多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人及其工作方法技术
Multifunctional railway track and power supply cable cleaning robot and its working method
The invention relates to a multi-function railway track and power supply cable cleaning robot, including the moving chassis of the track and cable cleaning robot, the train avoidance deformation mechanism, the track cleaning and garbage cleaning mechanism, the cleaning and detection mechanism of power supply cable, the energy acquisition mechanism, the environmental parameter collection mechanism, the control mechanism, and the function load. The multifunctional railway track and power supply cable cleaning robot can clean and recycle the power supply cable on the railway track and the upper part of the railway, and increase the energy supply and collection function and the function of the snow removal, and realize the early identification, judgment, warning and even drive of the foreign object invasion of the railway system. By doing so, it can carry out all directional real-time detection, information collection, real-time information sharing and intelligent management of railway tracks.
【技术实现步骤摘要】
多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人及其工作方法
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人及其工作方法。
技术介绍
随着高铁和动车速度的提升，列车及乘客面临的风险也越来越大，这些风险主要来自驾驶员、调度员、铁路轨道环境和外部运行环境等。比如驾驶员失误、调度员失职等行为，但是这些风险因素均为可通过严谨的职业培训和调度制度减少甚至避免。但由于铁路轨道环境及列车外部运行环境造成的风险却较难解决。铁路垃圾的清理效果不明显，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，垃圾极易进入防护网内部的铁路轨道上，会将外部垃圾引入铁路轨道上，垃圾进入轨道后会产生很严重的后果：当垃圾落在轨道上，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。现有的铁路轨道机器人功能极为有限，主要侧重某一方面的性能，例如侧重底盘运动性能、巡检功能、垃圾清理功能等，绝大多数专利技术均未考虑机器人与列车并发工作模式的问题；且机器人当前还不具备对供电电缆进行清洁、清理以及检测等功能，也不具备对铁路轨道及供电电缆进行除雪除冰等功能；机器人由于需要长时间运行在铁轨上，能源的供给问题也是实际应用中要考虑的问题，这些难题都将为机器人在铁轨上的实际应用带来巨大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人及其工作方法。本专利技术解...
【技术保护点】
多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，其特征在于，多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，包括轨道与线缆清洁机器人移动底盘、列车避让变形机构、轨道清洁与垃圾清理机构、供电电缆清洁与探伤机构、能源获取机构、环境参数采集机构、控制机构、功能载荷机构，列车避让变形机构安装于轨道与线缆清洁机器人移动底盘的一侧，轨道清洁与垃圾清理机构、供电电缆清洁与探伤机构、能源获取机构、环境参数采集机构、控制机构、功能载荷机构均安装于线缆清洁机器人移动底盘上；轨道与线缆清洁机器人移动底盘包括清洁机器人移动底盘车体、清洁机器人底盘驱动部件、清洁机器人轮系部件、清洁机器人能源部件，清洁机器人移动底盘车体外形为框架结构，上部为平板结构，内部设置有清洁机器人底盘驱动部件、清洁机器人能源部件，下端连接并固定清洁机器人轮系部件，清洁机器人底盘驱动部件为伺服驱动电机，包含四套，分别对清洁机器人轮系部件中的四个车轮进行驱动，清洁机器人轮系部件为车轮和轮轴结构，数量为四套，分别对称地安装在清洁机器人移动底盘车体的两侧前后位置处，清洁机器人轮系部件的轮轴分别连接清洁机器人底盘驱动部件中的伺服驱动电机，清洁机器人能源部件为大容量锂离子电...
