相连，齿轮换向器分两端输出，两个输出端分别通过钢管与驱动轮卡盘相连，驱动轮卡盘通过轴承座固定，轴承座通过螺栓连接固定在铝方管背面，驱动轮卡盘的后端安装驱动轮；底盘框架上设有左右对称的从动系统，从动系统包括从动轴支架，从动轴支架通过螺栓固定在底盘框架的背面，从动轴支架的侧面焊接从动轴，从动轴通过轴承与从动轮配合。4.根据权利要求1所述的基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，其特征在于：所述内侧框架上套设中间框架，所述中间框架上套设外侧框架，所述外侧框架的两侧自上而下通过铆钉铆接三根横向的用于攀爬的L型铝型材，外侧框架的顶部四个角安装内凹槽型滑轮轴承组，内凹槽型滑轮轴承组从外侧抵住中间框架，中间框架底部的四个角安装外凸槽型滑轮轴承组，外凸槽型滑轮轴承组从内侧抵住外侧框架，中间框架的顶部四个角安装内凹槽型滑轮轴承组，内凹槽型滑轮轴承组从外侧抵住内侧框架，内侧框架底部的四个角安装外凸槽型滑轮轴承组，外凸槽型滑轮轴承组从内侧抵住中间框架；所述外侧框架的底部上安装第一定滑轮，外侧框架的顶部上安装第二定滑轮，所述中间框架的底部相对的两侧上分别安装第三定滑轮、第八定滑轮，中间框架的顶部相对的两侧上分别安装第四定滑轮、第七定滑轮，所述内侧框架的底部相对的两侧上分别安装第五定滑轮、第六定滑轮；所述内侧框架的顶部通过螺栓安装移动平台系统。5.根据权利要求1所述的基于北斗的接触网无人巡检车的自动定位系统，其特征在于：所述移动平台系统包括两个三角架，两个三角架通过螺栓安装在内侧框架的顶端，两个三角架之间架...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴焱明，许林，朱家诚，吴天星，许海波，蒋正顺，吴彬，苗凯，王吉祥，杨少锋，武林，朱文义，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34