CN113092494B - 巡检机器人、用于列车隧道结构病害的智能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种巡检机器人，包括巡检机器人移动平台，巡检机器人移动平台上搭载有机器人检测设备；机器人检测设备包括线阵相机组件、激光扫描仪组件、检测设备底座组件，线阵相机组件及激光扫描仪组件固定安装在所述检测设备底座组件的检测设备底座上；巡检机器人移动平台包括主体结构、运动组件、能源组件、液压制动组件，能源组件、液压制动组件与运动组件连接，用于控制运动组件电制动或液压制动。本发明采用模块化设计，通过巡检机器人移动平台与机器人检测设备配合，设置巡检机器人，实现自动巡检。同时，本发明还提供了相应的用于列车隧道结构病害的智能检测方法，进行隧道结构病害检测。

Description

巡检机器人、用于列车隧道结构病害的智能检测方法

技术领域

本发明属于轨道列车巡检装置领域，尤其涉及一种巡检机器人、用于列车隧道结构病害的智能检测方法。

背景技术

隧道在建设完成后的营运过程中，由于受到地面、周边建筑物负载及土体扰动、隧道周边工程施工、隧道工程结构施工及列车运行振动等影响，会产生多种隧道结构病害，如裂缝、渗漏水、剥落剥离、收敛变形、错台等，进而影响列车的行驶安全，因此，需要定期检查隧道结构健康状态。

目前主要采用人工巡检方式，自动化巡检设备的使用仍处于探索阶段，而人工巡检使得运营成本极高，但巡检效率低下，且误检与漏检率高；而现有辅助检测设备的智能化较低，单次巡检病害识别覆盖率低，其应用还停留在摄像采集结构病害数据后交由人工处理阶段，同时存在响应迟缓、采集速度低，占用线路时间长、识别精度低、无法实现病害位置精确定位等问题，无法有效的适用于地铁隧道复杂环境。因此，本发明考虑设置一种可实现自动巡检的巡检机器人。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种巡检机器人、用于列车隧道结构病害的智能检测方法，通过巡检机器人移动平台与机器人检测设备配合，设置巡检机器人，实现自动巡检。

为了实现上述目的，本发明提供了一种巡检机器人，包括巡检机器人移动平台，所述巡检机器人移动平台上搭载有机器人检测设备；

所述机器人检测设备包括线阵相机组件、激光扫描仪组件、数据处理器、检测设备底座组件，所述线阵相机组件及激光扫描仪组件同时与所述数据处理器电连接，并均固定安装在所述检测设备底座组件的检测设备底座上；

所述巡检机器人移动平台包括主体结构、运动组件、能源组件、液压制动组件，所述运动组件、能源组件、液压制动组件置于所述主体结构的底盘构架上，所述能源组件、液压制动组件与所述运动组件连接，用于控制所述运动组件电制动或液压制动。

优选的，所述线阵相机组件包括相机联动组件、相机罩组件、线阵相机机构、光源机构，所述相机罩组件内部分布设置有所述线阵相机机构、光源机构，所述相机联动组件与所述相机罩组件连接，带动所述相机罩组件联动。

优选的，所述相机联动组件包括：

双轴换向器，所述双轴换向器的两个输出轴均通过第一联轴器固定到直角换向器上，实现动力由水平到垂直的方向转变；

第一驱动电机，通过减速器固定在所述双轴换向器上，将第一驱动电机单方向动力转换成两端输出的双方向动力；

第一直线模组，通过第二联轴器与所述直角换向器连接，随所述直角换向器联动。

优选的，所述相机罩组件通过第一相机架组件固定在所述第一直线模组上，包括扣和为一体的相机架前罩与相机架后罩；

所述相机罩组件侧面开有对应所述线阵相机机构与光源机构的第一开口；

所述第一相机架组件包括：

第一相机架，延伸至所述相机罩组件内部的一端设置为环形端；

第一相加架固定块，与所述第一相机架固连，用于将所述第一相机架固定在所述第一直线模组上；

所述第一相机架延伸至所述相机罩组件内部的环形端中心位置安装有散热风扇，所述相机架前罩相应开有通风口。

优选的，所述光源机构包括：

多个光源架，沿所述第一相机架延伸至所述相机罩组件内部的环形端均匀布置，并设置有圆孔与扇形槽孔；

补充光源，通过螺钉穿过所述光源架上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在各光源架上。

优选的，所述线阵相机机构包括：

相机外座，设置有圆孔与扇形槽孔，并固定在所述第一相机架上；

相机中座，通过螺钉穿过所述相机外座上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在相机外座上，并设置有圆孔与扇形槽孔；

相机内座，通过螺钉穿过所述相机中座上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在相机中座上；

线阵相机，固定在相机内座上。

优选的，所述线阵相机组件进一步包括第二相机架组件，所述第二相机架组件包括：

第二相机架，与所述第一直线模组连接，并支撑固定在所述检测设备底座上；

所述第二相机架安装有多个第一模组座，所述第一模组座沿所述第一直线模组的延伸方向分布设置于所述第一直线模组两侧，各第一模组座上安装有第一模组定位块，各第一模组定位块与所述第一直线模组采用凹凸匹配设置接触连接；

工型支架，支撑固定在所述检测设备底座上，顶部安装有垫块；

所述工型支架上安装有第一下限位开关，所述第二相机架相应安装有第一上限位开关。

优选的，所述激光扫描仪组件包括扫描仪联动组件、扫描仪罩组件、激光扫描仪机构，所述扫描仪罩组件内部分布设置有所述激光扫描仪机构，所述扫描仪联动组件与所述扫描仪罩组件连接，带动所述扫描仪罩组件联动。

