一种地铁走行轨健康状态巡检机器人

本实用新型涉及一种智能巡检机器人，具体涉及一种地铁走行轨健康状态巡检机器人。

背景技术：

地铁走行轨是地铁机车的行驶载体，也是地铁机车牵引电流返回变电所负母极的回流导体，还是地铁机车与地面控制站的信号传递媒介。因此，地铁走行轨的健康状态是影响地铁系统安全稳定运营的重要因素之一。但随着城市轨道交通系统运营时间以及运量的增加，轨道磨损问题日益凸显。

目前，对轨道健康状态检测包括三个方面：轨距、磨损程度以及是否有异物存在。及时的对钢轨进行磨损检测并对已受损轨道进行打磨与更换，对延长轨道寿命具有积极作用，及时检测轨道是否存在异物对列车安全运行也具有积极地意义。

常规的地铁走行轨健康状态监测方法主要是在机车停运后的夜间或凌晨，经人工通过目测或是采用卡尺进行检测，此种检测方法工作强度大，工作效率较低，人工成本较高。此外，人工巡检方式还存在漏检和误检等问题。

针对这一问题，公开号为cn108548505的专利，公开了一种自动化地铁轨道波浪形磨损的检测设备，该检测设备通过激光测距传感器检测轨道波磨程度，并能通过步进电机控制激光测距传感器的位置，来保证该设备能适用于各种复杂检测现场。该检测设备具有无需手动、检测效率高、精度高，重量轻等优点。

但是该检测设备只针对于钢轨波浪磨损程度的测量，而忽略了对于轨道健康状态检查中轨距和是否存在异物这两项参数的检测。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种方便、快捷以及有效的轨道健康状态检测装置，来为钢轨打磨技术提供有效的参数以及为列车安全运行提供有效的保证。

技术实现要素：

根据本实用新型的目的提出一种地铁走行轨健康状态巡检机器人，包括机器人主体，所述机器人主体包括车架、设置于车架下方的车轮以及用于驱动车轮为机器人主体提供驱动力的第一驱动装置，所述巡检机器人上还安装有控制单元以及与控制单元电连接的三个检测装置，三个检测装置分别为第一检测装置、第二检测装置以及第三检测装置，所述第一检测装置对称安装于车架下方、正对钢轨顶面设置，用于测量钢轨磨损信号及车辆位移信号并将信号传输至控制单元进行分析处理；所述第二检测装置安装于车体底部预设标定位上，用于测量两钢轨之间轨距信号并将信号传输至控制单元进行分析处理；所述第三检测装置安装于机器人主体顶部，可相对机器人主体进行水平方向和垂直方向旋转，用于拍摄车辆运行前方轨道图像并将图像信息传输至控制单元进行分析处理。

优选的，所述第一检测装置和第二检测装置均为摄像式传感器，所述第三检测装置为日夜式枪式摄像机。

优选的，所述第一检测装置还包括加速度传感器和位移传感器，所述加速度传感器固定在所述位移传感器上方并通过螺纹连接安装在车体底部。

优选的，所述控制单元包括可编程控制器和无线通讯模块，当可编程控制器检测到第一检测装置采集的钢轨磨损信号、第二检测装置采集的轨距信号以及第三检测装置采集的轨道图像信号中任一信号超过预设值时，在读取位移传感器的位置信号后，通过无线通信模块将走行轨健康参数及故障位置参数发送到地面工作站。

优选的，所述巡检机器人还包括水平旋转装置和垂直旋转装置，所述第三检测装置通过水平旋转装置和垂直旋转装置与车架连接，并在水平旋转装置与垂直旋转装置作用下进行水平方向和垂直方向旋转，实现拍摄角度调节；

所述水平旋转装置包括支承座、轴承、传动齿轮以及第二驱动装置，所述支承座下底面与车架底面固定连接，上顶面与轴承内圈固定连接，所述传动齿轮与轴承外齿啮合，所述第二驱动装置输出轴与传动齿轮通过键连接，所述轴承在第二驱动装置的作用下旋转；

