移动式图像采集装置及高速列车一级检修智能辅助系统的制作方法

本发明属于轨道车辆技术领域，涉及列车检修技术，具体地说，涉及一种移动式图像采集装置及高速列车一级检修智能辅助系统，主要应用于车辆的一级检修。

背景技术：

为了实现车辆运营的安全性，高速列车行驶至一定公里数后，需要对车辆进行以及检修。国内现有的几种高速列车如CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380等型号的高速列车均需按照铁路运营相关标准执行一级检修作业。承担一级检修作业的单位为动车车辆段运用所，一级检修作业内容主要是对车辆外观、零部件外观以及车辆设备工作状态的检测。现有的作业方式是人工检查作业，其中，对车下转向架部分的检查所用时间为1小时左右，占整个一级检修作业时间的50％以上。采用人工检修存在以下问题：

1、由于多数车辆均在夜间入库，检修人员在夜间作业时，不可避免地会出现疲劳现象，又因转向架结构复杂，检修人员在地沟中以从下往上观察的视角进行检修，视野受限，某些比较隐蔽的零部件难以被检查到，从而造成漏检现象，车辆运行存在安全隐患。

2、一级检修车下、车侧检查作业时，检修人员通过带录像功能的手电筒录制检查录像，录制的视频资料作为检查过程记录保存至动车所内资料存储系统服务器中，为评估检修作业质量提供依据。但此种视频资料对视频分析师以及检修质量监督人员对检修进行质量鉴定时存在以下问题：

(1)视频为动态演示过程，为复核潜在故障信息，视频分析师必须完整的看完整个录像内容，影响工作效率。

(2)视频质量较低，影响故障信息判断。

(3)视频内容包含的检查点信息不全面，受时间限制影响，车下作业人员无法将所检测到的所有信息全部记录在视频中，因此，视频分析师以及质量监督人员难以全面了解车辆故障信息。

3、一级检修车下作业开始之前，由于没有经过初期检查，检修人员对车下的故障状态没有全面评估，检修作业过程中无法做到重点检修，检修效率低。

4、人工检修过程中发现的问题需要检修人员另行拍照，填写故障报告单、检修申请单、领料单等，整个过程需要办理大量手续，并且从检查出故障到解决故障整个过程所产生的所有资料文件需要另行录入存档，缺少电子工单及时派发管理系统，耗费人力物力，效率较低。

目前，车辆检修采用一种动车组运行故障动态图像检测系统，简称TEDS系统。该系统利用在轨边安装面阵和线阵组合摄像头，自动采集并分析运行动车组走行部、制动配件、底架悬吊件、钩缓连接、车体两侧裙板、转向架、踏面、轮缘、轮辋等部位图像，并对异常图像进行分级报警。同时，利用图像传输与处理加速技术，在占用较低网络带宽条件下将异常报警信息及大容量图像数据实时传输至本地或异地动车运用所内报警终端，人工仅需对异常报警信息进行人工确认即可，极大地减少了动态作业人员配备数量和作业时间，提高了动车组运行的安全防范水平。

但上述系统还存在以下问题：

1、拍摄的零部件视觉范围较小，例如只能拍摄到轮轴的底部照片，无法拍摄到轮轴的顶部照片，同样对转向架顶部无法拍摄，对牵引电机、制动夹钳、刹车盘、闸片、牵引拉杆、研磨块、油压减振器、空气弹簧、转向架顶部管线等关键零部件、关键位置、关键附件如螺栓等存在漏拍现象；

2、为使照片检测信息含量尽量突出关键位置，整幅照片中存在零部件变形的问题，提高了人工复核难度。

3、由于转向架零部件表面存在水迹、污点、人工标记等干扰因素，影响系统自动判断故障，造成系统误报率较高。

4、目前若该系统安装在动车所，则只能对车辆出入库进行检查，并没有对高速列车一级修作业进行针对性的开发。

由此可见，目前的高速列车一级修人工作业方式存在人员占用率大、检修效率低，检修质量无法保证的问题，缺少一款针对高速列车一级修作业开发的智能辅助系统，实现一级修作业的高度智能化、信息化。

技术实现要素：

本发明针对现有高速列车一级检修车下、车侧检查作业存在的检修效率低、漏检率高、人员占用率大等上述问题，提供了一种检修效率高、漏检率低、自动化作业的基于移动式图像采集的移动式图像采集装置及高速列车一级检修智能辅助系统。

为了达到上述目的，本发明提供了一种移动式图像采集装置，包括AGV小车，所述AGV小车上设有升降装置，所述升降装置上安装有图像采集机器人；所述图像采集机器人包括机器人本体和安装于机器人本体上的机器臂，所述机器臂的端部安装有图像采集单元。