优选的，所述扫描仪联动组件包括：

第二驱动电机，固定到驱动电机上座上，所述驱动电机上座固定在驱动电机下座；

第二直线模组，通过第三联轴器与所述第二驱动电机的输出轴连接。

优选的，所述激光扫描仪组件还包括扫描仪组件座：

所述扫描仪组件座支撑固定在所述检测设备底座上，并安装有多个第二模组座，所述第二模组座沿所述第二直线模组的延伸方向分布设置于所述第二直线模组两侧；

各第二模组座上安装有第二模组定位块，各第二模组定位块与所述第二直线模组采用凹凸匹配设置接触连接。

优选的，所述扫描仪罩组件与所述第二直线模组连接，包括扣和为一体的扫描仪前罩与扫描仪后罩，所述扫描仪后罩环绕布置有多个激光扫描仪机构，各激光扫描仪机构通过接线器走线；

所述驱动电机上座还设置有第二下限位开关，所述扫描仪组件座的顶部设置有第二上限位开关，所述第二上限位开关与第二下限位开关用于所述扫描仪前罩在上下运动时触发以关闭所述第二驱动电机。

优选的，所述检测设备底座的两侧位置对称布置推杆座和导轨；

所述导轨上安装有导轨滑块，所述导轨滑块上固定有移门机构；

所述推杆座固定有推杆机构，所述推杆机构一端固定在所述推杆座上，另一端固定在所述移门机构上，通过控制所述推杆机构的伸缩驱动所述移门机构沿所述导轨移动。

优选的，所述运动组件包括：

第三驱动电机，安装有停车制动器与行车制动器；

车轴，穿过所述第三驱动电机，所述车轴的两侧输出轴上通过间隙配合的方式依次安装有多层隔套与法兰，且其中一侧输出轴最外层隔套与法兰之间安装有刹车盘；

转换套，安装于所述车轴的两侧输出轴的外侧端，且通过过盈装配安装有弹性车轮；

所述车轴的两外侧端靠近所述转换套的外侧还设置有安装端部件，与所述弹性车轮接触，用于所述弹性车轮的端部限位；

轴承座，设置于所述车轴的两侧输出轴的外侧端靠近所述转换套的内侧，所述轴承座内部安装有轴承，所述轴承座的轴承两侧安装有内侧端盖和外侧端盖；

减振器，通过减振器座固定在所述轴承座上；

编码器，设置于所述车轴的一外侧端，通过编码器连接件固定在所述内侧端盖上。

优选的，所述第三驱动电机上安装有连杆，所述主体结构的底盘构架上安装有定位件，所述定位件内部安装有轴承，定位销穿过所述连杆、定位件和轴承后固定，所述定位销端部装有开口销。

优选的，所述能源组件包括：

电池包，固定在电池固定架上；

电机控制器，与所述第三驱动电机连接，并固定在控制器固定架上，所述电机控制器上部安装有高压箱板，所述高压箱板上安装有高压箱；

电源转换模块，固定安装在电源转换模块固定架上，包括交流变频器、直流变频器、蓄电池；

所述电池固定架、控制器固定架、电源转换模块固定架固定在所述底盘构架上；

所述液压制动组件包括液压控制器、液压***，所述液压***与行车制动器、停车制动器连接，所述液压控制器通过控制液压***控制行车制动器与停车制动器动作。

优选的，所述的巡检机器人移动平台进一步包括：

第一箱体，固定在所述主体结构的底盘构架上，内部设置有充电口及所述液压制动组件；

所述第一箱体还罩设有第一箱罩，充电盖板通过合页固定在所述第一箱罩上；

第二箱体，固定在所述主体结构的底盘构架上，内部设置有低压箱；

所述第一箱体还罩设有第一箱罩，充电盖板通过合页固定在所述第一箱罩上；

所述第一箱体、第二箱体上均设置有相机。

优选的，所述底盘构架前后端固定有折弯架，折弯架上安装有摄像头、毫米波雷达、激光雷达；

所述底盘构架前后端还安装有照灯座与警示灯座，所述照灯座上安装照明灯，所述警示灯座上安装有警示灯。

一种用于列车隧道结构病害的智能检测方法，采用所述的巡检机器人,包括：

巡检机器人开机后执行健康自检程序，巡检机器人进行自检；

自检完成后，根据设定的检测路线与巡检区间，执行自主巡检程序：

巡检机器人沿设定的检测路线行驶，实时将巡检机器人的位置信息以及障碍物信息发送给机器人远程控制平台；

巡检机器人到达设定的巡检区间后，相机组件架和扫描仪后罩跟随通过第一驱动电机、第二驱动电机带动第一直线模组、第二直线模组根据巡检区间内隧道轮廓信息，自动调节高度，以适应隧道轮廓；

采集巡检区间内隧道结构病害信息，并将采集的巡检区间内隧道结构病害信息同步发送到数据处理器，根据设定的相应病害识别算法判断病害信息，实时反馈病害信息与位置信息到机器人远程控制平台。

优选的，所述机器人检测设备设置的线阵相机组件的线阵相机、激光扫描仪组件的线激光扫描仪机构、及数据处理器，以及所述巡检机器人移动平台的运动组件设置的编码器、底盘构架上安装的摄像头、毫米波雷达、激光雷达、及第一箱体、第二箱体上设置的相机，组成列车隧道结构的病害采集***；

