CN115420805A - 一种悬挂式单轨检测机器人及悬挂式单轨检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂式单轨检测机器人及悬挂式单轨检测方法，属于悬挂式单轨技术领域，其包括具有走行机构和导向机构的机体，能够在悬挂式单轨轨道梁或者道岔梁中可靠走行，通过机体上伸缩外视机构与升降机构的组合设置，可以实现其在梁体内外位置的切换，实现梁体外部区域的准确检测；再通过伸缩耦合机构和伸缩探伤装置的组合设置，能够实现疑似缺陷部位的耦合剂涂抹和探伤作业，完成悬挂式单轨梁体的检测。本发明的悬挂式单轨检测机器人，结构紧凑，控制与使用便捷，能够准确完成不同部位梁体结构内外侧的图像检测和探伤检测，为悬挂式单轨的检修维护和安全运营提供了保障，提升了悬挂式单轨梁体检测的全面性和准确性，具有较好的实用价值。

Description

一种悬挂式单轨检测机器人及悬挂式单轨检测方法

技术领域

本发明属于悬挂式单轨技术领域，具体涉及一种悬挂式单轨检测机器人及悬挂式单轨检测方法。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，城市人口越来越多，对出行交通的需求也越来越大。悬挂式单轨作为一种中低运量新型轨道交通，因其特殊的运行形式，具有占地少、建设成本低、建设周期短、施工对市政交通影响小、简洁美观等优点，在中小城市、旅游景区中具有广阔的应用前景。

在悬挂式单轨交通中，轨道梁作为悬挂式单轨列车行走的支撑与导向结构，直接影响列车的平稳与安全；其次，道岔作为悬挂式单轨交通中的关键设备，其数量众多，***复杂，也对工程的正常运营至关重要。因此，实际运营过程中，需要定期对其轨道梁和道岔结构进行检测。

目前，传统的道岔及轨道梁检测主要是通过人工携带工器具进行检测，劳动强度较大；而且，由于悬挂式单轨的轨道梁处于远离地面的悬空状态，给实际人工检测带来了诸多不便，且人工检测通常伴随着大量的漏检、错检，检测的质量和效率均较低。虽然现有技术中已经公开了一些关于巡检机器人、巡检小车的新型检修方案，能够一定程度上提升检修的效率和质量，例如现有专利文献CN 202011122244.9、CN 201721498196.7、CN201610439815.9等中公开的内容所述。但是，纵观上述现有技术，不难发现，其仍然存在较大的缺陷，往往只能对轨道梁的内部进行检测，检测范围小、检测形式单一，无法充分、准确地反映悬挂式单轨轨道梁和道岔的实际运行状态，存在极大的应用局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种悬挂式单轨检测机器人及悬挂式单轨检测方法，能够实现悬挂式单轨轨道梁和道岔内外状态的准确检测，满足悬挂式单轨不同部位的准确检测需求，准确标记线路上的缺陷位置，为悬挂式单轨交通的可靠运营提供保障。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种悬挂式单轨检测机器人，包括机体和设置于该机体横向两侧的导向机构，以及分设于该机体底部横向两侧的走行机构，其还包括：

伸缩耦合机构，其在所述机体的横向两侧分别设置，包括耦合剂储盒和对应该耦合剂储盒设置的第一横移组件；所述耦合剂储盒可在该第一横移组件的带动下靠近或者远离悬挂式单轨轨道梁或者道岔梁的侧梁，并在抵接所述侧梁的内壁面时完成耦合剂的涂抹；

伸缩探伤机构，其在所述机体的横向两侧分别设置，并对应设置在所述伸缩耦合机构的一侧，包括探伤装置和对应该探伤装置设置的第二横移组件；所述探伤装置可在该第二横移组件的带动下靠近或者远离所述侧梁，并在抵接该侧梁涂抹有耦合剂的内壁面时完成该侧梁的探伤；

伸缩外视机构，其通过升降机构连接于所述机体的底部，并可在该检测机器人置于轨道梁或者道岔梁内时正对两走行梁之间的缝隙，使得所述伸缩外视机构可在升降机构的驱动下自轨道梁或者道岔梁的内部向下运动至外侧；且所述伸缩外视机构上设置有若干检测单元，用于在该伸缩外视机构伸出对应梁体后完成该梁体外部区域的检测。

