一种列车智能检测机器人系统及其检测方法

1.本发明涉及轨道列车检测技术领域，具体涉及一种列车智能检测机器人系统及其检测方法。


背景技术：

2.目前，我国高铁普遍存在检修手段单一、检修部件状态差异性小、人员素质不均等问题。所以本项目的在于研制一款智能化的检修探伤检测设备，以机器辅助人工检修的模式取代传统检修中单纯人工检修的模式，提高检修效率和质量。
3.检修探伤检测设备具有很大的市场需求，国内部分公司也进行了相关的研究，。目前研究的检修、检测机器人主要采用视觉识别技术+机器人技术+图像无线传输技术+机器深度学习技术的模式，每一项技术仍然需要不断优化并实现多技术融合，智能检修探伤检测设备向动车组二级检修、甚至高级检修发展也是必然的发展趋势。
4.现有技术方案的问题是智能检修机器人在听觉、嗅觉以及触觉方面比较欠缺，难以完全代替人工完成检修工作。智能检修机器人没有听觉，在检查风管路泄漏方面存在不足，尤其是在对于制动风管路的检查上，绝大多数的风管路都会在裙板内部进行布置，这便给智能检修机器人对于风管路故障的检修造成了阻碍。与人相比，智能检修机器人欠缺嗅觉能力，无法高质量地实现对于设备烧损以及过热等问题的检查。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种列车智能检测机器人系统及其检测方法，解决以下技术问题：
6.如何提升动车组、城市轨道车辆等列车的检修、检测效率，消除传统检测装备只检测车底故障、而对车顶和车身等故障无法检测的问题。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.一种列车智能检测机器人系统及其检测方法，包括检测设备和控制中心；
9.所述检测设备包括机体和驱动控制模块；所述驱动控制模块用于驱动所述机体自动进行地沟作业、车身作业和车顶作业；
10.所述控制中心与所述驱动控制模块连接，用于对所述驱动控制模块的内置程序参数进行修改和控制。
11.作为本发明进一步的方案：所述机体包括机身和安装在所述机身上的机械臂和机械腿；
12.所述驱动控制模块包括内置在所述机身中的电源模块和用于驱动所述机械臂和所述机械腿运动的舵机模块以及电机模块。
13.作为本发明进一步的方案：所述驱动控制模块包括摄像头模块、中央处理器、模数转换/数模转换模块、无线通信模块和故障输出模块故障输出模块；
14.所述摄像头模块与所述模数转换/数模转换模块连接，所述模数转换/数模转换模
块与所述中央处理器连接；
15.所述摄像头模块包括寻路双目摄像头和检修双目摄像头；
16.所述检修双目摄像头设置在所述机械臂远离所述机身的一端，用于获取检修画面；所述寻路双目摄像头设置在所述机身上，用于获取所述机身的前进画面；
17.所述中央处理器通过所述无线通信模块与所述控制中心连接。
18.作为本发明进一步的方案：所述机械臂远离所述机身的一端还设置有照明模块，所述照明模块在黑暗环境下自动进行照明。
19.作为本发明进一步的方案：所述驱动控制模块包括蓝牙模块，所述中央处理器通过所述蓝牙模块与外部可移动终端进行连接。
20.作为本发明进一步的方案：一种列车智能检测机器人系统及其检测方法，包括:
21.初始化检测设备；
22.检测设备进入车底进行地沟作业；
23.检测设备进入车身内部进行车身作业；
24.检测设备进入车顶进行车顶作业；
25.其中，所述地沟作业包括头车检修和转向架检修。
26.作为本发明进一步的方案：所述转向架检修包括轮对缺陷检测、构架检修、弹簧悬挂装置检修、减损驱动装置检修、基础制动装置检修。
27.作为本发明进一步的方案：所述车身作业包括车体侧面检测和车体裙板设备舱内设备检测。
28.作为本发明进一步的方案：所述车顶作业包括车顶异物及关键部分检测、车顶受电弓检测、车顶异物检测、车顶关键部分检测。
29.本发明的有益效果：
30.(1)本发明可通过检测设备自动的对动车车组进行地沟作业、车身作业和车顶作业，可由控制中心对其进行内置程序参数进行修改和控制，从而对检测设备进行快速的工作调整，实现对动车车组进行高效和高质量的检修，机体包括机身和安装在机身上的机械臂和机械腿；