巡检机器人运行到巡检区间终点后，病害采集***停止病害信息采集，线阵相机组件与激光扫描仪组件复位到巡航状态位置；

巡检机器人运行到巡检任务设定停车位置，机器人巡检任务结束。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供了一种巡检机器人，由机器人检测设备与巡检机器人移动平台两部分组成，巡检机器人移动平台上搭载有机器人检测设备，机器人采用模块化、对称设计，便于安装、调试及标准化生产。其中：机器人检测设备的能够使巡检机器人根据巡检环境，通过控制线阵相机组件及激光扫描仪组件工作，自动调节高度，以适应巡检环境要求。同时，巡检机器人移动平台上设置运动组件、能源组件、液压制动组件，运动组件采用弹性车轮与弹性减振器的二重减振方式，能源组件与液压制动组件能够控制运动组件电制动或液压制动；同时，巡检机器人移动平台上设置了激光雷达、毫米波雷达、摄像头等，构建了机器人环境信息识别感知***，能够准确定位校准巡检机器人位置、结构病害位置、障碍物位置，实时监控环境信息。同时，机器人检测设备设置的线阵相机组件的线阵相机、激光扫描仪组件的线激光扫描仪机构、及数据处理器，以及巡检机器人移动平台的运动组件设置的编码器、底盘构架上安装的摄像头、毫米波雷达、激光雷达、及第一箱体、第二箱体上设置的相机，组成病害采集***，实时采集列车隧道多病害信息，单次巡检可完成裂缝病害、渗漏水病害、剥落剥离病害、收敛变形病害、错台病害、扣件缺失病害等的检测。该巡检机器人能够实现自动巡检控制，无需人工控制，响应速度快，识别精度高。

附图说明

图1为本发明的巡检机器人整体结构图；

图2为机器人检测设备整体结构图；

图3为线阵相机组件结构图(立体图)；

图4为线阵相机组件结构图(主视图)；

图5为线阵相机组件内部结构图；

图6为线阵相机机构结构图；

图7为激光扫描仪组件结构图(立体图)；

图8为扫描仪罩组件内部结构图；

图9为检测设备底座组件结构图；

图10为巡检机器人移动平台俯视图；

图11为巡检机器人移动平台轴测及局部放大图；

图12为运动组件整体结构及局部放大图；

图13为能源组件整体结构图(立体图)；

图14为能源组件整体结构图(俯视图)；

图15为能源组件整体结构图(主视图)；

图16为第一箱体(立体图)；

图17为第一箱体(俯视图)；

图18为第二箱体(立体图)；

图19为第二箱体(俯视图)；

其中：机器人检测设备1、线阵相机组件11、相机联动组件111、第一驱动电机1111、减速器1112、双轴换向器1113、双轴换向器固定板1114、双轴换向器座1115、第一联轴器1116、直角换向器1117、直角换向器座1118、第一直线模组1119、第二联轴器11110、相机罩组件112、第一相机架组件1121、第一相机架11211、第一相加架固定块11212、相机架前罩1122、相机架后罩1123、第一开口1124、散热风扇1125、通风口1126、线阵相机机构113、相机外座1131、相机中座1132、相机内座1133、线阵相机1134、光源机构114、光源架1141、补充光源1142、第二相机架组件115、第二相机架1151、第一模组座1152、第一模组定位块1153、工型支架1154、垫块11541、第一下限位开关1155、第一上限位开关1156；

激光扫描仪组件12、扫描仪联动组件121、第二驱动电机1211、驱动电机上座1212、驱动电机下座1213、第二直线模组1214、第三联轴器1215、扫描仪组件座1216、第二模组座1217、第二模组定位块1218、扫描仪罩组件122、扫描仪前罩1221、扫描仪后罩1222、激光扫描仪机构123、接线器124、第二下限位开关125、第二上限位开关126；

数据处理器13、检测设备底座组件14、检测设备底座141、线阵相机组件平板1411、激光扫描仪平板1412上、推杆座1413、导轨1414、导轨滑块1415、推杆机构1416、吊耳1417、触摸屏151、数据传输接口152、走线杆153、走线环154；

巡检机器人移动平台2、主体结构21、底盘构架211、定位件2111、定位件的轴承2112、定位销2113、开口销2114、上盖板212、起吊耳213、照灯座214、照明灯215、折弯架216、摄像头217、毫米波雷达218、激光雷达219、警示灯座2110、警示灯2111；

运动组件22、第三驱动电机221、车轴222、隔套223、法兰224、刹车盘225、停车制动器226、行车制动器227、转换套228、弹性车轮229、安装端部件2210、轴承座2211、轴承座的轴承2212、内侧端盖2213、外侧端盖2214、减振器2215、减振器座2216、编码器2217、编码器连接件2218、连杆2219；

能源组件23、电池包231、电机控制器232、电源转换模块233、高压箱234、电池固定架2311、控制器固定架2321、电源转换模块固定架2331、交流变频器2332、直流变频器2333、蓄电池2334、高压箱板2341、液压制动组件24、液压控制器241、液压***242、第一箱体25、充电口251、第一箱罩252、充电盖板253、合页254、第二箱体26、第二箱罩261、低压箱262、低压箱固定件263、相机27、相机固定件271。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

一种巡检机器人，如图1-图19所示，其包括机器人检测设备1与巡检机器人移动平台2两部分，巡检机器人移动平台2上搭载有机器人检测设备1，其中：

机器人检测设备1包括线阵相机组件11、激光扫描仪组件12、数据处理器13、检测设备底座组件14，线阵相机组件11及激光扫描仪组件12同时与数据处理器13电连接，并均固定安装在检测设备底座组件14的检测设备底座141上。

巡检机器人移动平台2包括主体结构21、运动组件22、能源组件23、液压制动组件24，运动组件22、能源组件23、液压制动组件24置于主体结构21的底盘构架211上，能源组件23、液压制动组件24与运动组件22连接，用于控制运动组件电制动或液压制动。