所述垂直旋转装置包括底板、支架、l型平台、l型平台翻转机构以及第三驱动装置，所述底板下底面与轴承外圈固定连接，在轴承的带动下相对车架水平旋转；

所述支架一端与底板固定连接，另一端与l型平台铰接，l型平台相对支架翻转，所述第三检测装置安装于l型平台上；所述l型平台翻转机构包括摇杆、移动滑块以及对称设置于移动滑块下表面的两个滑轨，所述滑轨与底板上表面设置的两个直线导轨匹配设置；

所述摇杆一端铰接于移动滑块的上表面，另一端铰接于l型平台的下表面；所述移动滑块的下表面固定连接有滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副与第三驱动装置输出轴固定连接，所述移动滑块在第三驱动装置的作用下，沿导轨往复移动，带动摇杆摆动，实现l型平台的翻转。

优选的，所述支架为对称设置于l型平台两侧的两个，所述l型平台相对于车架水平方向可旋转角度为0-180度，垂直方向可旋转角度为0-360度。

优选的，所述轴承为外齿式单排四点接触球转盘轴承。

优选的，所述第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置均为电机，三者分别与控制单元电连接，并在控制单元的作用下启闭。

优选的，所述车轮包括前轮对和后轮对，所述前轮对和后轮对均为地铁机车轮对，所述前轮对上还设置有四连杆转向架。

有益技术效果：与现有技术相比，本实用新型公开的一种地铁走行轨健康状态巡检机器人的优点是：

(1)本实用新型通过在机器人主体上安装第一检测装置、第二检测装置以及第三检测装置，实现对走行轨的健康状态进行全方位的检测。

(2)本实用新型通过设置控制单元，能够实现对于三个检测装置所检测信息进行及时的分析处理和反馈。

(3)本实用新型通过在车体设置水平旋转装置和垂直旋转装置，实现对钢轨以及钢轨附近区域的异物进行全方位检测。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型总体结构示意图；

图2为本实用新型旋转平台示意图；

图3为本实用新型俯仰平台示意图；

图4为本实用新型车体内部示意图；

图5为本实用新型车体底部示意图。

图中的数字或字母所代表的零部件的名称为：

1-机车车体，2-旋转平台，3-俯仰平台，4-标定位1，5-标定位2，1-1车架，1-2第一驱动装置，1-3传动装置，1-4机车后轮对，1-5机车前轮对，1-6转向架，1-7第一检测装置，1-8第二检测装置，1-9控制单元，2-1支承座，2-2第二驱动装置，2-3传动齿轮，2-4外齿式单排四点接触球转盘轴承，3-1底板，3-2直线导轨，3-3第三驱动装置，3-4滚珠丝杠副，3-5移动滑块，3-6摇杆，3-7l型平台，3-8支架，3-9第三监测装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

图1-图5示出了本实用新型较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。

如图1、4、5所示的一种地铁走行轨健康状态巡检机器人，包括机器人主体，该机器人主体包括车架、设置于车架下方的车轮以及用于驱动车轮为机器人主体提供驱动力的第一驱动装置。其中，车轮包括前轮对和后轮对，前轮对和后轮对均为地铁机车轮对，前轮对上还设置有四连杆转向架，使得该巡检机器人可在待检测区段直接依靠走行轨转向，不需依靠电机转向。该机器人主体还包括一传动装置，第一驱动装置输出端与传动装置输入端连接，传动装置输出端与后轮对轴连接，机车后轮对在第一驱动装置的作用下转动，驱动机车沿轨道移动。