31.(2)本发明通过对检测设备的检修路径进行设定，由检测设备通过图像识别技术、智能爬高技术在三层作业检修平台中完成检修。检修作业平台分为地沟、车身、车顶三层，从地面出发进入车身、在车身中进行玻璃外观、车体侧面等方面的拍摄，接下来运用智能爬高技术进入车顶对受电弓相关部分进行拍摄，上传相关图像到控制中心后，再通过下降动力学控制技术进入地沟，按照程序设定对轮对、转向架等部分进行拍摄。最后再回到地面出发点，完成检修作业。在检修过程中，可通过摄像头模块对前进路径上的障碍物和路径进行识别，同时对前进方向进行自动控制，还可通过摄像头模块对待检测部件进行识别，利用基于神经网络的视觉识别技术对待检测部件进行故障检修，机械臂可受驱动对目标进行操作，如此，可实现对动车车组的高效以及高质量的检修。
附图说明
32.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
33.图1为检测设备的整体结构示意图
34.图2为检测设备的硬件系统组成图；
35.图3为检测设备的固定行驶路径意图；
36.图4为检测设备的检修流程示意图。
37.图中：1、光敏探照灯；2检修双目摄像头；3、超声波模块；4、寻路双目摄像头；5、扬声器；6、机械臂；7、机身；8、机械腿。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明为一种列车智能检测机器人系统及其检测方法，包括检测设备和控制中心；
40.检测设备包括机体和驱动控制模块；驱动控制模块用于驱动机体自动进行地沟作业、车身作业和车顶作业；
41.控制中心与驱动控制模块连接，用于对驱动控制模块的内置程序参数进行修改和控制。
42.本发明可通过检测设备自动的对动车车组进行地沟作业、车身作业和车顶作业，可由控制中心对其进行内置程序参数进行修改和控制，从而对检测设备进行快速的工作调整，实现对动车车组进行高效和高质量的检修。
43.如图1和图2所示，机体包括机身7和安装在机身7上的机械臂6和机械腿8；
44.驱动控制模块包括内置在机身7中的电源模块和用于驱动机械臂6和机械腿8运动的舵机模块以及电机模块。
45.驱动控制模块包括摄像头模块、中央处理器、模数转换/数模转换模块、无线通信模块和故障输出模块；
46.摄像头模块与模数转换/数模转换模块连接，模数转换/数模转换模块与中央处理器连接；
47.摄像头模块包括寻路双目摄像头4和检修双目摄像头2；
48.检修双目摄像头2设置在机械臂6远离机身7的一端，用于获取检修画面；寻径双目摄像头设置在机身7上，用于获取机身7的行进运动画面；
49.中央处理器通过无线通信模块与控制中心连接。
50.本发明所提供的中央处理器是核心硬件，通过接收和发出信号实现对各模块的控制以及处理接受的到的信号；摄像头将外界情况模拟为视频经过图像缓存后通过模数转换模块将信号传递给中央处理器。在本发明本实施例中，可采用机械臂6对检修双目摄像头2的拍摄位置进行调整，中央处理器接收到检修双目摄像头2所获得的相关图片数据后，可利用内置的基于神经网络算法的图像识别技术，对检修双目摄像头2所获得的相关图片数据中的内容进行识别，来判断拍摄目标属于何种组件，然后即可调用相关数据来对该待检修组件进行检测，判断是否存在故障，从而提升检修的效率。
51.其中，神经网络算法是通过模拟大脑神经处理信息的方式，根据神经元集体协同、
并行计算的特点来构建的一种优化算法，将能量函数视为优化问题的目标函数，能量函数趋向极小值的过程即与问题的优化过程相对应。多神经元的卷积神经网络可以仿照人类神经元的思维方式，通过改变神经元的权重方式实现识别，在大量数据的训练下，发现目标之间潜在联系。同时可通过不断地添加学习的图片，不断提高其识别能力。
52.本发明基于高性能传感器融合的硬件平台，多传感器信息融合技术也称为信息融合技术或数据融合技术,是用多传感器从多方探测系统的多种物理量,利用计算机技术对监测系统运行状态的多传感器信源的信息,在一定准则下进行自动分析、关联与优化综合、状态估计和判决等多级处理,准确、及时地判断系统的运行状态,并完成所需要的决策和估计任务而进行的信息处理过程。多传感器信息融合方法应用到车站设备故障诊断之中,能有效地利用传感器资源最大限度地获取车站设备中有关被测对象的状态信息,经过一定的信息融合分析处理,能够较为准确地识别设备故障模式以及故障原因。
53.另外，本发明中对于机械臂6和机械腿8的驱动控制可采用plc控制，通过plc技术、网络技术以及可编程控制器的应用，达到对检测设备多组运行功能的集成化控制，同时对于检测设备运行中的灵活性提升，也会发挥重要的作用。另外，从技术的成熟度进行分析，plc技术作为工业生产系统中常用的一类控制技术，其技术的应用发展较为成熟，因此，在检修探伤检测设备控制系统设计中应用plc技术，可行性高，且设计成本相对较低，对于检修检测设备后期的造价成本控制，也可发挥一定的作用。