作为本发明的进一步改进，所述升降机构为升降旋转机构，其包括顶部连接于机体底面的升降组件和设置在该升降组件底部的旋转组件；

所述伸缩外视机构设置在该旋转组件上，并可在其带动下进行绕轴旋转。

作为本发明的进一步改进，所述伸缩外视机构包括旋转节和至少一个伸缩节；

所述旋转节连接在所述旋转组件上，并可在该旋转组件的驱动下由梁体纵向转动至梁体横向；所述至少一个伸缩节活动连接在所述旋转节的端部，其可在所述伸缩外视机构未工作时缩回叠设于所述旋转节的端部，并在所述伸缩外视机构工作时伸出展开。

作为本发明的进一步改进，所述旋转节以中部连接所述旋转组件，其两端上分别设置有多个伸缩节；

相邻伸缩节之间、对应伸缩节与所述旋转节的端部之间通过滑动匹配或者铰接，使得多个所述伸缩节可相对所述旋转节滑动展开或者偏转展开。

作为本发明的进一步改进，所述走行机构为分设于机体横向两侧的至少两对驱动轮腿；

所述驱动轮腿包括支腿和设置于支腿底部的走行轮，并对应所述走行轮设置有驱动电机；且所述支腿的顶部连接所述机体，并可相对该机体旋转或者伸缩，使得所述机体的竖向位置可调。

作为本发明的进一步改进，所述支腿与所述机体通过角度电机转动连接，使得所述支腿可在该角度电机的带动下改变与所述机体之间的夹角。

作为本发明的进一步改进，对应所述耦合剂储盒设置有耦合旋转电机，用于带动该耦合剂储盒进行绕轴旋转；

和/或

对应所述探伤装置设置有探伤旋转电机，用于带动所述探伤装置旋转并改变其探伤的角度和位置。

作为本发明的进一步改进，所述探伤装置包括导波探头、夹持架和导向外壳；

所述夹持架夹设在所述导波探头的外侧，并对应嵌设于一端开口并呈筒状结构的导向外壳中；且

对应所述导波探头设置有若干缓冲连接件；所述缓冲连接件的一端连接所述夹持架，另一端连接该导向外壳背离开口侧的一端，使得所述导波探头可在缓冲连接件的压缩形变下柔性抵接侧梁的内壁面。

作为本发明的进一步改进，所述缓冲连接件包括导向柱和弹簧；

所述导向外壳背离开口端的一侧连接设置有底板；所述导向柱的两端分别连接底板和所述夹持架，且其一端的连接为固定连接，另一端的连接为滑动连接，使得所述夹持架与所述底板之间的距离可调；

相应地，所述弹簧套设于所述导向柱上，其两端分别抵接所述夹持架和所述底板。

作为本发明的进一步改进，所述机体的外周壁面上设置有若干环视装置，用于实现对应梁体内侧区域的检测；

和/或

所述机体底面的横向两侧分别设置有廓扫装置，用于进行对应梁体两走行梁的扫描检测。

本发明的另一个方面，提供一种悬挂式单轨检测方法，其利用所述的悬挂式单轨检测机器人来实现，包括如下步骤：

(1)将机器人设置在轨道梁或者道岔梁中，控制所述升降机构下降，使得伸缩外视机构从梁体内部下降至梁体外部；

(2)控制机器人走行，由环视装置采集梁体内部的图像，并由伸缩外视机构采集梁体外侧的图像；

(3)根据采集的图像判定梁体上疑似存在缺陷的位置，确定机器人需要进行探伤的部位；

(4)调整机器人的位置，使得其伸缩耦合机构对正相应的探伤作业位置，之后，控制第一横移组件工作，带动所述耦合剂储盒横向伸出并完成侧梁内壁面上耦合剂的涂抹；

(5)调整机器人的位置，使得伸缩探伤机构对正完成耦合剂涂抹的侧梁内壁，控制第二横移组件工作，带动探伤装置横向伸出并抵接涂抹有耦合剂的侧梁内壁面；

(6)控制探伤装置工作，并完成梁体对应区域的探伤检测；

(7)循环步骤(2)～(6)，完成悬挂式单轨梁体的检测。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

(1)本发明的悬挂式单轨检测机器人，其包括具有走行机构和导向机构的机体，能够在悬挂式单轨轨道梁或者道岔梁中可靠走行，通过机体上伸缩外视机构的对应设置，可以实现其在梁体内外位置的切换，实现梁体外部区域的准确检测；再通过伸缩耦合机构和伸缩探伤装置的组合设置，能够实现疑似缺陷部位的耦合剂涂抹和探伤作业，进而实现梁体的准确检测，提升悬挂式单轨设置与应用的可靠性，保证梁体结构的安全运营，简化悬挂式单轨的检测过程，降低悬挂式单轨的检测成本和检测难度，推动悬挂式单轨技术的发展和应用。