优选的，所述升降装置包括垂直安装于AGV小车上的直线导轨、安装于直线导轨上的升降平台以及与升降平台连接的伺服电机，所述机器人本体安装于升降平台上。

优选的，所述机器臂包括安装于机器人本体上的摆动结构、与摆动结构连接的伸缩机构以及与伸缩机构连接的旋转机构，所述图像采集单元安装于所述旋转机构的端部，所述旋转机构与安装于机器人本体上的旋转电机连接。

优选的，所述图像采集单元包括安装于旋转机构端部的相机和光源，以及安装于相机上的镜头。

进一步的，所述移动式图像采集装置还包括用于AGV小车定位和转向架底部图像采集的双目相机以及用于监控所述移动式图像采集装置工作状态的视频监控相机。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种高速列车一级检修智能辅助系统，包括控制单元和通过通信网络与控制单元进行数据传输的执行单元；所述控制单元包括用于控制执行单元及存储管理数据的管理服务器和用于存储被检测车辆检修数据的数据服务器；所述执行单元包括：移动式图像采集装置，用于采集转向架各组成部件的图像，并将图像传输至数据服务器；以及固定式图像采集装置，用于采集转向架底部及侧面图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器。

进一步的，所述执行单元还包括车辆定位装置，所述车辆定位装置包括车轮传感器和车号识别装置，所述车轮传感器安装于轨道上，用于车辆位置定位、车辆速度测量以及为所述固定式图像采集装置提供开机信号，所述车号识别装置安装于轨道外侧，用于读取车辆编号。

优选的，所述固定式图像采集装置包括分布于轨道两侧的图像采集箱以及位于轨道中间的图像采集单元，所述图像采集箱用于采集车辆行驶过时转向架两侧的图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器，所述图像采集单元用于采集车辆行驶过时转向架底部的图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器。

优选的，所述管理服务器设有：

安全监控模块，用于现场工作录像监控、图像采集机器人工作状态监控、整个智能辅助系统的电压和电流监控以及安装于图像采集机器人的机器人本体关节处的压力传感器力值监控；

设备管理与控制模块，用于所述智能辅助系统的控制参数设置及管理；

检修运用管理模块，包括综合分析模块和检修管理模块，所述综合分析模块用于对执行单元采集的转向架图像数据汇总、故障判别及汇总、出具检测报告以及月度汇总；所述检修管理模块用于对动车所或动车段内的检修计划、派发工单以及历史工单记录进行统一管理；

标准化管理模块，包括车辆属性管理模块、故障标准管理模块以及预警管理模块，所述车辆属性管理模块用于管理车辆型号库、转向架参数库以及转向架标准图像库，所述故障标准管理模块用于管理故障等级及故障标准参数设置，所述预警管理模块用于磨耗件尺寸到限值设置。

优选的，所述数据服务器设有综合检测信息模块，用于将执行单元采集到的转向架图像进行处理及存储管理。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明提供的移动式图像采集装置，结构简单，设计有AGV小车、升降装置和图像采集机器人，AGV小车调节图像采集机器人水平方向的位置(即调节水平移动距离)，升降装置同时调节图像采集机器人竖直和水平方向的位置(即调节高度和水平移动距离)，图像采集机器人调节机器臂的角度，使移动式图像采集装置具有较高的自由度；通过AGV小车、升降装置及图像采集机器人的动作能够将图像采集单元伸入至车下与转向架上表面之间的有限空间，实现对转向架多个部件多个角度采集图片，最大限度的采集转向架几乎所有的转向架组成部件的图片，减小了一级检修车下作业漏检概率。

(2)本发明提供的AGV小车上安装的双目相机可以弥补TEDS系统只能动态采集转向架底部照片的缺点，该双目相机安装于AGV小车上可以静态的、受人工控制的采集转向架底部关键部位图像。

(3)本发明提供的高速列车一级检修智能辅助系统采用移动式图像采集装置与固定式图像采集装置相结合的形式对一级检修车下、车侧进行检修作业，能够采集到现有人工检修和TEDS系统检修等采集不到的转向架图像，增加了40％-50％的转向架检修面积，极大地减小了一级检修车下作业漏检概率。

(4)本发明提供的高速列车一级检修智能辅助系统安装于动车所、动车段等高速车辆运用检修场所，用于高速列车一级检修车下、车侧检修作业过程中转向架部件的图像自动采集、自动故障报警及维修工单派发和检修管理等工作，最大程度的实现高速列车一级检修车下、车侧检查作业的自动化及信息化，避免了人工检查过程中出现因疲劳、疏忽造成的故障漏检现象，极大地提高了检修质量以及检修效率。