【技术特征摘要】
1.多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，其特征在于，多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，包括轨道与线缆清洁机器人移动底盘、列车避让变形机构、轨道清洁与垃圾清理机构、供电电缆清洁与探伤机构、能源获取机构、环境参数采集机构、控制机构、功能载荷机构，列车避让变形机构安装于轨道与线缆清洁机器人移动底盘的一侧，轨道清洁与垃圾清理机构、供电电缆清洁与探伤机构、能源获取机构、环境参数采集机构、控制机构、功能载荷机构均安装于线缆清洁机器人移动底盘上；轨道与线缆清洁机器人移动底盘包括清洁机器人移动底盘车体、清洁机器人底盘驱动部件、清洁机器人轮系部件、清洁机器人能源部件，清洁机器人移动底盘车体外形为框架结构，上部为平板结构，内部设置有清洁机器人底盘驱动部件、清洁机器人能源部件，下端连接并固定清洁机器人轮系部件，清洁机器人底盘驱动部件为伺服驱动电机，包含四套，分别对清洁机器人轮系部件中的四个车轮进行驱动，清洁机器人轮系部件为车轮和轮轴结构，数量为四套，分别对称地安装在清洁机器人移动底盘车体的两侧前后位置处，清洁机器人轮系部件的轮轴分别连接清洁机器人底盘驱动部件中的伺服驱动电机，清洁机器人能源部件为大容量锂离子电池，安装在清洁机器人移动底盘车体上。2.如权利要求1所述的多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，其特征在于，所述列车避让变形机构包括变形机构基体、变形驱动机构、压力感知阵列；变形机构基体包括第一折叠臂、第二折叠臂、第三折叠臂、第四折叠臂、轴套；第一折叠臂包括第一折叠臂摆轴、第一折叠臂轴套和第一折叠臂主体、第一折叠臂配重块、第一折叠臂重心调节滑台，第一折叠臂摆轴为长轴结构，两端通过支架安装固定在第一折叠臂主体的左侧，第一折叠臂轴的长度与第一折叠臂主体的宽度一致，套接在轴套的基体轴套上并绕基体轴套转动；第一折叠臂轴套为筒状空心结构，套接在第二折叠臂摆轴上并能够相对转动，第一折叠臂轴套通过支架安装在第一折叠臂主体的右侧，且第一折叠臂轴套的宽度与第一折叠臂主体的宽度一致；第一折叠臂主体为第一折叠臂的主体，第一折叠臂主体为长方体内镂空框架结构，由长度不同的方形合金组成；第一折叠臂配重块为长条结构，材质为铅块，安装在第一折叠臂重心调节滑台的滑块上，第一折叠臂重心调节滑台安装在第一折叠臂主体内部；第二折叠臂包括第二折叠臂摆轴、第二折叠臂轴套、第二折叠臂主体、第二折叠臂配重块、第二折叠臂重心调节滑台，第二折叠臂摆轴为长轴结构，两端通过支架安装固定在第二折叠臂主体的左侧，第二折叠臂摆轴的长度与第二折叠臂主体的宽度一致，第二折叠臂摆轴套接在第一折叠臂轴套上并绕第一折叠臂轴套转动；第二折叠臂轴套为筒状空心结构，套接在第三折叠臂摆轴上并能够相对转动，第二折叠臂轴套通过支架安装在第二折叠臂主体的右侧，且第二折叠臂轴套的宽度与第二折叠臂主体的宽度一致；第二折叠臂主体为第二折叠臂的主体，第二折叠臂主体为长方体内镂空框架结构，由长度不同的方形合金组成；第二折叠臂配重块为长条结构，材质为铅块，安装在第二折叠臂重心调节滑台的滑块上，第二折叠臂重心调节滑台安装在第二折叠臂主体内部；第三折叠臂包括第三折叠臂摆轴、第三折叠臂轴套、第三折叠臂主体、第三折叠