具体的，对于机器人检测设备1，如图2-图9所示，其包括线阵相机组件11、激光扫描仪组件12、数据处理器13、检测设备底座组件14，各组件结构具体为：

其中，参考图3-图6所示，线阵相机组件11包括相机联动组件111、相机罩组件112、线阵相机机构113、光源机构114，相机罩组件112内部分布设置有线阵相机机构113、光源机构114，相机联动组件111与相机罩组件112连接，带动相机罩组件112联动。具体为：

对于相机联动组件111，第一驱动电机1111通过减速器1112固定在双轴换向器1113上，双轴换向器1113通过螺钉固定在双轴换向器固定板1114上，双轴换向器固定板1114通过螺钉固定在双轴换向器座1115上，双轴换向器将第一驱动电机单方向动力转换成两端输出的双方向动力；双轴换向器1113的两个输出轴均通过第一联轴器1116固定到直角换向器1117上，实现动力由水平到垂直的方向转变，同时每个直角换向器1117被两个直角换向器座1118通过螺钉固定在检测设备底座141上。第一直线模组1119通过第二联轴器11110与直角换向器1117连接，随直角换向器1117联动。

相机罩组件112通过第一相机架组件1121固定在第一直线模组1119上，包括扣和为一体的相机架前罩1122与相机架后罩1123，相机架前罩1122通过螺钉固定在相机后罩1123上，相机罩组件112侧面开有对应线阵相机机构113与光源机构114的第一开口1124，本实施例中具体在相机架前罩1122开有对应线阵相机机构113与光源机构114的第一开口1124。其中，第一相机架组件1121的第一相机架11211延伸至相机罩组件112内部的一端设置为环形端，环形端的中心位置安装有散热风扇1125，相机架前罩1122相应开有通风口1126。第一相机架11211通过第一相加架固定块11212固定在第一直线模组1119上，第一相机架11211通过螺钉固定在第一相加架固定块11212上，第一相加架固定块11212通过螺钉固定到第一直线模组1119上，从而实现第一相机架组件1121带动相机罩组件112随第一直线模组1119整体运动。

线阵相机组件11其还进一步包括第二相机架组件115，第二相机架组件115的第二相机架1151与第一直线模组1119连接，并支撑固定在检测设备底座组件14的检测设备底座141上。第二相机架1151上安装有多个第一模组座1152，第一模组座1152沿第一直线模组1119的延伸方向对称分布设置于第一直线模组1119两侧，各第一模组座1152上通过螺钉固定安装有第一模组定位块1153，各第一模组定位块1153与第一直线模组1119采用凹凸匹配设置接触连接，第一模组定位块1153上设置有凸出部，第一直线模组1119相应设置有匹配的凹槽部，由于设置于第一直线模组1119两侧的第一模组定位块1153的方向限制作用，使得第一直线模组1119只能在直角换向器1117通过第二联轴器11110的带动下进行上下移动。工型支架1154利用方形刚和钢板焊接而成，支撑固定在检测设备底座141上，其顶部通过螺栓安装有两个橡胶材质的垫块11541，工型支架1154上安装有第一下限位开关1155，第二相机架1151顶部相应安装有第一上限位开关1156。

本实施例中第一驱动电机1111通过减速器1112作用在双轴换向器1113上，双轴换向器1113将单一方向动力改变成沿两侧方向的动力，动力经第一联轴器1116传输给直角换向器1117后，又经第二联轴器11110传递给第一直线模组1119，第一直线模组1119由于内部丝杠螺母机构的相对运动，使得第一直线模组1119可以带着第一相机架11211沿着第一模组座1152进行上下移动，第一相机架11211向上移动时，当相机架前罩1122接触到第一上限位开关1156后，第一驱动电机1111停止运动；第一相机架11211向下运动时，相机架前罩1122接触到第一下限位开关1155后，第一驱动电机1111停止运动，工型支架1154及其设置的垫块11541起到第一驱动电机1111停机后，通过支撑相机架前罩1122而支撑整个线阵相机组件部分的作用。

进一步参考图5、图6所示，对于线阵相机机构113，其相机外座1131上设置有圆孔与扇形槽孔并固定在第一相机架11211上；相机中座1132通过螺钉穿过相机外座1131上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在相机外座1131上，可实现相机中、外座的相对位置微调。相机中座1132上也设置有圆孔与扇形槽孔，相机内座1133通过螺钉穿过相机中座1132上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在相机中座1132上，可实现相机内、中座的相对位置微调，相机内座1133上固定有线阵相机1134，由于相机内、中、外座的相对位置可微调，从而可实现不同隧道检测要求情况下，线阵相机可以沿拍摄方向的上下左右四个方向的微调。

对于光源机构114，其安装在第一相机架11211延伸至相机罩组件112内部的环形端上，沿第一相机架11211延伸至相机罩组件112内部的环形端均匀布置多个光源架1141，各光源架1141上设置有圆孔与扇形槽孔，补充光源1142通过螺钉穿过光源架1141上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在各光源架1141上，从而实现不同隧道环境下补充光源光照方向的微调，使得补充光源可以根据地铁隧道巡检需要布满整个待测地铁隧道墙面轮廓。

参考图7、图8所示，对于激光扫描仪组件12，其包括扫描仪联动组件121、扫描仪罩组件122、激光扫描仪机构123，扫描仪罩组件122内部分布设置有激光扫描仪机构123，扫描仪联动组件121与扫描仪罩组件122连接，带动所述扫描仪罩组件122联动。

