一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，包括轨面检测组件，其可转动连接机器人底盘，用于检测铁轨上表面的平顺性；轨腰检测组件，其连接机器人底盘，用于检测轨腰形变。分别对于铁轨表面易出现的平顺性差、轨腰易出现的形变进行专项检测，检测效率高。本发明专利技术还公开了巡检机器人的检测方法，利用自定心原理计算机器人驱动轮心的坐标轨迹识别缺陷点，利用轨腰两侧的受力情况反推轨腰曲面半径的分布情况，进而识别形变位点，方法可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人
本专利技术涉及铁轨检测
，特别涉及一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人。
技术介绍
我国高速铁路的快速发展给铁路基础设施的状态维护和安全保障带来挑战，铁轨是铁路轨道的主要组成部件，直接承受轮对传来的压力，长期使用过程中出现缺陷损伤和材料退化影响其服役性能且威胁形成安全，铁轨应力、疲劳和缺陷等故障引起的铁轨变形、腐蚀会导致列车出轨、倾覆的重大事故，进而造成人员伤亡和巨大财产损失，随着高铁行车密度增加、行车速度提高，铁轨的负荷和受到挤压和冲击程度，铁轨故障和发生损伤的概率增大，因此有必要提出一种常态化铁轨巡检机器人。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，通过轨面检测组件和轨腰检测组件分别对于铁轨表面易出现的平顺性差、轨腰易出现的形变进行专项检测。本专利技术还有一个目的是提供了巡检机器人的检测方法，利用自定心原理计算机器人驱动轮心的坐标轨迹识别缺陷点，利用轨腰两侧的受力情况反推轨腰曲面半径的分布情况，进而识别形变位点。本专利技术的技术方案为：一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，包括：轨面检测组件，其可转动连接机器人底盘，用于检测铁轨上表面的平顺性；轨腰检测组件，其连接机器人底盘，用于检测轨腰形变。优选的是，轨面检测组件包括：第一驱动轮，其能够在一侧铁轨上表面转动行走；第二驱动轮，其与第一驱动轮同轴设置，能够在另一侧铁轨上表面转动行走；伸缩杆，其设置在第一驱动轮与第二驱动轮之间，且具有多个扭力传感器，以获取伸缩杆的斜距和方位坐标；第一定位球，其设置在伸缩杆的一端，且可转动连接第一驱动轮；第二定位球，其设置在伸缩杆的另一端，且可转动连接第二驱动轮；其中，第一驱动轮和第二驱动轮转动，能够带动所述伸缩杆伸缩和/或扭转。优选的是，轨腰检测组件包括：第一齿轮；第二齿轮，其与第一齿轮同轴设置；第一夹臂，其可转动连接机器人底盘，且一端与第一齿轮啮合；第一夹块，其连接第一夹臂的另一端，且与轨腰一侧过渡配合；第二夹臂，其可转动连接机器人底盘，且一端与第二齿轮啮合；第二夹块，其连接第二夹臂的另一端，且与轨腰另一侧过渡配合；多个压力传感器，其阵列设置在夹块的一侧，以获得夹块的切向力；其中，第一夹块和第二夹块趋近或退离能够带动第一齿轮和第二齿轮转动。优选的是，平顺性的检测方法包括：以伸缩杆静定心中点为原点，建立直角坐标系，并获取扭力传感器的坐标信息；计算扭力传感器的量测偏差，并用量测偏差补正坐标信息；分别计算第一驱动轮和第二驱动轮的轮心坐标，并绘制轮心轨迹曲线方程；轨迹曲线方程的拐点即为轨面的缺陷点。优选的是，扭力传感器的量测偏差的公式为：Zi(t)＝Hi(t)x(t)+ei(t)+vi(t)其中，Zi表示第i个扭力传感器量测，t表示采样时刻，x(t)表示运动状态向量，x(t)＝A(t)x(t-1)+w(t)，Hi表示量测矩阵，A(t)表示状态矩阵，w(t)表示零均值，v(t)表示随机量测噪声，e表示系统误差，(xs,ys)表示扭力传感器的初始坐标，er表示测距误差，eθ表示测角误差。优选的是，轮心轨迹方程为：其中，X表示横轴值，Y表示纵轴值，(X0,Y0)表示轮心初始坐标，τ表示轴心瞬时速度，r0驱动轮的半径，Fd表示伸缩杆端面压力，F表示驱动轮静压力，ε表示偏心率，α表示水平角，β表示竖直角，ΔL表示伸缩杆长度增量，l1表示斜距，l2表示偏心距γ表示偏位角。优选的是，轨腰形变的检测方法包括：获取压力传感器的切向力数据，计算轨腰的曲面半径；通过双线性差值法生成曲面半径分布曲线；采用差分法筛选形变位点。优选的是，曲面半径的计算公式为：Rj＝Msinψ+Rj,res；其中，Rj表示j点的轨腰曲面半径，ψres表示第一夹臂与第二夹臂的夹角，ψ表示第一夹臂与第二夹臂的初始夹角，Rres表示轨腰的基础半径，M表示轨腰中心点直径，D1表示第一齿轮的外径，D2表示第二齿轮的外径，θ表示第一齿轮的转角，表示第二齿轮的转角，μ表示第一夹臂的位移响应参数，δ表示第二夹臂的位移响应参数。优选的是，双线内插法包括：取单点坐标周围的4个邻点，进行线性内插，内插方程为：其中，(dRX,dRY)表示偏移量转换值，(RX1,RY1)表示原偏移量，表示邻点偏移量平均值，(a,b)表示平移参数，a0＝X0，b0＝Y0a1＝cosθ，b1＝sinθ，优选的是，采用差分法筛选形变位点包括：将相邻采样时刻的分布曲线相减，得到瞬时位移半径增量；将瞬时位移半径增量的绝对值大于绝对增量的点作为轨腰形变位点；绝对增量的公式为：其中，mi表示第i个压力传感器的测量误差，n表示压力传感器的数量，ρ表示铁轨密度，Ω表示膨胀系数，Φ表示铁轨硬度。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，通过轨面检测组件和轨腰检测组件分别对于铁轨表面易出现的平顺性差、轨腰易出现的形变进行专项检测，检测效率高。本专利技术还提供了巡检机器人的检测方法，利用自定心原理计算机器人驱动轮心的坐标轨迹识别缺陷点，利用轨腰两侧的受力情况反推轨腰曲面半径的分布情况，进而识别形变位点，方法可靠。本专利技术本的于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，在进行轨面平顺性检测时，进行了系统误差的估算，对传感器的量测数据进行补正，检测准确率高。附图说明图1为本专利技术提供的一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人示意图。图2为本专利技术的一个实施例中轨面检测组件的结构示意图。图3为本专利技术的一个实施例中轨腰检测组件的结构示意图。图4为本专利技术的一个实施例中平顺性的检测方法流程图。图5为本专利技术的一个实施例中轨腰形变的检测方法流程图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，还需要说明的是，在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，其特征在于，包括：/n轨面检测组件，其可转动连接机器人底盘，用于检测铁轨上表面的平顺性；/n轨腰检测组件，其连接所述机器人底盘，用于检测轨腰形变。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，其特征在于，包括：
轨面检测组件，其可转动连接机器人底盘，用于检测铁轨上表面的平顺性；
轨腰检测组件，其连接所述机器人底盘，用于检测轨腰形变。