巡检机器人上还安装有控制单元以及与控制单元电连接的三个检测装置，三个检测装置分别为第一检测装置、第二检测装置以及第三检测装置。

第一检测装置对称安装于车架下方、正对钢轨顶面设置、用于测量钢轨磨损信号及车辆位移信号并将信号传输至控制单元进行分析处理。

第二检测装置安装于车体底部两标定位上，用于测量两钢轨之间轨距信号并将信号传输至控制单元进行分析处理。

第三检测装置安装于机器人主体顶部，可相对机器人主体进行水平方向和垂直方向旋转，用于拍摄车辆运行前方轨道图像并将图像信息传输至控制单元进行分析处理。

控制单元包括可编程控制器和无线通讯模块，当可编程控制器检测到第一检测装置采集的钢轨磨损信号、第二检测装置采集的轨距信号以及第三检测装置采集的轨道图像信号中任一信号超过预设值时，在读取位移传感器的位置信号后，通过无线通信模块将走行轨健康参数及故障位置参数发送到地面工作站。

进一步的，第一检测装置和第二检测装置均为摄像式传感器，第三检测装置为日夜式枪式摄像机。

进一步的，第一检测装置还包括加速度传感器和位移传感器，加速度传感器固定在位移传感器上方并通过螺纹连接安装在车体底部。

进一步的，巡检机器人还包括水平旋转装置和垂直旋转装置，第三检测装置通过水平旋转装置和垂直旋转装置与车架连接并在水平旋转装置与垂直旋转装置作用下进行水平方向和垂直方向旋转，实现拍摄角度调节。

如图2所示，水平旋转装置包括支承座、轴承、传动齿轮以及第二驱动装置，支承座下底面与车架底面固定连接，上顶面与轴承内圈固定连接，传动齿轮与轴承外齿啮合，第二驱动装置输出轴与传动齿轮键连接，轴承在第二驱动装置的作用下旋转。

如图3所示，垂直旋转装置包括底板、支架、l型平台、l型平台翻转机构以及第三驱动装置，底板下底面与轴承外圈固定连接，在轴承的带动下相对车架水平旋转。支架一端与底板固定连接，另一端与l型平台铰接，l型平台相对支架翻转，第三检测装置安装于l型平台上。l型平台翻转装置包括摇杆、移动滑板以及对称设置于移动滑块下表面的两个滑轨，滑轨与底板上表面设置的两个导轨匹配设置。摇杆一端铰接于移动滑块的上表面，另一端铰接于l型平台的下表面。移动滑块的下表面固定连接有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副与第三驱动装置输出轴固定连接，移动滑块在第三驱动装置的作用下，沿导轨往复移动，带动摇杆摆动，实现l型平台的翻转。

进一步的，支架为对称设置于l型平台两侧的两个，l型平台相对于车架水平方向可旋转角度为0-180度，垂直方向可旋转角度为0-360度。

进一步的，轴承为外齿式单排四点接触球转盘轴承。

进一步的，第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置均为电机，三者分别与控制单元电连接，并在控制单元的作用下启闭。

该巡检机器人进行轨道巡检的流程：

1.启动三相异步电机带动小车沿巡检区段行驶。

2.通过第一检测装置测量钢轨磨损信号及车辆位移信号，并将信号传输至控制单元进行分析处理。

3.通过所述第二检测装置拍摄车辆运行前方轨道图像，并将图像传输至所述控制单元进行分析处理。

4.通过第三检测装置测量钢轨轨距信号，并将信号传输至控制单元进行分析处理。

5.当控制单元检测到钢轨磨损信号、轨道图像信号以及轨距信号中任一信号超过预设值时，在读取位移传感器的位置信号后，通过无线通信模块将走行轨健康参数及故障位置参数发送到地面工作站。

综上所述，本实用新型公开的一种地铁走行轨健康状态巡检机器人，通过在机器人主体上安装第一检测装置、第二检测装置以及第三检测装置，实现对走行轨的健康状态进行全方位的检测，并通过控制单元对所检测信息进行及时的分析处理和反馈，检测方便，精度高，适用于轨道夜间检修，降低了巡检工人劳动强度，极大地增加了轨道巡检效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本实用新型。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述，仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明的保护范围；凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改或同等变化，均落入本发明的保护范围之内。