臂配重块、第三折叠臂重心调节滑台，第三折叠臂摆轴为长轴结构，两端通过支架安装固定在第三折叠臂主体的左侧，第三折叠臂摆轴的长度与第三折叠臂主体的宽度一致，第三折叠臂摆轴套接在第二折叠臂轴套上并能绕第二折叠臂轴套转动；第三折叠臂轴套为筒状空心结构，套接在第三折叠臂摆轴上并能相对转动；第三折叠臂轴套通过支架安装在第三折叠臂主体的右侧，且第三折叠臂轴套的宽度与第三折叠臂主体的宽度一致；第三折叠臂主体为第三折叠臂的主体，第三折叠臂主体为长方体内镂空框架结构，由长度不同的方形合金组成；第三折叠臂配重块为长条结构，材质为铅块，安装在第三折叠臂重心调节滑台的滑块上，第三折叠臂重心调节滑台安装在第三折叠臂主体内部；第四折叠臂包括第四折叠臂摆轴、第四折叠臂主体、第四折叠臂配重块、第四折叠臂重心调节滑台，第四折叠臂摆轴为长轴结构，两端通过支架安装固定在第四折叠臂主体的左侧，第四折叠臂摆轴的长度与第四折叠臂主体的宽度一致，第四折叠臂摆轴套接在第三折叠臂轴套上并能绕第三折叠臂轴套转动；第四折叠臂主体为第四折叠臂的主体，第四折叠臂主体为长方体内镂空框架结构，由长度不同的方形合金组成；第四折叠臂配重块为长条结构，材质为铅块，安装在第四折叠臂重心调节滑台的滑块上，第四折叠臂重心调节滑台安装在第四折叠臂主体内部；轴套包括基体轴套和支撑板，基体轴套为筒状空心结构，基体轴套安装在支撑板上，支撑板数量为两套，对称水平放置，中间设置有透孔以安装基体轴套，支撑板对称安装在清洁机器人移动底盘车体右侧框架中央处；变形驱动机构包括第一折叠臂驱动伺服电机、第二折叠臂驱动伺服电机、第三折叠臂驱动伺服电机、第四折叠臂驱动伺服电机，第一折叠臂驱动伺服电机安装在第一折叠臂摆轴与基体轴套的结合部，第一折叠臂驱动伺服电机的转轴连接第一折叠臂摆轴，第一折叠臂驱动伺服电机的外连接固定在基体轴套上；第二折叠臂驱动伺服电机安装在第二折叠臂摆轴与第一折叠臂轴套结合部，第二折叠臂驱动伺服电机的转轴连接第二折叠臂摆轴，第二折叠臂驱动伺服电机的外壳连接固定在第一折叠臂轴套上；第三折叠臂驱动伺服电机安装在第三折叠臂摆轴与第二折叠臂轴套的结合部，第三折叠臂驱动伺服电机的转轴连接第三折叠臂摆轴，第三折叠臂驱动伺服电机的外壳连接固定在第二折叠臂轴套上；第四折叠臂驱动伺服电机安装在第四折叠臂摆轴与第三折叠臂轴套的结合部，第四折叠臂驱动伺服电机的转轴连接第四折叠臂摆轴，第四折叠臂驱动伺服电机的外壳则连接固定在第三折叠臂轴套上；压力感知阵列包括第一压力传感阵列、第二压力传感阵列、第三压力传感阵列、第四压力传感阵列，第一压力传感阵列、第二压力传感阵列、第三压力传感阵列、第四压力传感阵列分别安装在第一折叠臂、第二折叠臂、第三折叠臂和第四折叠臂的底部，并分别形成压力感知阵列，同时第一压力传感阵列、第二压力传感阵列、第三压力传感阵列、第四压力传感阵列均与控制模块连接。3.如权利要求2所述的多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，其特征在于，所述轨道清洁与垃圾清理机构包括铁轨附着物清洁机构、铁轨垃圾吸附机构；铁轨附着物清洁机构包括轨道高压喷头、轨道高压喷头供气管道、清洁擦、清洁擦垂向位移电机、轨道清洁高压气泵、附着物清洁机构支架，轨道高压喷头数量为两套，分别连接在清洁擦垂向位移电机的伸缩轴上，轨道高压喷头位于铁轨垃圾吸附机构的后方，轨道高压喷头连接轨道高压喷头供气