54.在检测设备的运行路径方面，安置在机身7前端的寻路双目摄像头4，则可以同样利用中央处理器和神经网络算法对前方路况和障碍物进行识别，从而实现避障和故障检测。必要时，还可以配合无线通信模块实现远程的vr人工故障观察，故障输出模块将摄像头获取的图像选择性通过数模转换模块输出，实现图像观察以及vr人工；无线通信模块通过ip地址与上位机连接，在上位机上可以修改各模块的功能并发出指令对各模块进行控制，中间桥梁为中央处理器；超声波模块3可用来实现检测设备行动中的避障以及内部检测的探伤功能。
55.机械臂6远离机身7的一端还设置有照明模块，照明模块在黑暗环境下自动进行照明，可用来在光线不足的地方，本发明的照明模块可采用光敏探照灯实现自动补光功能。舵机和电机模块可实现检测设备的灵活行动以及平衡，扬声器5可进行语音播放。
56.驱动控制模块包括蓝牙模块，中央处理器通过蓝牙模块与外部可移动终端进行连接。蓝牙模块可以实现移动端与检测设备的连接，通过移动端给中央处理器发出命令控制检测设备从而实现手动操作；其舵机模块和电机模块可通过摄像头模块和超声波模块3传递给中央处理器的经过模数转换后的信号以及移动端发给中央处理器的信号经过模数转换后实现对检测设备的控制以及平衡。
57.一种列车自动检测方法，包括:
58.初始化检测设备；
59.检测设备进入车底进行地沟作业；
60.检测设备进入车身内部进行车身作业；
61.检测设备进入车顶进行车顶作业；
62.如图3和图4所示，为检测设备检修路径实施例示意图。检测设备通过图像识别技术、智能爬高技术在三层作业检修平台中完成检修。检修作业平台分为地沟、车身、车顶三
层，检测设备内设定了检修检测的具体路线，可通过控制中心远程进行修改和控制。
63.可从地面出发进入车身、在车身中进行玻璃外观、车体侧面等方面的拍摄，接下来运用智能爬高技术进入车顶对受电弓相关部分进行拍摄，上传相关图像到控制中心后，再通过下降动力学控制技术进入地沟，按照程序设定对轮对、转向架等部分进行拍摄；最后再回到地面出发点，完成检修作业。
64.如图2所示，为检测设备的检修流程示意图。其中，地沟作业包括头车检修和转向架检修。转向架检修包括轮对缺陷检测、构架检修、弹簧悬挂装置检修、减损驱动装置检修、基础制动装置检修。车身作业包括车体侧面检测和车体裙板设备舱内设备检测。
65.其中车顶作业包括车顶异物及关键部分检测、车顶受电弓检测、车顶异物检测、车顶关键部分检测。检修内容主要包括：发生影响运行舒适度、平稳度以及运营安全等方面的临时、突发性故障检修，主要是动车组转向架及走行部、受电弓、空调、制动等大部件检查；主要检修设施：轮对踏面诊断及受电弓检测装置、立体作业平台、空心轴探伤设备、综合管沟或架空管沟、转向架更换。
66.本发明的工作原理：
67.本发明通过对检测设备的检修路径进行设定，由检测设备通过图像识别技术、智能爬高技术在三层作业检修平台中完成检修。检修作业平台分为地沟、车身、车顶三层，从地面出发进入车身、在车身中进行玻璃外观、车体侧面等方面的拍摄，接下来运用智能爬高技术进入车顶对受电弓相关部分进行拍摄，上传相关图像到控制中心后，再通过下降动力学控制技术进入地沟，按照程序设定对轮对、转向架等部分进行拍摄。最后再回到地面出发点，完成检修作业。在检修过程中，可通过摄像头模块对前进路径上的障碍物和路径进行识别，同时对前进方向进行自动控制，还可通过摄像头模块对待检测部件进行识别，利用基于神经网络的视觉识别技术对待检测部件进行故障检修，机械臂6可受驱动对目标进行操作，如此，可实现对动车车组的高效以及高质量的检修。
68.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以及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，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
69.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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连接，可以是两个元件内部的连通。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。
70.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。