具体的，扫描仪联动组件121的第二驱动电机1211通过螺钉固定到驱动电机上座1212上，驱动电机上座1212通过螺钉固定在驱动电机下座1213，第二直线模组1214通过第三联轴器1215与第二驱动电机1211的输出轴连接。扫描仪联动组件121的扫描仪组件座1216支撑固定在检测设备底座组件14的检测设备底座141上，扫描仪组件座1216安装有多个第二模组座1217，各第二模组座1217沿第二直线模组1214的延伸方向对称分布设置于第二直线模组1214两侧。各第二模组座1217上通过螺钉固定安装有第二模组定位块1218，各第二模组定位块1218与第二直线模组1214采用凹凸匹配设置接触连接，第二模组定位块1218上设置有凸出部，第二直线模组1214相应设置有匹配的凹槽部，由于第二直线模组1214两侧的第二模组定位块1218的方向限制作用，使得第二直线模组1214只能在第二驱动电机1211的作用下，进行上下运动。

对于扫描仪罩组件122，其与第二直线模组1214连接，包括扣和为一体的扫描仪前罩1221与扫描仪后罩1222，扫描仪后罩1222通过螺钉固定在第二直线模组1214上，扫描仪后罩1222环绕布置有多个激光扫描仪机构123，各激光扫描仪机构123通过接线器124走线，根据地铁隧道巡检需要实现360°全方位扫描隧道轮廓表面的效果。驱动电机上座1212上还设置有第二下限位开关125，扫描仪组件座1216的顶部相应设置有第二上限位开关126，第二上限位开关126与第二下限位开关125用于扫描仪前罩1221在上下运动时触发以关闭第二驱动电机1211。

本实施例中第二驱动电机1211的输出轴通过第三联轴器1215与第二直线模组1214连接，动力经第三联轴器1215传输给第二直线模组1214，第二直线模组1214由于内部丝杠螺母机构的相对运动，使得第二直线模组1214可以带动扫描仪前罩1221沿着第二模组座1217进行上下移动，上移时，当扫描仪前罩1221接触到第二上限位开关1156后，第二驱动电机1211停止运动；下移时，当扫描仪前罩1221接触到第二下限位开关125后，第二驱动电机1211停止运动。

参考图2、图9所示，对于检测设备底座组件14起设备承载与安装固定作用，线阵相机组件11、激光扫描仪组件12利用螺钉分别将第二相机架115及扫描仪组件座1216固定到检测设备底座141的线阵相机组件平板1411和激光扫描仪平板1412上。检测设备底座141的两侧位置对称布置推杆座1413和导轨1414，并通过螺栓螺母固定在检测设备底座141上。导轨1414上安装有导轨滑块1415，导轨滑块1415上固定有移门机构，推杆座1413通过螺栓螺母固定有推杆机构1416，推杆机构1416一端固定在推杆座1413上，另一端固定在移门机构上，通过控制推杆机构的伸缩驱动移门机构沿导轨移动，以实现移门机构的打开与关闭。

检测设备底座141上安装有数据处理器13，在数据处理器13的两侧位置处和检测设备底座尾部安装有四个吊耳1417，用于检测设备组件的整体起吊。机器人检测设备1外部罩设有检测设备外罩上相应设置触摸屏151和数据传输接口152，触摸屏151用于机器人检测设备状态的显示和调试时的指令输入，数据传输接口152用于巡检机器人与外部设备的数据信息互相传输。检测设备外罩上通过螺钉安装有两个走线杆153，每个走线杆上挂有一个走线环154，用于线阵相机组件11可以上下移动时，线缆穿过走线环154绕在走线杆153上，再连接到数据处理器13上，使线缆规整。

对于巡检机器人移动平台2，参考图10-图19所示，其包括主体结构21、运动组件22、能源组件23、液压制动组件24，运动组件22、能源组件23、液压制动组件24置于主体结构21的底盘构架211上。具体的：

参考图12所示，对于运动组件22，两个运动组件22在主体结构21上采用中心对称方向布置，采用弹性车轮与弹性减振器的二重减振方式，永磁同步电机直接驱动弹性车轮的方式，实现机器人的运动。即：运动组件22的第三驱动电机221为通孔型，车轴222穿过第三驱动电机221，在车轴222的两侧输出轴上通过间隙配合的方式依次安装有多层隔套223与法兰224，且其中一侧输出轴最外层隔套223与法兰224之间安装有刹车盘225。本实施例中具体在第三驱动电机221右侧输出轴上采用内外三层设置方式通过间隙配合方式设置三层隔套223，然后设置法兰224，将三层隔套223与法兰224通过固定螺栓拧紧，实现第三驱动电机221在车轴222上的右侧固定。在第三驱动电机221左侧输出轴上采用内外两层设置方式通过间隙配合方式设置两层隔套223，然后依次安装刹车盘225与法兰224，法兰224通过过盈装配安装在车轴222上，并贴紧车轴的轴肩，将隔套223、刹车盘225、法兰224通过固定螺栓拧紧，实现第三驱动电机221在车轴222上的左侧固定。第三驱动电机221上通过螺钉安装有停车制动器226与行车制动器227，从而实现第三驱动电机的动力传递到车轴和制动器的制动力传递到车轴，行车制动器用于行车过程的减速，停车制动器用于驻车情况下的制动。车轴222的两侧输出轴的外侧端利用花键安装有转换套228，转换套228通过过盈装配安装有弹性车轮229，同时车轴222的两外侧端靠近转换套228的外侧还设置有安装端部件2210，安装端部件2210与弹性车轮229接触，用于弹性车轮的端部限位。同时，在车轴222的两侧输出轴的外侧端靠近转换套228的内侧设置有轴承座2211，轴承座2211内部安装有轴承2212，轴承座的轴承2212两侧安装有内侧端盖2213和外侧端盖2214，两个端盖通过螺栓固定在轴承座2211上；每个轴承座2211上安装有两个减振器2215，减振器2215上固定有减振器座2216，通过螺栓螺母实现减振器2215、减振器座2216、轴承座2211的固定，通过两套螺栓螺母将主体结构21、减振器座2216和减振器2215固定，从而实现主体结构21与运动组件22的固定安装。车轴222的一外侧端安装有一通孔型编码器2217，通过编码器连接件2218固定在内侧端盖2213上。