管道；轨道高压喷头供气管道同样为两套，分别连接左右两侧的轨道高压喷头，轨道高压喷头供气管道末端连接轨道清洁高压气泵；清洁擦数量为两套，分别连接至清洁擦垂向位移电机的伸缩轴上；清洁擦垂向位移电机数量为两套，清洁擦垂向位移电机的伸缩轴分别连接左右两套轨道高压喷头和清洁擦，清洁擦垂向位移电机的驱动电机通过附着物清洁机构支架固定在轨道与线缆清洁机器人移动底盘的前方两侧；轨道清洁高压气泵数量为一套，安装设置在轨道与线缆清洁机器人移动底盘中，且轨道清洁高压气泵有两个入口，分别连接两根轨道高压喷头供气管道；附着物清洁机构支架为杆状结构，末端连接固定在轨道与线缆清洁机器人移动底盘的前方，首端连接固定轨道高压喷头、清洁擦、清洁擦垂向位移电机；铁轨垃圾吸附机构包括高压吸盘、高压吸管、高压涡轮风机、过滤网、垃圾回收箱、垃圾吸附机构支架，铁轨垃圾吸附机构安装在清洁机器人的最前端，高压吸盘为方形倒锥形结构，通过所垃圾吸附机构支架安装在轨道与线缆清洁机器人移动底盘的前方，高压吸盘上端设置有透孔，透孔上端连接高压吸管，高压吸管为管状折叠塑料管，首端连接高压吸盘，末端连接高压涡轮风机，高压涡轮风机为大功率风机，安装在垃圾回收箱的入口前端，高压涡轮风机入风口连接高压吸管，出风口连接垃圾回收箱，过滤网安装在垃圾回收箱的出口处，垃圾回收箱为方体结构，内部中空，垃圾回收箱设置有垃圾入口和气流出口，垃圾入口连接高压涡轮风机，气流出口设置有过滤网，垃圾吸附机构支架为杆状结构，安装在轨道与线缆清洁机器人移动底盘的前方，垃圾吸附机构支架首端连接固定有高压吸盘。4.如权利要求3所述的多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，其特征在于，所述供电电缆清洁与探伤机构包括供电电缆清洁头、供电电缆垃圾清理爪、供电电缆清洁支臂、横向微调装置、功能切换机构、垃圾识别机构、电缆探伤机构；供电电缆清洁头包括电缆高压喷头、供电电缆清洁毛刷、供电电缆清洁板、压力传感器、电缆高压喷头供气管、电缆清洁高压气泵，电缆高压喷头安装在功能切换杆的功能支臂的最前端，电缆高压喷头连接电缆高压喷头供气管，电缆高压喷头供气管连接电缆清洁高压气泵，供电电缆清洁毛刷安装在供电电缆清洁板内部，供电电缆清洁板安装在电缆高压喷头所在的功能支臂的后端处，供电电缆清洁板内部设置有供电电缆清洁毛刷，压力传感器安装在供电电缆清洁板的内壁上；供电电缆垃圾清理爪包括供电电缆垃圾清理机械爪、机械爪驱动舵机，供电电缆垃圾清理机械爪为柔性机械爪，供电电缆垃圾清理机械爪通过支架安装在功能切换杆的功能支臂上，机械爪驱动舵机安装在供电电缆垃圾清理机械爪的本体上，供电电缆垃圾清理机械爪通过机械爪驱动舵机驱动，机械爪驱动舵机还连接驱动模块中的机械爪舵机驱动模块；供电电缆清洁支臂包括供电电缆清洁第一支杆、供电电缆清洁第一支杆驱动电机、供电电缆清洁第二支杆、供电电缆清洁第二支杆驱动电机、供电电缆清洁第三支杆、供电电缆清洁第三支杆驱动电机、清洁支臂末端平衡驱动电机、垂向支撑台，供电电缆清洁第一支杆为长条杆状结构，底部通过转轴和轴套设置在轨道与线缆清洁机器人移动底盘上，供电电缆清洁第一支杆的下端连接有供电电缆清洁第一支杆驱动电机，通过供电电缆清洁第一支杆驱动电机的正反转动，带动供电电缆清洁第一支杆相对轨道与线缆清洁机器人移动底盘发生角度变化；供电电缆清洁第一支杆的顶端设置有供电电缆清洁第二支杆