(5)本发明提供的高速列车一级检修智能辅助系统，设计的固定式图像采集装置安装于车辆入库前段轨道上及轨道两旁，车辆入库过程中对转向架底部、侧面首先进行图像采集以及故障判断，一级检修开始之前，将故障判断结果发送给检修人员，为检修人员提供重点检修内容，提高检修率。

(6)本发明提供的高速列车一级检修智能辅助系统，设计的控制单元包括管理服务器和数据服务器，管理服务器中设有控制及管理模块，数据服务器中设有存储模块，能够为动车所提供具有可追溯性、直观的运行状态数据库，该数据库以三维模型以及图片、数据的形式存档，所述智能辅助系统根据此数据库能够实现故障存储、统计、分析以及预计功能，极大地提高了用户对于一级检修故障管理的信息化程度。

附图说明

图1为本发明一实施例所述移动式图像采集装置的结构图。

图2为本发明一实施例中所述图像采集机器人的结构图。

图3为本发明另一实施例中所述图像采集机器人的结构图。

图4为本发明一实施例中所述升降装置的结构示意图。

图5为本发明某一实施例中所述AGV小车和升降装置的结构示意图。

图6为本发明图4的A-A向视图。

图7为本发明某一实施例所述移动式图像采集装置的结构图。

图8为本发明一实施例高速列车一级检修智能辅助系统的原理图。

图9为本发明一实施例固定式图像采集装置的结构示意图。

图10为本发明另一实施例高速列车一级检修智能辅助系统的原理图。

图11为本发明某一实施例高速列车一级检修智能辅助系统的平面布置示意图。

1、AGV小车，2、升降装置，21、直线导轨，22、升降平台，23、伺服电机，24、水平移动导轨，25、水平移动平台，3、图像采集机器人，31、机器人本体，32、机器臂，321、摆动机构，322、伸缩机构,323、旋转机构，324、单元模组，325、柔性驱动绳，326、图像采集单元安装座，33、图像采集单元，4、双目相机，5、视频监控相机，6、移动式图像采集装置，7、固定式图像采集装置，71、图像采集箱，72、图像采集单元，8、车辆定位装置，9、通信、供电电缆，10、车辆段维修库，11、被检车辆，12、被测转向架。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1，本发明一实施例提供了一种移动式图像采集装置，包括AGV小车1，所述AGV小车1上设有升降装置2，所述升降装置2上安装有图像采集机器人3；所述图像采集机器人包括机器人本体31和安装于机器人本体31上的机器臂32，所述机器臂32的端部安装有图像采集单元33。

参见图2，所述图像采集机器人3包括机器人本体31、机器臂32和图像采集单元33，所述机器臂32包括安装于机器人本体31上的摆动机构321、与摆动机构321连接的伸缩机构322，所述图像采集单元33安装于所述伸缩机构322的伸缩端。上述图像采集机器人的设计，结构简单，可靠性高，适用于检测空间较大的工况。主要为图像采集单元提供安装平台，携带图像采集单元伸入车辆转向架内部采集各部件、各位置的图像。

为了有效地避免图像采集机器人与车厢及内部结构的碰撞干涉，在本发明一实施例中，参见图3，所述图像采集机器人3包括机器人本体31、机器臂32和图像采集单元33，所述机器臂32为由柔性驱动绳325依次串联连接多个单元模组324组成的柔性结构体，其中第一级单元模组安装于机器人本体31，最后一级单元模组设有用于安装图像采集单元的图像采集单元安装座326。在本发明一优选实施例中，所述每个单元模组为中空，能够有效减少图像采集机器人的整体重量，相邻两个单元模组之间通过万向节连接，能够使整体机器臂沿各个方向弯曲。在本发明一优选实施例中，每个单元模组沿弯曲方向两侧均设有柔性驱动绳，其中一侧的柔性驱动绳连接电机，另一侧的柔性驱动绳与弹簧相连，实现复位功能。本发明上述实施例中的图像采集机器人适应于空间狭小以及弯曲通道多的转向架检测。

为了实现图像采集机器人的上下移动，调节图像采集机器人的高度，在本发明一优选实施例中，参见图4，所述升降装置2包括垂直安装于AGV小车1上的直线导轨21、安装于直线导轨21上的升降平台22以及与升降平台22连接的伺服电机23，所述机器人本体安装于升降平台上。

为了实现图像采集机器人的上下移动，调节图像采集机器人的高度，在本发明另一优选实施例中，所述升降装置包括垂直设于AGV小车上的直线滑槽、安装于滑槽内的升降平台以及与升降平台连接的伺服电机，所述机器人本体安装于升降平台上。

为了实现图像采集机器人的左、右移动，在本发明一实施中，参见图5、图6，所述升降平台22上设有水平移动导轨24和安装于水平移动导轨24上的水平移动平台25，所述图像采集机器人安装于水平移动平台上，所述水平移动平台连接伺服电机26，由伺服电机26驱动水平移动平台25在水平移动滑轨24上左、右移动。