同时，为防止第三驱动电机在驱动车轴时轴向旋转，在第三驱动电机221上安装有连杆2219，在主体结构21的底盘构架211上安装有定位件2111，定位件2111内部安装有轴承2112，定位销2113穿过连杆2219、定位件2111和轴承2112后用锁紧螺母固定，定位销2113端部装有开口销2114。

参考图13、图14、图15所示，对于能源组件23，其包括电池包231、电机控制器232、电源转换模块233，其中电池包231固定在电池固定架2311上；电机控制器232与第三驱动电机221电连接，驱动控制第三驱动电机工作，电机控制器232固定在控制器固定架2321上；电机控制器232上部通过螺钉安装有高压箱板2341，高压箱板2341上安装有高压箱234。电源转换模块233固定安装在电源转换模块固定架2331上，包括交流变频器2332、直流变频器2333、蓄电池2334。电池固定架2311、控制器固定架2321、电源转换模块固定架2331均通过螺栓螺母固定在主体结构21固定在底盘构架211上。

参考图16-图19所示，巡检机器人移动平台2上进一步设置有第一箱体25、第二箱体26，第一箱体25、第二箱体26均通过螺栓螺母固定在主体结构21的底盘构架211上。其中，第一箱体25内部设置有充电口251及液压制动组件24。液压制动组件24包括液压控制器241、液压***242，液压***242与停车制动器226、行车制动器227连接，液压控制器241通过控制液压***242进而控制行车制动器227与停车制动器226动作。第一箱体25还罩设有第一箱罩252，第一箱罩252固定在第一箱体25上，充电盖板253通过合页254固定在第一箱罩252上，用于非充电状态的遮挡。第二箱体26还罩设有第二箱罩261，第二箱罩261固定在第二箱体26上，第二箱体26内部设置有低压箱262，低压箱262被低压箱固定件263利用螺钉固定在第二箱体26上。第一箱体25与第二箱体26上均设置有相机27，相机27通过相机固定件271通过螺钉分别固定第一箱体25与第二箱体26上。

本实施例中巡检机器人具备电制动与液压制动两种制动的制动技术，设置运行过程的减速控制采用电制动的方式，停车过程采用液压行车制动器制动，驻车期间利用液压停车制动器制动。

对于主体结构21，参考图10-图12所示，主体结构21采用前后左右对称设计，其底盘构架211上部通过螺钉安装有上盖板212，在底盘构架211上的运动组件22位置处焊接四个起吊耳213，用于机器人转运起吊。底盘构架211前后端通过螺钉安装有照灯座214，每个照灯座214上通过螺钉安装一个照明灯215，用于机器人在隧道内的照明。底盘构架211前后端中部通过螺钉固定一个折弯架216，折弯架216上利用螺钉安装有摄像头217、毫米波雷达218、激光雷达219，摄像头用于运行期间视觉检测及红绿灯识别，前方人员识别，激光雷达用于识别百米标作为定位校准，毫米波雷达用于探障。同时，底盘构架211前后端的两侧安装有警示灯座2110，其上安装有一个警示灯2111。

综上，本发明的巡检机器人由机器人检测设备1与巡检机器人移动平台2两部分组成，巡检机器人移动平台2上搭载有机器人检测设备1，机器人采用模块化、对称设计，便于安装、调试及标准化生产，机器人双向行驶，无须其他设备辅助掉头。其中：机器人检测设备1的线阵相机组件11及激光扫描仪组件12同时与数据处理器13电连接，能够使巡检机器人根据巡检环境，通过控制线阵相机组件11及激光扫描仪组件12工作，自动调节高度，以适应巡检环境要求。同时，巡检机器人移动平台2上设置运动组件22、能源组件23、液压制动组件24，运动组件22采用弹性车轮与弹性减振器的二重减振方式，能源组件23、液压制动组件24与运动组件22连接，控制运动组件电制动或液压制动；同时，巡检机器人移动平台2上设置了激光雷达、毫米波雷达、摄像头等，构建了机器人环境信息识别感知***，能够准确定位校准巡检机器人位置、结构病害位置、障碍物位置等，使巡检机器人具备探障功能、环境信息实时监控功能、红绿灯识别能力、机器人运行稳定性监测等功能。同时，机器人检测设备设置的线阵相机组件的线阵相机、激光扫描仪组件的线激光扫描仪机构、及数据处理器，以及巡检机器人移动平台的运动组件设置的编码器、底盘构架上安装的摄像头、毫米波雷达、激光雷达、及第一箱体、第二箱体上设置的相机，组成列车隧道结构的病害采集***，巡检机器人到达巡检区间后，相机组件架和扫描仪后罩跟随通过第一驱动电机、第二驱动电机带动第一直线模组、第二直线模组根据巡检区间内隧道轮廓信息，自动调节高度，以适应隧道轮廓，实现地铁隧道多病害高精度的实时采集，单次巡检可完成裂缝病害、渗漏水病害、剥落剥离病害、收敛变形病害、错台病害、扣件缺失病害等的检测；同时，检测病害数据可实时处理，检测结果可实时传输给机器人远程控制平台，实现机器人的远程监控及远程遥控，无需人工再次处理，响应速度快，识别精度高。

