一种可分离型母子结构机器人系统与巡检方法

1.本发明涉及动车组巡检和机器人技术领域，尤其涉及一种可分离型母子结构机器人系统与巡检方法。


背景技术：

2.随着轨道交通行业的不断发展，对铁路安全巡检的需求加大，对于动车组而言，其底部和侧面都是需要巡检的对象，作业范围较大，如果使用人工进行巡检，其效率比较低下，而且现场环境比较恶劣，因此需要更为智能化的巡检系统和方法。
3.现有技术中，通常采用巡检机器人来对动车组进行巡检，并对巡检过程中使用采集传感器对巡检点进行图像采集与分析。然而对于动车组的底面和侧面的巡检系统和方法，现有的技术分别采用两套独立的系统和两种巡检方法来实现底部和侧面的巡检，这样的系统不仅在硬件资源上存在极大的浪费，装置复杂，而且两套系统和巡检方法的开发成本也很高，极大提高了轨道交通车辆的维护成本。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的在于提供一种可分离型母子结构机器人系统，以解决轨道交通巡检机器人成本高和功能单一的问题。
5.本发明的第二个目的在于提供一种可分离型母子结构机器人巡检方法，以解决轨道交通巡检过程需要两套设备分别对动车组的车底和侧面进行巡检导致的巡检成本高的问题。
6.为达到第一个目的，本发明提供一种可分离型母子结构机器人系统，包括：
7.有轨小车，所述有轨小车上设有第一巡检组件和第一定位组件，所述有轨小车位于动车组下方的巡检轨道上以对所述动车组进行底部巡检；
8.移动机械臂，所述移动机械臂设有两个，所述移动机械臂上设有第二巡检组件、第二定位组件和第三巡检组件；在进行所述动车组的底部巡检时，两个所述移动机械臂分别位于所述有轨小车的前端和后端，在进行所述动车组的侧面巡检时，两个所述移动机械臂与所述有轨小车分离并沿所述动车组的两个侧面行走进行侧面巡检。
9.可选地，所述有轨小车的前端和后端分别设有两组可伸缩式垫板，当所述移动机械臂位于所述有轨小车上时，两组所述可伸缩式垫板为收缩状态，当两组所述可伸缩式垫板朝向所述有轨小车的两侧展开伸出时，能够与所述巡检轨道两侧路面之间建立连接通道，所述移动机械臂能够通过所述连接通道达到所述动车组的两侧以进行侧面巡检。
10.可选地，所述可分离型母子结构机器人系统还包括车载计算平台，所述车载计算平台设于所述有轨小车上，所述车载计算平台能够与所述第一巡检组件、所述第一定位组件和所述第二巡检组件通信连接。
11.可选地，所述可分离型母子结构机器人系统还包括清洁机构，所述清洁机构固定于所述有轨小车上并设于所述有轨小车的前端和后端，所述清洁机构与所述巡检轨道对应
设置。
12.可选地，所述移动机械臂设有移动计算平台，所述移动计算平台与所述第二巡检组件、所述第二定位组件和所述第三巡检组件通信连接。
13.可选地，所述第一定位组件和所述第二定位组件，均包括多个2d相机、多个3d相机和多个测距传感器。
14.可选地，所述第一巡检组件、所述第二巡检组件和所述第三巡检组件，均包括拾音器、多个所述2d相机和多个所述3d相机。
15.可选地，所述第二巡检组件设于所述移动机械臂的顶端，所述第二定位组件和所述第三巡检组件设于所述移动机械臂的底座，所述移动机械臂的底端固定在所述底座上。
16.本发明的可分离型母子结构机器人系统，通过有轨小车上设置可分离的移动机械臂，侧面巡检时，移动机械臂能够离开有轨小车，实现车底巡检和侧面巡检共用移动机械臂及其第二巡检组件，解决了轨道交通巡检机器人成本高和功能单一的问题。
17.为达到第二个目的，本发明提供一种可分离型母子结构机器人巡检方法，根据本发明提供的可分离型母子结构机器人系统，所述可分离型母子结构机器人巡检方法包括如下步骤：
18.s1，有轨小车沿巡检轨道从车底起始点向车底终点行走，第一定位组件对所述车底起始点和所述车底终点分别定位，第一巡检组件对动车组进行车底一次巡检；
19.s2，所述有轨小车正向行走到达所述车底终点后反向行走，所述第一定位组件对所述动车组的车底巡检位进行定位，第二巡检组件对所述车底巡检位进行车底二次巡检；
20.s3，所述有轨小车反向行走达到所述车底起始点后停止，移动机械臂与所述有轨小车分离并行驶至所述动车组的侧面；
21.s4，所述移动机械臂从侧面起始点向侧面终点行走，第二定位组件对所述动车组的所述侧面起始点和所述侧面终点分别进行定位，第三巡检组件对所述动车组进行侧面一次巡检；
