轨道车辆车底检测机器人及其检测方法技术

本发明专利技术涉及车辆检测技术领域，提供了轨道车辆车底检测机器人及其检测方法，包括主控系统、行走结构、手柄、检测模块和移动终端；手柄通过主控系统遥控控制检测机器人，主控系统将检测模块所测车底数据通过无线传输至移动终端，移动终端对数据处理并识别故障；行走结构的越障能力强，增强了对机车轨道的适应性，可适应含道砟的轨道；特殊的自平衡结构，保证了对轨道车辆车底图像采集的平整性，有利于图像的获取和故障识别。本发明专利技术可对常见的轨道车辆车底故障进行自动识别和显示。

【技术实现步骤摘要】
轨道车辆车底检测机器人及其检测方法
本专利技术涉及车辆检测
，尤其涉及轨道车辆车底检测机器人及其检测方法。
技术介绍
近年来，随着轨道车辆相关技术的日益成熟，高铁、动车等轨道车辆凭借其快速、安全、准时等独特的优势逐渐成为生活中极为重要的出行和运输方式。然而，轨道车辆作为一个复杂系统，服役中发生的故障也更为复杂，致使传统人工检测方法遭遇了新的挑战。尤其在车辆运行过程中，车底出现螺栓脱落、异物附着、防松丝断裂、部件变形等突发故障时，随车机械师需要爬入空间狭小的车底进行故障排查，车底复杂的结构和繁多的部件降低了机械师的工作效率，增加了工作难度。因此，为提高随车机械师故障排查效率，减轻工作强度，专利技术一款协助人工进入车底完成故障排查的机器人具有重要的实际意义，这将有助于避免重大安全事故的发生，保障乘客和工作人员的人身财产安全。
技术实现思路
本专利技术旨在至少克服上述现有技术的缺点与不足其中之一，提供一种轨道车辆车底检测机器人及其检测方法，用以辅助随车机械师进行轨道车辆车底故障检测，提高检测效率。本专利技术目的一个方面，提供了一种轨道车辆车底检测机器人，包括：主控系统、行走结构、手柄、检测模块和移动终端，所述主控系统和检测模块设于所述行走结构上，所述主控系统和检测模块分别与所述行走结构连接；所述手柄用于通过所述主控系统控制所述行走结构的动作，所述检测模块用于采集轨道车辆车底数据，所述主控系统用于接收所述手柄的控制信号进行相应的控制操作，和将所述检测模块所测轨道车辆车底数据发送至移动终端，所述移动终端用于对所述轨道车辆车底数据进行数据处理并识别故障；所述行走结构包括履带式左轮、履带式右轮和车体，所述履带式左轮和履带式右轮用于驱动所述车体行走；所述履带式左轮、履带式右轮均呈一定角度安装在所述车体上；所述检测模块包括红外摄像头和自平衡结构，所述红外摄像头用于采集轨道车辆车底的图像，所述自平衡结构用于利用重力保持所述红外摄像头在检测机器人运动过程中处于水平姿态。优选地，所述自平衡结构包括球铰和位于所述球铰外部的外球体，所述车体上设有承重杆，所述承重杆穿过球铰以使所述自平衡结构安装在车体上；所述红外摄像头固定在所述外球体上，并在所述外球体下端固定重物。优选地，所述球铰两端设置有防滑丝。优选地，所述检测模块还包括与所述红外摄像头平行安装的加速度传感器，所述加速度传感器用于检测所述红外摄像头的姿态是否处于水平状态。优选地，所述加速度传感器通过计算夹角的大小判断摄像头是否处于水平状态，其计算的夹角由α、β、γ构成且当α、β、γ在-6°～6°时，判断红外摄像头处于水平状态，计算方法为：其中，α、β、γ分别为自然坐标系X、Y、Z与加速度传感器Ax、Ay、AZ的夹角，Ax、Ay、AZ为加速度传感器所测三个方向的加速度大小。优选地，所述检测模块还包括测距传感器，所述测距传感器用于监测机器人与轨道两根铁轨之间的距离；和/或红外测温传感器，所述红外测温传感器用于监测轨道车辆车底的温度；所述红外摄像头和红外测温传感器安装在所述自平衡结构上，并且所述红外摄像头和红外测温传感器的测量方向一致。优选地，所述主控系统包括单片机、锂电池、驱动模块、第一无线通信模块、射频和若干电机；所述单片机与所述检测模块、锂电池、驱动模块、无线通信模块和射频连接，所述驱动模块还与所述若干电机连接，所述若干电机分别与所述履带式左轮或履带式右轮连接；所述锂电池还与所述驱动模块连接，用于对所述单片机和驱动模块供电；所述单片机用于接收所述检测模块采集的轨道车辆车底数据，并通过所述无线通信模块将数据传输至所述移动终端；所述驱动模块用于驱动所述电机产生转动从而带动所述履带式左轮和/或履带式右轮转动。