同时，本发明根据上述提供的巡检机器人，设置了一种用于列车隧道结构病害的智能检测方法，主要包括以下步骤：

巡检机器人开机后执行健康自检程序，巡检机器人进行自检；

自检完成后，根据设定的检测路线与巡检区间，执行自主巡检程序：

巡检机器人沿设定的检测路线行驶，实时将巡检机器人的位置信息以及障碍物信息发送给机器人远程控制平台；

巡检机器人到达设定的巡检区间后，相机组件架和扫描仪后罩跟随通过第一驱动电机、第二驱动电机带动第一直线模组、第二直线模组根据巡检区间内隧道轮廓信息，自动调节高度，以适应隧道轮廓；

采集巡检区间内隧道结构病害信息，并将采集的巡检区间内隧道结构病害信息同步发送到数据处理器，根据设定的相应病害识别算法判断病害信息，实时反馈病害信息与位置信息到机器人远程控制平台；

巡检机器人运行到巡检区间终点后，病害采集***停止病害信息采集，线阵相机组件与激光扫描仪组件复位到巡航状态位置；

巡检机器人运行到巡检任务设定停车位置，机器人巡检任务结束。

Claims (16)

1.一种巡检机器人，用于列车隧道结构病害的智能检测，其特征在于，包括巡检机器人移动平台，所述巡检机器人移动平台上搭载有机器人检测设备；

所述机器人检测设备包括线阵相机组件、激光扫描仪组件、数据处理器、检测设备底座组件，所述线阵相机组件及激光扫描仪组件同时与所述数据处理器电连接，并均固定安装在所述检测设备底座组件的检测设备底座上；所述线阵相机组件包括相机联动组件、相机罩组件、线阵相机机构、光源机构和第二相机架组件，所述相机罩组件内部分布设置有所述线阵相机机构、光源机构，所述相机联动组件与所述相机罩组件连接，带动所述相机罩组件联动；其中，

所述相机联动组件进一步包括：

双轴换向器，所述双轴换向器的两个输出轴均通过第一联轴器固定到直角换向器上，实现动力由水平到垂直的方向转变；

第一驱动电机，通过减速器固定在所述双轴换向器上，将第一驱动电机单方向动力转换成两端输出的双方向动力；

第一直线模组，通过第二联轴器与所述直角换向器连接，随所述直角换向器联动；

所述第二相机架组件进一步包括：

第二相机架，与所述第一直线模组连接，并支撑固定在所述检测设备底座上；所述第二相机架安装有多个第一模组座，所述第一模组座沿所述第一直线模组的延伸方向分布设置于所述第一直线模组两侧，各第一模组座上安装有第一模组定位块，各第一模组定位块与所述第一直线模组采用凹凸匹配设置接触连接；

工型支架，支撑固定在所述检测设备底座上，顶部安装有垫块；所述工型支架上安装有第一下限位开关，所述第二相机架相应安装有第一上限位开关；

所述巡检机器人移动平台包括主体结构、运动组件、能源组件、液压制动组件，所述运动组件、能源组件、液压制动组件置于所述主体结构的底盘构架上，所述能源组件、液压制动组件与所述运动组件连接，用于控制所述运动组件电制动或液压制动。

2.根据权利要求1所述的巡检机器人,其特征在于，所述相机罩组件通过第一相机架组件固定在所述第一直线模组上，包括扣和为一体的相机架前罩与相机架后罩；

所述相机罩组件侧面开有对应所述线阵相机机构与光源机构的第一开口；

所述第一相机架组件包括：

第一相机架，延伸至所述相机罩组件内部的一端设置为环形端；

第一相加架固定块，与所述第一相机架固连，用于将所述第一相机架固定在所述第一直线模组上；

所述第一相机架延伸至所述相机罩组件内部的环形端中心位置安装有散热风扇，所述相机架前罩相应开有通风口。

3.根据权利要求2所述的巡检机器人,其特征在于，所述光源机构包括：

多个光源架，沿所述第一相机架延伸至所述相机罩组件内部的环形端均匀布置，并设置有圆孔与扇形槽孔；

补充光源，通过螺钉穿过所述光源架上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在各光源架上。

4.根据权利要求3所述的巡检机器人,其特征在于，所述线阵相机机构包括：

相机外座，设置有圆孔与扇形槽孔，并固定在所述第一相机架上；

相机中座，通过螺钉穿过所述相机外座上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在相机外座上，并设置有圆孔与扇形槽孔；

相机内座，通过螺钉穿过所述相机中座上的圆孔与扇形槽孔的方式固定在相机中座上；

线阵相机，固定在相机内座上。

5.根据权利要求1所述的巡检机器人,其特征在于，所述激光扫描仪组件包括扫描仪联动组件、扫描仪罩组件、激光扫描仪机构，所述扫描仪罩组件内部分布设置有所述激光扫描仪机构，所述扫描仪联动组件与所述扫描仪罩组件连接，带动所述扫描仪罩组件联动。

6.根据权利要求5所述的巡检机器人,其特征在于，所述扫描仪联动组件包括：

第二驱动电机，固定到驱动电机上座上，所述驱动电机上座固定在驱动电机下座；

第二直线模组，通过第三联轴器与所述第二驱动电机的输出轴连接。

7.根据权利要求6所述的巡检机器人,其特征在于，所述激光扫描仪组件还包括扫描仪组件座：

所述扫描仪组件座支撑固定在所述检测设备底座上，并安装有多个第二模组座，所述第二模组座沿所述第二直线模组的延伸方向分布设置于所述第二直线模组两侧；

各第二模组座上安装有第二模组定位块，各第二模组定位块与所述第二直线模组采用凹凸匹配设置接触连接。

8.根据权利要求6所述的巡检机器人,其特征在于，所述扫描仪罩组件与所述第二直线模组连接，包括扣和为一体的扫描仪前罩与扫描仪后罩，所述扫描仪后罩环绕布置有多个激光扫描仪机构，各激光扫描仪机构通过接线器走线；