(2)本发明的悬挂式单轨检测机器人，其通过伸缩外视机构与升降旋转机构的匹配设置，使得伸缩外视机构的旋转节可在梁内时沿梁体纵向延伸，避免了伸缩外视机构从梁内运动至梁外的位置干涉；再通过将各伸缩节折叠设置于旋转节的两端，使得伸缩外视机构的实际检测宽度可根据需要进行调整，扩大了外视检测的视场范围，准确实现了道岔梁等特殊部位梁体的外部检测，提升了检测的准确性和可靠性，避免了错检、漏检情况的出现。

(3)本发明的悬挂式单轨检测机器人，其通过对应设置走行机构的结构形式，利用支腿、角度电机、驱动电机和走行轮等部件的组合设置，有效实现了梁体内机***姿和位置的调整，不仅满足了梁体内不同部位的检测需求，还为机器人的避障走行提供了保障，进一步提升了检测机器人在梁体内部走行检测的准确性和可靠性。

(4)本发明的悬挂式单轨检测机器人，其通过对应耦合剂储盒设置耦合旋转电机，使得耦合剂储盒的涂抹位置可以根据需要对应调整，并快速完成圆形区域的耦合剂涂抹，有效提升了耦合剂涂抹的效率和均匀性；同时，通过对应探伤装置设置探伤旋转电机，使得探伤装置的探伤位置和角度可以根据需要进行调整，进而获得更多、更准确的探伤数据，提升探伤作业的效率和精度。

(5)本发明的悬挂式单轨检测机器人，其通过对应探伤装置的导波探头设置导向外壳，并对应导波探头设置缓冲连接件，使得导波探头的探伤面解除待探伤梁体的内侧壁面时，可在横向上缓冲位移一定距离，避免了导波探头与梁体壁面的刚性碰撞，实现探伤作业过程的柔性接触，而缓冲连接件的设置，也确保了探伤过程中导波探头始终贴合于梁体内壁面，确保了探伤作业的准确性和可靠性。

(6)本发明的悬挂式单轨检测机器人，结构紧凑，控制与使用便捷，能够实现在悬挂式单轨轨道梁、道岔梁中的准确走行，满足不同情况下的调整使用，可以准确完成梁体结构内外侧的图像检测和探伤检测，为悬挂式单轨的检修维护和安全运营提供了保障，提升了悬挂式单轨梁体检测的全面性和准确性，推动了悬挂式单轨交通相关技术的发展和应用，具有较好的实用价值和应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、图2是本发明实施例中悬挂式单轨检测机器人的工作状态示意图；

图3、图4是本发明实施例中检测机器人在轨道梁中的设置形式示意图；

图5、图6是本发明实施例中检测机器人相对于道岔的设置形式示意图；

图7～图12是本发明实施例中悬挂式单轨检测机器人的各部件状态变化示意图；

图13是本发明实施例中悬挂式单轨检测机器人的机体内部结构示意图；

图14、图15是本发明实施例中检测机器人的伸缩耦合机构的结构示意图；

图16～图19是本发明实施例中检测机器人的伸缩耦合机构的工作过程示意图；

图20～图24是本发明实施例中检测机器人的伸缩探伤机构的结构示意图；

图25、图26是本发明实施例中检测机器人的伸缩探伤机构的工作过程示意图；

图27、图28是本发明实施例中检测机器人的升降旋转机构的结构示意图；

图29是本发明实施例中悬挂式单轨检测机器人的工作流程示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1、机体；2、机盖；3、环视装置；4、廓扫装置；5、导向轮；6、驱动轮腿；7、伸缩耦合机构；8、伸缩探伤机构；9、升降旋转机构；10、伸缩外视机构；11、走行识别装置；12、通信装置；13、控制与存储装置；14、供能装置；15、道岔梁；16、轨道梁；

60、角度电机；61、支腿；62、驱动电机；63、走行轮；

70、耦合承台；71、耦合旋转电机；72、耦合剂储盒；720、波形盒体；721、尖嘴；73、第一交叉连杆；74、第一固定连板；75、第一螺纹板；76、第一滑道；77、耦合承台连板；78、第一电机；79、第一螺杆；