22.s5，所述移动机械臂到达所述侧面终点后反向行走，所述第二定位组件对所述动车组的侧面巡检位进行定位，所述第二巡检组件对所述侧面巡检位进行侧面二次巡检；
23.s6，所述移动机械臂反向行走至所述侧面起始点后停止，所述移动机械臂回到所述有轨小车。
24.可选地，在步骤s1和步骤s2中，当所述有轨小车正向行走和反向行走时，所述有轨小车两端的清洁机构为启动状态，所述清洁机构对所述巡检轨道进行清洁。
25.本发明的有益效果：
26.本发明的可分离型母子结构机器人巡检方法，通过在有轨小车上设置可分离的移动机械臂，在车底巡检时，移动机械臂上的第二巡检组件能够对车底巡检位进行车底二次巡检，在侧面巡检时，移动机械臂上的第二巡检组件能够对侧面巡检位进行侧面二次巡检，因此实现了移动机械臂的利用率，便于降低车底巡检和侧面巡检的总成本，提高巡检效率。
附图说明
27.图1是本发明的一种可分离型母子结构机器人系统的结构示意图(可伸缩式垫板伸出状态)；
28.图2是本发明的一种可分离型母子结构机器人系统的结构示意图(可伸缩式垫板缩回状态)；
29.图3是本发明的一种可分离型母子结构机器人系统中移动机械臂的结构示意图；
30.图4是本发明的一种可分离型母子结构机器人巡检方法流程图。
31.图中：
32.1、有轨小车；11、第一定位组件；12、第一巡检组件；13、可伸缩式垫板；14、清洁机构；15、防撞激光雷达；
33.2、移动机械臂；21、第二定位组件；22、第二巡检组件；23、第三巡检组件；24、底座；25、六轴机械臂。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
35.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
38.本发明实施例提供一种可分离型母子结构机器人系统与巡检方法，通过可分离型母子结构机器人，使得在对动车组进行巡检时，采用一套设备按需分离功能模块的形式就可以实现对动车组车底和侧面的分别巡检，进而利于降低车底巡检和侧面巡检的总成本，减少设备成本，降低人工参与度，提高巡检效率。
39.如图1所示，本发明实施例提供的一种可分离型母子结构机器人系统，包括有轨小车1和移动机械臂2，有轨小车1上设有第一巡检组件12和第一定位组件11，有轨小车1位于动车组下方的巡检轨道上以对动车组进行底部巡检；移动机械臂2设有两个，移动机械臂2上设有第二巡检组件22、第二定位组件21和第三巡检组件23；在进行动车组的底部巡检时，两个移动机械臂2分别位于有轨小车1的前端和后端，在进行动车组的侧面巡检时，两个移动机械臂2与有轨小车1分离并沿动车组的两个侧面行走进行侧面巡检。
40.需要解释说明的是，有轨小车1也称轨道式引导小车，即rgv(rail guided vehicle)。有轨小车1的前端和后端分别是相对于有轨小车1沿巡检轨道的行走方向的前后端，由于有轨小车1在巡检过程中有正向和反向行走，因此前端和后端是可以互换的对称设置。本发明的可分离型母子结构机器人系统，通过在有轨小车1上设置可分离的移动机械臂2，侧面巡检时，移动机械臂2能够离开有轨小车1，实现车底巡检和侧面巡检共用移动机械臂2及其上设置的第二巡检组件22，解决了轨道交通巡检机器人成本高和功能单一的问题。根据动车组的巡检需要，动车组的车底部设置地沟，地沟内设置巡检轨道，有轨小车1设于巡检轨道上可以沿巡检轨道行走，第一定位组件11用于在车底巡检时对车底起始点和车底终点进行定位，以便确定车底巡检的两端，还用于在车巡检时对车底巡检位即转向架位置进行定位；第一巡检组件12在有轨小车1正向行走过程进行车底一次巡检，包括采集图像信息和声纹数据等，第二巡检组件22能够对车底巡检位即转向架进行车底二次巡检，包括对转向架详细的巡检信息采集；当需要对动车组侧面进行巡检时，移动机械臂2与有轨小车1分离，移动机械臂2运动至动车组的侧面，第二定位组件21对侧面起始点和侧面终点进行定位，对侧面巡检位进行定位，移动机械臂2沿动车组的侧面行走并通过第三巡检组件23进行侧面一次巡检，第二巡检组件22能够对侧面巡检位进行侧面二次巡检，以获得侧面巡检位的详细巡检信息。进一步地，移动机械臂2有自己的移动驱动机构，本实施例不做展开描述。当移动机械臂2位于有轨小车1的两端时，可以采用简易固定装置对移动机械臂2进行固定，以便于在车底巡检时具有稳定可靠的安装固定，具体安装定位方式采用常规技术即可，本发明实施例不做具体限定。