，供电电缆清洁第二支杆的末端和供电电缆清洁第一支杆的顶端通过转轴和轴套的形式连接，供电电缆清洁第二支杆的末端和供电电缆清洁第一支杆的顶端连接处设置有供电电缆清洁第二支杆驱动电机，通过供电电缆清洁第二支杆驱动电机的正反转动，带动供电电缆清洁第二支杆相对供电电缆清洁第一支杆发生角度变换；供电电缆清洁第二支杆的顶端设置有供电电缆清洁第三支杆，供电电缆清洁第二支杆的顶端和供电电缆清洁第三支杆的末端通过转轴和轴套的形式连接，供电电缆清洁第三支杆的末端和供电电缆清洁第二支杆的顶端连接处设置有供电电缆清洁第三支杆驱动电机，通过供电电缆清洁第三支杆驱动电机的正反转动，带动供电电缆清洁第三支杆相对供电电缆清洁第二支杆发生角度变换；供电电缆清洁第三支杆的顶端，还设置有清洁支臂末端平衡驱动电机，清洁支臂末端平衡驱动电机的转轴连接垂向支撑台，通过清洁支臂末端平衡驱动电机的转动，带动垂向支撑台发生角度变化，垂向支撑台上还连接固定有功能切换机构；供电电缆清洁第一支杆驱动电机、所述供电电缆清洁第二支杆驱动电机、供电电缆清洁第三支杆驱动电机以及清洁支臂末端平衡驱动电机均连接驱动模块中的供电电缆清洁支臂驱动模块；支臂横向微调装置包括支臂横向调节水平滑台、支臂横向调节驱动电机，支臂横向调节水平滑台安装在轨道与线缆清洁机器人移动底盘上，横向放置，支臂横向调节水平滑台的一侧安装有支臂横向调节驱动电机，通过支臂横向调节驱动电机的调节作用，带动支臂横向调节水平滑台的滑块左右移动，供电电缆清洁支臂安装在支臂横向调节水平滑台的滑块上，支臂横向调节驱动电机还连接驱动模块中的支臂横向微调驱动模块；功能切换机构包括功能切换杆、功能切换电机，功能切换杆包括内部的转盘和外部的功能支臂，转盘中央连接固定功能切换电机，功能支臂共三根，均匀分布在转盘周围，功能切换杆中的三根功能支臂分别依次连接供电电缆清洁头、供电电缆垃圾清理爪、电缆探伤机构，功能切换电机本体安装固定在垂向支撑台上，功能切换电机还连接驱动模块中的功能切换驱动模块；垃圾识别机构为垃圾识别双目摄像机，通过支架安装在供电电缆清洁第三支杆的末端处，垃圾识别机构信号输出端口连接控制模块；电缆探伤机构为整套的金属探伤仪，安装在功能切换杆的一个功能支臂上，电缆探伤机构连接控制模块，并将检测到的供电电缆异常信号发送至控制模块中。5.如权利要求4所述的多功能铁路轨道与供电电缆清洁机器人，其特征在于，所述能源获取机构包括接触网取电机构、风能捕获机构、太阳能捕获机构；接触网取电机构包括供电电缆受电弓、供电采集伸缩杆、采集伸缩杆驱动电机、全向弹簧，供电电缆受电弓上方设置有滑板，与供电电缆进行接触和取电，供电电缆受电弓还通过线缆与电源稳压模块中的电网取电变压整流电路连接，供电电缆受电弓下端连接固定在全向弹簧的顶部；供电采集伸缩杆为套接连接的多节垂直可伸缩结构，供电采集伸缩杆的每节伸缩结构底部还设置有采集伸缩杆驱动电机，通过分别驱动每个采集伸缩杆驱动电机，对供电采集伸缩杆中每节伸缩结构进行伸缩控制；采集伸缩杆驱动电机与驱动模块中的采集伸缩杆驱动模块连接并受其驱动控制；全向弹簧为柔性弹簧，全向弹簧的顶端安装在供电电缆受电弓上，全向弹簧的末端安装在供电采集伸缩杆的顶端处；风能捕获机构包括风能捕获风轮、风能捕获发电机、风能捕获全回转驱动电机，风能捕获...
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