80、探伤承台；81、探伤旋转电机；82、探伤装置；820、U型座；821、导波探头；822、夹持架；823、导向外壳；824、导向柱；825、弹簧；826、松紧螺钉；827、固定孔；828、螺纹洞；829、限位孔；83、第二交叉连杆；84、第二固定连板；85、第二螺纹板；86、第二滑道；87、探伤承台连板；88、第二电机；89、第二螺杆；

90、第三电机；91、第三螺杆；92、第三螺纹板；93、第三交叉连杆；94、升降承台；95、升降承台连板；96、第三滑道；97、升降旋转电机；

100、旋转节；101、右一伸缩节；102、右二伸缩节；103、左一伸缩节；104、左二伸缩节；105、上部球机摄像头；106、侧部球机摄像头；107、伸缩滑道；108、伸缩电机螺杆；109、旋转轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的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”仅用于描述目的，而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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图1～图28，本发明优选实施例中的悬挂式单轨检测机器人包括呈箱型的机体1，该机体1的横向(垂直于轨道梁16走行纵向的水平方向)两侧分别设置有导向机构，用于抵接悬挂式单轨的箱型轨道梁16的侧梁内壁，以为检测机器人的梁内走行导向。同时，机体1底部的横向两侧分别设置有走行机构，用于检测机器人在箱型轨道梁16的底部走行梁上走行，完成轨道梁不同部位的检测。

进一步地，为了完成检测机器人的检测作业过程，在机体1上还对应设置有检测组件，其包括分设于机体1横向两侧的伸缩探伤机构8、设置于机体1外周的环视装置3、设置于机体1底部横向两侧的廓扫装置4和设置于机体1底部中间的伸缩外视机构10。通过上述各部件的设置，对应完成轨道梁16两侧侧梁的探伤、轨道梁16内侧区域的图像检测、轨道梁16走行梁的扫描检测以及轨道梁16、道岔梁15外部的检测。

具体而言，优选实施例中的导向机构包括纵向上间隔设置的至少两个导向轮5，机体1横向两侧的导向轮5分别抵接轨道梁16或者道岔梁15的侧梁。在实际设置时，为了满足不同横向宽度轨道梁16的导向检测，优选实施例中对应导向轮5设置有横向伸缩组件，用于带动导向轮5进行横向位移伸缩，以确保导向轮5始终抵接在侧梁的内壁面上。在如图1所示的优选实施例中，各导向机构分别包括纵向间隔设置的两个导向轮5，两导向轮5分设于机体1横向两侧的纵向两端。

如图2中所示，优选实施例中的走行机构包括分设于机体1底部四角处的四个驱动轮腿6。在优选实施例中，驱动轮腿6包括支腿61，该支腿61的一端与走行轮63转动连接，另一端通过角度电机60与机体1的底面连接，通过角度电机60的控制，可以对应改变支腿61与机体1底面之间的夹角，实现机器人位姿的调整，完成机器人在轨道梁16中与相应设备(例如设置在轨道梁16侧梁内壁上的接触轨)的避位。相应地，对应各走行轮63还设置有驱动电机62，由其完成走行轮63的驱动，完成机器人在轨道梁16内的走行控制。

优选地，对应于检测机器人的走行，在机体1的纵向两侧分别设置有走行识别装置11，用于对机体1走向前方和走行后方的图像进行识别，为机器人躲避障碍提供数据支撑，为机器人调整高度等位姿、位置提供信息支撑。

如图1、图2中所示，优选实施例中的环视装置3设置在机体1的顶部和底部，其进一步优选为可环视转动的高清摄像头，高清摄像头的视野覆盖轨道梁16、道岔梁15的内侧结构表面，可以获取对应梁体内侧表面的高清图像。同时，优选实施例中的廓扫装置4设置在机体1的底部，并为分设于横向两侧的两个，分别正对轨道梁16底部的两走行梁的走行板面，利用三维结构光扫描走行板表面以获取走行板的廓形和尺寸数据。

进一步地，优选实施例中的伸缩探伤机构8为分设于机体1横向两侧的多个，并在机体1的横向两侧分别设置有至少一个伸缩耦合机构7来配合伸缩探伤机构8工作，通过伸缩耦合机构7在侧梁的内壁面上涂抹耦合剂，为伸缩探伤机构8后续的探伤提供良好的耦合接触，减少发射和接收导波信号的损失。