优选地，所述履带式左轮包括履带式左前臂轮和履带式左平底轮，所述履带式右轮包括履带式右前臂轮和履带式右平底轮，所述履带式左前臂轮通过所述左轮固定梁呈一定角度安装在所述车体上，所述履带式右前臂轮通过所述右轮固定梁呈一定角度安装在所述车体上，所述履带式左平底轮和履带式右平底轮平行安装在所述车体上，所述履带式左轮和履带式右轮的结构对称；优选地，所述履带式左前臂轮和履带式右前臂轮包括第一履带、第一从动轮和第一主动轮，所述履带式左平底轮和履带式右平底轮包括第二履带、第二主动轮、导向轮和若干支重轮。优选地，所述履带式左前臂轮和履带式左平底轮呈30°～75°夹角，所述履带式右前臂轮和履带式右平底轮呈30°～75°夹角。优选地，所述手柄包括第一摇杆、第二摇杆和MODE键，所述MODE键用于建立所述手柄和主控系统的连接；所述第一摇杆和第二摇杆用于均往前推时使所述履带式左轮和履带式右轮都往前转动从而带动所述检测机器人往前行走，均往后推时使所述履带式左轮和履带式右轮都往后转动从而带动所述检测机器人往后行走，以及所述第一摇杆或第二摇杆单独往前推时，所述检测机器人往右转或往左转。优选地，所述移动终端包括第二无线通信模块、存储模块和显示界面。移动终端负责接收和储存检测模块采集到的数据，并对故障点进行识别和显示。本专利技术目的另一个方面，提供了一种轨道车辆车底检测机器人的检测方法，包括：通过手柄将控制信号发送至主控系统，主控系统根据所述控制信号对行走结构进行相应的行走操作；所述行走结构在行走时，检测模块采集轨道车辆车底数据：通过自平衡结构利用重力保持所述红外摄像头在检测机器人运动过程中处于水平姿态，通过红外摄像头采集轨道车辆车底的图像数据并传输至主控系统；所述主控系统接收检测模块采集的数据，并将所述数据传输至移动终端；所述移动终端对所述数据进行数据处理并识别故障。本专利技术可至少取得如下有益效果其中之一：1、本专利技术利用手柄通过主控系统遥控控制检测机器人，主控系统将检测模块所测车底数据通过无线传输至移动终端，移动终端对数据处理并识别故障。结构原理简单，操作方便。2、本专利技术的行走结构中，采用与车体呈一定角度的履带式左轮和履带式右轮，增加了行走结构对机车轨道的适应性，越障能力强，可适应含道砟的轨道。3、本专利技术采用特殊的自平衡结构，保证了对轨道车辆车底图像采集的平整性，有利于图像的获取和故障识别。4、本专利技术可对常见的轨道车辆车底故障进行自动识别和显示。附图说明图1为本专利技术优选实施例的控制系统主框图；图2为本专利技术优选实施例的车体、主控系统与检测模块组合图；图3为本专利技术优选实施例的小车概貌图；图4为本专利技术优选实施例的履带式车轮结构图；图5为本专利技术优选实施例的移动终端数据处理流程图；图6为本专利技术优选实施例的手柄结构示意图；图7为本专利技术优选实施例的自平衡结构示意图；图8为本专利技术优选实施例的移动终端显示界面示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例中的附图，对本专利技术的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，包括：主控系统(1)、行走结构(2)、手柄(5)、检测模块(3)和移动终端(4)，所述主控系统(1)和检测模块(3)设于所述行走结构(2)上，所述主控系统(1)和检测模块(3)分别与所述行走结构(2)连接；所述手柄(5)用于通过所述主控系统(1)控制所述行走结构(2)的动作，所述检测模块(3)用于采集轨道车辆车底数据，所述主控系统(1)用于接收所述手柄(5)的控制信号进行相应的控制操作，和将所述检测模块(3)所测轨道车辆车底数据发送至移动终端(4)，所述移动终端(4)用于对所述轨道车辆车底数据进行数据处理并识别故障；/n所述行走结构(2)包括履带式左轮(2.1)、履带式右轮(2.2)和车体(2.5)，所述履带式左轮(2.1)和履带式右轮(2.2)用于驱动所述车体(2.5)行走，所述履带式左轮(2.1)、履带式右轮(2.2)均呈一定角度安装在所述车体(2.5)上；/n所述检测模块(3)包括红外摄像头(3.2)和自平衡结构(3.5)，所述红外摄像头(3.2)用于采集轨道车辆车底的图像，所述自平衡结构(3.5)用于利用重力保持所述红外摄像头(3.2)在检测机器人运动过程中处于水平姿态。/n...