2.如权利要求1所述的基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，其特征在于，所述轨面检测组件包括：
第一驱动轮，其能够在一侧铁轨上表面转动行走；
第二驱动轮，其与所述第一驱动轮同轴设置，能够在另一侧铁轨上表面转动行走；
伸缩杆，其设置在所述第一驱动轮与所述第二驱动轮之间，且具有多个扭力传感器，以获取伸缩杆的斜距和方位坐标；
第一定位球，其设置在所述伸缩杆的一端，且可转动连接所述第一驱动轮；
第二定位球，其设置在所述伸缩杆的另一端，且可转动连接所述第二驱动轮；
其中，所述第一驱动轮和所述第二驱动轮转动，能够带动所述所述伸缩杆伸缩和/或扭转。


3.如权利要求2所述的基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，其特征在于，所述轨腰检测组件包括：
第一齿轮；
第二齿轮，其与所述第一齿轮同轴设置；
第一夹臂，其可转动连接所述机器人底盘，且一端与所述第一齿轮啮合；
第一夹块，其连接所述第一夹臂的另一端，且与所述轨腰一侧过渡配合；
第二夹臂，其可转动连接所述机器人底盘，且一端与所述第二齿轮啮合；
第二夹块，其连接所述第二夹臂的另一端，且与所述轨腰另一侧过渡配合；
多个压力传感器，其阵列设置在所述夹块的一侧，以获得所述夹块的切向力；
其中，所述第一夹块和所述第二夹块趋近或退离能够带动所述第一齿轮和所述第二齿轮转动。


4.如权利要求3所述的基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，其特征在于，所述平顺性的检测方法包括：
以伸缩杆静定心中点为原点，建立直角坐标系，并获取所述扭力传感器的坐标信息；
计算所述扭力传感器的量测偏差，并用所述量测偏差补正所述坐标信息；
分别计算所述第一驱动轮和所述第二驱动轮的轮心坐标，并绘制轮心轨迹曲线方程；
所述轨迹曲线方程的拐点即为轨面的缺陷点。


5.如权利要求4所述的基于双轨道定心检测的铁轨巡检机器人，其特征在于，所述扭力传感器的量测偏差的公式为：
Zi(t)＝Hi(t)x(t)+ei(t)+vi(t)






其中，Zi表示第i个扭力传感器量测，t表示采样时刻，x(t)表示运动状态向量，x(t)＝A(t)x(t-1)+w(t)，Hi表...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓成呈，熊俊杰，吴海腾，黎勇跃，
申请(专利权)人：杭州申昊科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33