具体地，伸缩耦合机构7安装在机体1的横向侧面，其结构形式如图14～图19中所示，包括用于容置耦合剂的耦合剂储盒72和用于耦合剂储盒72安装设置的耦合承台70，并对应耦合承台70设置有横向伸缩组件，由其带动耦合承台70进行横向伸缩，带动耦合剂储盒72靠近或者远离侧梁的内壁面。

更详细地，优选实施例中的耦合剂储盒72包括波形盒体720，该波形盒体720背离耦合承台70的一侧设置有至少一个尖嘴721，通过横向伸缩组件的带动，可以实现尖嘴721与侧梁内壁面之间的接触，通过尖嘴721将耦合剂涂抹在侧梁内壁面上。

优选地，在耦合承台70与耦合剂储盒72之间设置有耦合旋转电机71，其优选为盘式结构，其输出轴的端部连接耦合剂储盒72，可带动其进行旋转，以之改变尖嘴721的方向，并可形成圆形的耦合剂涂抹区域，配合走行机构的走行和位姿调整，可以完成不同方向上的耦合剂涂抹需求，提升耦合剂的涂抹效果。

同时，优选实施例中的横向伸缩组件可以根据实际需要优选设置为不同的形式，例如液压伸缩机构、丝杆伸缩机构、铰接伸缩组件等，只要能够实现耦合剂储盒72的横向伸缩控制即可。

更具体地，在图14、图15所示的优选实施例中，上述横向伸缩组件为铰接伸缩组件，其包括第一电机78、第一螺杆79、第一螺纹板75、第一固定连板74、第一交叉连杆73、耦合承台连板77、第一滑道76。

其中，第一电机78设置在机体1的侧面上，第一螺杆79与第一电机78的输出轴同轴连接，且第一螺纹板75的中部与第一螺杆79螺纹匹配，两者之间形成螺旋位移机构，通过第一螺杆79的转动，带动第一螺纹板75在第一螺杆79上水平运动。同时，优选实施例中的第一交叉连杆73为相对设置的两组，每组第一交叉连杆73分别包括中部铰接的一对连杆单元，相应地，第一固定连板74和第一滑道76分别为成对设置的两个，前者连接在机体1的侧壁面上，后者设置在耦合承台70背离耦合剂储盒72的一侧端面上，并在两第一滑道76的端部分别设置有耦合承台连板77，且第一滑道76的延伸方向平行于第一螺杆79的轴线。

具体设置时，第一交叉连杆73一端的一个连杆单元端部铰接耦合承台连板77，另一个连杆单元的端部铰接第一滑道76中的滑块；相应地，第一交叉连杆73另一端的两连杆单元分别铰接第一螺纹板75的端部和第一固定连板74，形成图14、图15中所示的组合结构。继而，当控制第一电机78工作时，第一螺杆79旋转，带动第一螺纹板75水平移动，完成第一交叉连杆73的驱动，实现耦合剂储盒72的横向伸缩驱动。

如图20～图26中所示，优选实施例中的伸缩探伤机构8设置在伸缩耦合机构7的一侧，用于对完成耦合剂涂抹的区域进行探伤。具体地，伸缩探伤机构8包括探伤承台80和设置在该探伤承台80上的探伤装置82，并对应探伤承台80设置有横向伸缩组件，利用横向伸缩组件的驱动，带动探伤装置82靠近或者远离侧梁的内壁面。

如同伸缩耦合机构7中的横向伸缩组件一样，伸缩探伤机构8的横向伸缩组件也可以根据需要优选为对应的形式，例如液压伸缩组件、丝杆伸缩组件或者铰接伸缩组件，只要能够满足探伤装置82的横向伸缩驱动即可。

例如，在如图20、图21所示的具体实施例中，其横向伸缩组件包括对应连接设置的第二交叉连杆83、第二固定连板84、第二螺纹板85、第二滑道86、探伤承台连板87、第二电机88和第二螺杆89。显然，其连接形式与前述伸缩耦合机构7中的横向伸缩组件的连接方式相同，在此不做赘述。

在实际设置时，对应探伤装置82设置有探伤旋转电机81，使得探伤装置82可在探伤旋转电机81的带动下进行旋转，改变其探伤的角度和位置，提升对位探伤的准确性。

进一步地，优选实施例中的探伤装置82如图22～图24中所示，其包括U型座820、导波探头821、夹持架822、导向外壳823、导向柱824、弹簧825、松紧螺钉826、固定孔827、螺纹洞828和限位孔829。