41.可选地，有轨小车1的前端和后端分别设有两组可伸缩式垫板13，当移动机械臂2位于有轨小车1上时，两组可伸缩式垫板13为收缩状态，当两组可伸缩式垫板13朝向有轨小车1的两侧展开伸出时，能够与巡检轨道两侧路面之间建立连接通道，移动机械臂2能够通过连接通道达到动车组的两侧以进行侧面巡检。
42.可以理解，可伸缩式垫板13为有轨小车1的一部分，在移动机械臂2脱离有轨小车1时展开或伸出，并在移动机械臂2回到有轨小车1时回缩。车底巡检时，有轨小车1位于地沟内的巡检轨道上，要实现侧面巡检，需要使得地沟内的移动机械臂2与有轨小车1分离并移动至动车组的侧面，通过在有轨小车1上设置可伸缩式垫板13，在需要移动机械臂2移动时，控制可伸缩式垫板13向有轨小车1的两侧伸展至两侧路面以建立连接通道，便于移动机械臂2的行走。作为优选地方案，可伸缩式垫板13设置与有轨小车1上高度，与巡检轨道两侧路面等高，以便于在可伸缩式垫板13伸出时形成与路面之间的水平连接通道，便于移动机械臂2的行走。如图1所示为可伸缩式垫板13的伸出状态示意图，图2为缩回状态示意图，可伸缩式垫板13的伸缩控制为常规的手动控制或电动驱动控制滑动控制均可，具体不在本发明实施例中进行限定。可伸缩式垫板13的伸出距离以巡检轨道与路面之间的距离为依据进行设定，一般要满足可伸缩式垫板13伸出后能够搭接在两侧路面上，两个移动机械臂2分别移动至动车组的两侧。
43.可选地，可分离型母子结构机器人系统还包括车载计算平台，车载计算平台设于有轨小车1上，并能够与第一巡检组件12、第一定位组件11和第二巡检组件22通信连接。
44.第一巡检组件12、第一定位组件11和第二巡检组件22所采集的信息均上传给车载计算平台，车载计算平台根据第一定位组件11的采集信心可以获得动车组的车底起始点和
车底终点，以便控制有轨小车1的行走距离。车载计算平台在有轨小车1开始行走后控制第一巡检组件12开始车底一次巡检，包括对车底部的图像采集等，并进行保存。车载计算平台在有轨小车1反向行走后，控制第一巡检组件12停止工作，并启动第二巡检组件22进行车底二次巡检，主要是对车底部的转向架等车底巡检位进行更为详细的全方位的巡检信息采集，包括但不限位于图像采集和声纹数据采集等，并保存。车载平台能够控制有轨小车1的车底巡检过程，同时，车载计算平台可以与远端控制中心通信以便于远程监控。补充说明的，有轨小车1的前端和后端分别设有防撞激光雷达15，并与车载计算平台通信连接，防撞激光雷达15能够对有轨小车1前端和后端的障碍物进行检测，以便于对障碍物进行及时警报和处置，提高有轨小车1在巡检过程中的安全性。
45.可选地，可分离型母子结构机器人系统还包括清洁机构14，清洁机构14固定于有轨小车1上并设于小车的前端和后端，清洁机构14与巡检轨道对应设置。
46.如图1所示，清洁机构14在有轨小车1行走过程中开启动作，清洁机构14在有轨小车1的前端和后端均设置，能够在有轨小车1正向行走和反向行走时对巡检轨道进行清扫和打磨，保持巡检轨道无锈和清洁，无杂质。清洁机构14与有轨小车1同步作业，无需人工单独对巡检轨道进行清洗作业，节省人工同时提高巡检效率。
47.可选地，移动机械臂2设有移动计算平台，移动计算平台与第二巡检组件22、第二定位组件21和第三巡检组件23通信连接。
48.当移动机械臂2进行动车组的侧面巡检时，移动计算平台作为控制中心，与车载计算平台的工作方式相同，用于控制移动机械臂2的行走以及控制第二定位组件21、第二巡检组件22和第三巡检组件23的工作，并将巡检信息进行处理和保存。移动计算平台与远端控制中心通信以便于远程监控移动机械臂2。车载计算平台和移动计算平台均部署轻量级目标检测网络，用于实现巡检过程中的定位计算等。
49.可选地，第一定位组件11和第二定位组件21，均包括多个2d相机、多个3d相机和多个测距传感器。