【技术特征摘要】
1.轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，包括：主控系统(1)、行走结构(2)、手柄(5)、检测模块(3)和移动终端(4)，所述主控系统(1)和检测模块(3)设于所述行走结构(2)上，所述主控系统(1)和检测模块(3)分别与所述行走结构(2)连接；所述手柄(5)用于通过所述主控系统(1)控制所述行走结构(2)的动作，所述检测模块(3)用于采集轨道车辆车底数据，所述主控系统(1)用于接收所述手柄(5)的控制信号进行相应的控制操作，和将所述检测模块(3)所测轨道车辆车底数据发送至移动终端(4)，所述移动终端(4)用于对所述轨道车辆车底数据进行数据处理并识别故障；
所述行走结构(2)包括履带式左轮(2.1)、履带式右轮(2.2)和车体(2.5)，所述履带式左轮(2.1)和履带式右轮(2.2)用于驱动所述车体(2.5)行走，所述履带式左轮(2.1)、履带式右轮(2.2)均呈一定角度安装在所述车体(2.5)上；
所述检测模块(3)包括红外摄像头(3.2)和自平衡结构(3.5)，所述红外摄像头(3.2)用于采集轨道车辆车底的图像，所述自平衡结构(3.5)用于利用重力保持所述红外摄像头(3.2)在检测机器人运动过程中处于水平姿态。


2.根据权利要求1所述的轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，所述自平衡结构(3.5)包括球铰(2.7)和位于所述球铰(2.7)外部的外球体(2.8)，所述车体(2.5)上设有承重杆(2.6)，所述承重杆(2.6)穿过球铰(2.7)以使所述自平衡结构(3.5)安装在车体(2.5)上；所述红外摄像头(3.2)固定在所述外球体(2.8)上，并在所述外球体(2.8)下端固定重物。


3.根据权利要求1所述的轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，所述检测模块(3)还包括与所述红外摄像头(3.2)平行安装的加速度传感器(3.1)，所述加速度传感器(3.1)用于检测红外摄像头(3.2)的姿态是否处于水平状态。


4.根据权利要求3所述的轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，所述加速度传感器通过计算夹角的大小判断摄像头是否处于水平状态，其计算的夹角由α、β、γ构成，计算方法为：









其中，α、β、γ分别为自然坐标系X、Y、Z与加速度传感器Ax、Ay、AZ的夹角，Ax、Ay、AZ为加速度传感器所测三个方向的加速度大小；
判断方法为：当α、β、γ在-6°～6°时，判断红外摄像头(3.2)处于水平状态。


5.根据权利要求1所述的轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，所述检测模块(3)还包括测距传感器(3.3)，所述测距传感器(3.3)用于监测机器人与轨道两根铁轨之间的距离；和/或
所述检测模块(3)还包括红外测温传感器(3.4)，所述红外测温传感器(3.4)用于监测轨道车辆车底的温度；所述红外摄像头(3.2)和红外测温传感器(3.4)安装在所述自平衡结构(3.5)上，并且所述红外摄像头(3.2)和红外测温传感器(3.4)的测量方向一致。


6.根据权利要求1所述的轨道车辆车底检测机器人，其特征在于，所述主控系统(1)包括单片机(1.5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，丁瀛，宋京伟，余杨杨，彭嘉潮，王西亚，曾环宇，黄海亮，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36