所述驱动电机上座还设置有第二下限位开关，所述扫描仪组件座的顶部设置有第二上限位开关，所述第二上限位开关与第二下限位开关用于所述扫描仪前罩在上下运动时触发以关闭所述第二驱动电机。

9.根据权利要求1所述的巡检机器人,其特征在于，所述检测设备底座的两侧位置对称布置推杆座和导轨；

所述导轨上安装有导轨滑块，所述导轨滑块上固定有移门机构；

所述推杆座固定有推杆机构，所述推杆机构一端固定在所述推杆座上，另一端固定在所述移门机构上，通过控制所述推杆机构的伸缩驱动所述移门机构沿所述导轨移动。

10.根据权利要求1所述的巡检机器人,其特征在于，所述运动组件包括：

第三驱动电机，安装有停车制动器与行车制动器；

车轴，穿过所述第三驱动电机，所述车轴的两侧输出轴上通过间隙配合的方式依次安装有多层隔套与法兰，且其中一侧输出轴最外层隔套与法兰之间安装有刹车盘；

转换套，安装于所述车轴的两侧输出轴的外侧端，且通过过盈装配安装有弹性车轮；

所述车轴的两外侧端靠近所述转换套的外侧还设置有安装端部件，与所述弹性车轮接触，用于所述弹性车轮的端部限位；

轴承座，设置于所述车轴的两侧输出轴的外侧端靠近所述转换套的内侧，所述轴承座内部安装有轴承，所述轴承座的轴承两侧安装有内侧端盖和外侧端盖；

减振器，通过减振器座固定在所述轴承座上；

编码器，设置于所述车轴的一外侧端，通过编码器连接件固定在所述内侧端盖上。

11.根据权利要求10所述的巡检机器人,其特征在于，所述第三驱动电机上安装有连杆，所述主体结构的底盘构架上安装有定位件，所述定位件内部安装有轴承，定位销穿过所述连杆、定位件和轴承后固定，所述定位销端部装有开口销。

12.根据权利要求10所述的巡检机器人,其特征在于，所述能源组件包括：

电池包，固定在电池固定架上；

电机控制器，与所述第三驱动电机连接，并固定在控制器固定架上，所述电机控制器上部安装有高压箱板，所述高压箱板上安装有高压箱；

电源转换模块，固定安装在电源转换模块固定架上，包括交流变频器、直流变频器、蓄电池；

所述电池固定架、控制器固定架、电源转换模块固定架固定在所述底盘构架上；

所述液压制动组件包括液压控制器、液压***，所述液压***与行车制动器、停车制动器连接，所述液压控制器通过控制液压***控制行车制动器与停车制动器动作。

13.根据权利要求10所述的巡检机器人,其特征在于，所述的巡检机器人移动平台进一步包括：

第一箱体，固定在所述主体结构的底盘构架上，内部设置有充电口及所述液压制动组件；

所述第一箱体还罩设有第一箱罩，充电盖板通过合页固定在所述第一箱罩上；

第二箱体，固定在所述主体结构的底盘构架上，内部设置有低压箱；

所述第一箱体还罩设有第一箱罩，充电盖板通过合页固定在所述第一箱罩上；

所述第一箱体、第二箱体上均设置有相机。

14.根据权利要求10所述的巡检机器人,其特征在于，所述底盘构架前后端固定有折弯架，折弯架上安装有摄像头、毫米波雷达、激光雷达；

所述底盘构架前后端还安装有照灯座与警示灯座，所述照灯座上安装照明灯，所述警示灯座上安装有警示灯。

15.一种用于列车隧道结构病害的智能检测方法，采用权利要求1-14任一项所述的巡检机器人,其特征在于，包括：

巡检机器人开机后执行健康自检程序，巡检机器人进行自检；

自检完成后，根据设定的检测路线与巡检区间，执行自主巡检程序：

巡检机器人沿设定的检测路线行驶，实时将巡检机器人的位置信息以及障碍物信息发送给机器人远程控制平台；

巡检机器人到达设定的巡检区间后，相机组件架和扫描仪后罩跟随通过第一驱动电机、第二驱动电机带动第一直线模组、第二直线模组根据巡检区间内隧道轮廓信息，自动调节高度，以适应隧道轮廓；

采集巡检区间内隧道结构病害信息，并将采集的巡检区间内隧道结构病害信息同步发送到数据处理器，根据设定的相应病害识别算法判断病害信息，实时反馈病害信息与位置信息到机器人远程控制平台。

16.根据权利要求15所述的用于列车隧道结构病害的智能检测方法，其特征在于，所述机器人检测设备设置的线阵相机组件的线阵相机、激光扫描仪组件的线激光扫描仪机构、及数据处理器，以及所述巡检机器人移动平台的运动组件设置的编码器、底盘构架上安装的摄像头、毫米波雷达、激光雷达、及第一箱体、第二箱体上设置的相机，组成列车隧道结构的病害采集***；

巡检机器人运行到巡检区间终点后，病害采集***停止病害信息采集，线阵相机组件与激光扫描仪组件复位到巡航状态位置；

巡检机器人运行到巡检任务设定停车位置，机器人巡检任务结束。

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