50.如图1所示，第一定位组件11用于对动车组的车底部的定位，因此，第一定位组件11设于有轨小车1的顶部，且沿两侧对称设置，当采用多个测距传感器进行定位时，多个测距传感器为激光测距传感器，激光束垂直向上直射车底部，或两个激光束对射，以对转向架轮对进行定位。第二定位组件21用于对动车组的侧面的定位，因此第二定位组件21设于移动机械臂2的侧面，在移动机械臂2的行走过程中进行定位，以便于第二巡检组件22和第三巡检组件23的巡检作业。当采用多个测距传感器时，测距传感器为激光测距传感器，激光束直射动车组的侧面。
51.可选地，第一巡检组件12、第二巡检组件22和第三巡检组件23，均包括多个2d相机和多个3d相机，还包括拾音器。能够对动车组的车底和侧面进行图像采集和声纹数据采集，以实现车底巡检和侧面巡检。第一巡检组件12设置在有轨小车1的顶部，第三巡检组件23与第二定位组件21设置在移动机械臂2的同侧，第二巡检组件22设置在移动机械臂2的顶部。多个2d相机和多个3d相机，以及拾音器的数量和位置不限，可以根据巡检需要进行设置。
52.可选地，第二巡检组件22设于移动机械臂2的顶端，第二定位组件21和第三巡检组件23设于移动机械臂2的底座24，移动机械臂2的底端固定在底座24上。
53.如图3所示，移动机械臂2包括底座24和六轴机械臂25，六轴机械臂25的底端固定
在底座24上，底座24设有移动轮用于移动机械臂2的整体移动，六轴机械臂25的顶端设置第二巡检组件22，便于调节和控制第二巡检组件22的多位置巡检，采集多角度图像等信息参数。
54.根据本发明提供的可分离型母子结构机器人系统，为了同时对轨道交通动车组的底部和侧面进行巡检，如图4所示，本实施例还提供一种可分离型母子结构机器人巡检方法，包括如下步骤：
55.s1，有轨小车1沿巡检轨道从车底起始点向车底终点行走，第一定位组件11对车底起始点和车底终点分别定位，第一巡检组件12对动车组进行车底一次巡检；
56.s2，有轨小车1正向行走到达车底终点后反向行走，第一定位组件11对动车组的车底巡检位进行定位，第二巡检组件22对车底巡检位进行车底二次巡检；
57.s3，有轨小车1反向行走达到车底起始点后停止，移动机械臂2与有轨小车1分离并行驶至动车组的侧面；
58.s4，移动机械臂2从侧面起始点向侧面终点行走，第二定位组件21对动车组的侧面起始点和侧面终点分别进行定位，第三巡检组件23对动车组进行侧面一次巡检；
59.s5，移动机械臂2到达侧面终点后反向行走，第二定位组件21对动车组的侧面巡检位进行定位，第二巡检组件22对侧面巡检位进行侧面二次巡检；
60.s6，移动机械臂2反向行走至侧面起始点后停止，移动机械臂2回到有轨小车1。
61.本实施例的一种可分离型母子结构机器人巡检方法，通过在有轨小车1上设置可分离的移动机械臂2，在车底巡检时，移动机械臂2上的第二巡检组件22能够对车底巡检位进行车底二次巡检，在侧面巡检时，移动机械臂2上的第二巡检组件22能够对侧面巡检位进行侧面二次巡检，因此实现了移动机械臂2的利用率，便于降低车底巡检和侧面巡检的总成本，提高巡检效率。
62.需要说明的是，有轨小车1和移动机械臂2的正向行走为连续的行走过程，第一巡检组件12连续采集车底的多个图像和声纹数据，第三巡检组件23连续采集侧面的多个图像和声纹数据，并分别上传给车载计算平台和移动计算平台，以便于为反向行走巡检提供起始点和终点的信息，提高巡检效率。有轨小车1和移动机械臂2反向行走为断续的行走，有轨小车1在车底巡检位中断行走，此时第二巡检组件22对车底巡检位进行车底二次巡检以便获得详细的巡检信息，每个车底巡检位分别执行单独的车底二次巡检。移动机械臂2在侧面巡检位中断行走，此时第二巡检组件22对侧面巡检位进行侧面二次巡检以便获得详细的巡检信息，每个侧面巡检位分别执行单独的侧面二次巡检。
63.可选地，在步骤s1和步骤s2中，当有轨小车1正向行走和反向行走时，有轨小车1两端的清洁机构14为启动状态，清洁机构14对巡检轨道进行清洁。可以理解，本实施例实现了在巡检过程中的清洁，节省了巡检前的准备工作后巡检后的善后处理工作，大大提高了巡检效率，利于减轻人工劳动强度，降低巡检成本。
64.本发明提供的可分离型母子结构机器人巡检方法，可以同时满足轨道交通动车的底部和侧面巡检任务的需求，实现一机两用，降低了轨道交通车辆的维护成本。
65.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷
举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。