为了避免因污渍、人工标记等因素对故障自动判断带来的干扰，提高所述移动式图像采集装置对故障自动判断的准确率，在本发明一实施例中，所述图像采集单元包括安装于伸缩机构伸缩端的相机和光源，以及安装于相机上的镜头。在本发明一优选实施例中，所述相机内设有二维图像采集模组和三维图像采集模组，既能采集到转向架各组成部件的三维图像，又能采集到高清的二位图像，可实现各组成部件尺寸自动测量机表面信息自动检测。

为了驱动旋转机构进行旋转，实现图像采集单元的角度变换，在本发明一优选实施例中，所述旋转机构与安装于机器人本体上的旋转电机连接。

为了监控AGV小车的位置及整个移动式图像采集装置的工作状态，并采集转向架底部的图像，在本发明一实施例中，参见图7，所述移动式图像采集装置还包括用于AGV小车定位和转向架底部图像采集的双目相机4以及用于监控所述移动式图像采集装置工作状态的视频监控相机5。

参见图8，本发明另一实施例提供了一种高速列车一级检修智能辅助系统，包括控制单元和通过通信、供电电缆与控制单元进行数据传输的执行单元；所述控制单元包括用于控制执行单元及存储管理数据的管理服务器和用于存储被检测车辆检修数据的数据服务器；所述执行单元包括：移动式图像采集装置，用于采集转向架各组成部件的图像，并将图像传输至数据服务器；以及固定式图像采集装置，用于采集转向架底部及侧面图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器。其中，所述移动式图像采集装置采用上述实施例中图1所示的移动式图像采集装置。

为了提高检修效率，获取车辆入库前段转向架的底部和侧面的图像采集及故障判断，在本发明一优选实施例中，参见图9，所述固定式图像采集装置包括分布于轨道两侧的图像采集箱71以及位于轨道中间的图像采集单元72，所述图像采集箱用于采集车辆行驶过时转向架两侧的图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器，所述图像采集单元用于采集车辆行驶过时转向架底部的图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器。

为了实现控制单元对执行单元的控制与管理，在本发明一优选实施例中，所述管理服务器设有：

安全监控模块，用于现场工作录像监控、图像采集机器人工作状态监控、整个智能辅助系统的电压和电流监控以及安装于图像采集机器人的机器人本体关节处的压力传感器力值监控；

设备管理与控制模块，用于所述智能辅助系统的控制参数设置及管理；

检修运用管理模块，包括综合分析模块和检修管理模块，所述综合分析模块用于对执行单元采集的转向架图像数据汇总、故障判别及汇总、出具检测报告以及月度汇总；所述检修管理模块用于对动车所或动车段内的检修计划、派发工单以及历史工单记录进行统一管理；

标准化管理模块，包括车辆属性管理模块、故障标准管理模块以及预警管理模块，所述车辆属性管理模块用于管理车辆型号库、转向架参数库以及转向架标准图像库，所述故障标准管理模块用于管理故障等级及故障标准参数设置，所述预警管理模块用于磨耗件尺寸到限值设置。

为了实现对移动式图像采集装置和固定式图像采集装置采集的图像信息进行处理机存储，在本发明一优选实施例中，所述数据服务器设有综合检测信息模块，用于将执行单元采集到的转向架图像进行处理及存储管理。

为了获取车辆的位置信息及编号，在本发明又一实施例提供的一种高速列车一级检修智能辅助系统中，参见图10，所述执行单元还包括车辆定位装置，所述车辆定位装置包括车轮传感器和车号识别装置，所述车轮传感器安装于轨道上，用于车辆位置定位、车辆速度测量以及为所述固定式图像采集装置提供开机信号，所述车号识别装置安装于轨道外侧，用于读取车辆编号。

上述实施例所述的高速列车一级检修智能辅助系统对车辆转向架进行一级检修时，参见图11，移动式图像采集装置设置在车辆段维修库内，固定式图像采集装置安装在车辆入库前段轨道旁，图中箭头所指的方向为行车方向。车辆在入库过程以一定的速度通过固定式图像采集装置，在触发车辆定位装置时后，固定式图像采集装置开始工作，采集车辆转向架底部以及侧面图像，并将图像通过通信网络传输至数据服务器。车辆入库，待工作人员完成接车作业、插设防护号志、故障交接、放电、接触网断电等工作后，移动式图像采集装置通电启动，并沿地沟直线行走，通过双目相机获取的图像，由管理服务器控制AGV小车行走自动定位到转向架底部，按照预先设置好的路径完成转向架各组成部件的图像自动采集工作，并将数据通过通信网络传输至数据服务器内。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。