其中，U型座820包括底板和设置在底板两端的两个支板，其底板通过连接件与导向外壳823的一端连接，优选实施例中的连接件为连接螺钉，其穿过固定孔827并螺纹匹配连接在螺纹洞828中；相应地，U型座820通过其两个支板与探伤旋转电机81的输出轴连接。

同时，导波探头821嵌设在导向外壳823中，为了保证导波探头821抵接侧梁内壁面时的可靠性，对应其设置有缓冲连接件，通过该缓冲连接件将导波探头821活动连接在U型座820的底板上，利用缓冲连接件的伸缩形变来改变导波探头821的工作面伸出导向外壳823的长度。

在优选实施例中，上述缓冲连接件包括夹持架822、导向柱824和弹簧825，夹持架822环抱套设在导波探头821的外周，并可通过松紧螺钉826的调节实现环抱的松紧程度。导向柱824的一端连接在夹持架822上，另一端滑动穿过U型座820底板上的通孔，并在该端部开设有限位孔829，使得导向柱824的端部穿过U型座820底板后通过销轴***限位孔829中的方式实现导向柱824端部的限位，避免导向柱824与U型座820之间的脱离。相应地，弹簧825套设在导向柱824上，其一端抵接夹持架822的端面，另一端抵接U型座820的端面，在实际设置时，弹簧825处于预压缩状态，确保销轴可以抵接底板的端面，且导波探头821可以伸出导向外壳823一定长度。

当伸缩探伤机构8实际工作时，由横向伸缩组件带动其靠近侧梁内壁面运动，待导波探头821的表面抵接侧梁的内壁面时，抵接时的反作用力作用弹簧825压缩，导向柱824向U型座820一侧运动，由导向外壳823和导向柱824为导波探头821的滑动提供双重导向，并由弹簧825实现导波探头821与侧梁内壁面的柔性接触，避免冲击损坏探头。

实际工作时，通过机器人的走行和位姿调整使得伸缩探伤机构8对准耦合剂涂抹区域，之后控制伸缩探伤机构8的横向伸缩组件工作，横向伸展一定距离后导波探头821的表面接触侧梁结构的表面，之后横向伸缩组件继续伸展一定距离，使得导波探头821缩进导向外壳823一定距离，并在弹簧825的作用下柔性压紧在侧梁结构的表面，通过表面耦合剂紧密贴合结构表面。此后，可以根据缺陷的分布情况，控制探伤旋转电机81旋转，改变导波探头821发射导波的方向，以获得更多、更好的探伤数据，更广的探伤范围，如图25、图26中所示。

如图2中所示，优选实施例中的伸缩外视机构10设置在机体1的底部中间，其与两走行梁之间的空隙竖向对正。同时，优选实施例中的伸缩外视机构10通过升降旋转机构9连接在机体1的底部，并可在其带动下进行竖向升降和旋转，实现从轨道梁16内部向下的伸出，为轨道梁16及道岔梁15外部的检测提供条件。

在优选实施例中，升降旋转机构9为如图27、图28中所示的铰接伸缩机构，其包括对应连接的第三电机90、第三螺杆91、第三螺纹板92、第三交叉连杆93、升降承台94、升降承台连板95、第三滑道96和升降旋转电机97。可以看出，升降旋转机构9的连接设置形式与伸缩耦合机构7以及伸缩探伤机构8中的横向伸缩组件的设置形式相同，区别主要在于设置位置不同，横向伸缩组件设置在机体1的侧壁面上，为了实现水平方向的伸缩，而升降旋转机构9设置在机体1的底面上，为了实现竖向上的伸缩。显然，根据前述记载，可以清楚理解升降旋转机构9的具体设置形式，故在此不做赘述。

当然，与横向伸缩组件的设置选择类似，优选实施例中升降旋转机构9的升降组件也可以根据需要设置为其他形式，例如液压升降组件、滑块-滑轨组件、丝杆升降组件等，在此不做赘述。

进一步地，升降承台94连接在升降组件的底部，伸缩外视机构10通过升降旋转电机97连接设置在该升降承台94的底面上。

具体地，优选实施例中的伸缩外视机构10包括连接在升降旋转电机97的旋转轴109上的旋转节100，其以中部与旋转轴109连接，并可在该旋转轴109的带动下进行水平旋转，自轨道纵向旋转至轨道横向。同时，在旋转节100的两端上分别设置有多个外视单元，其可在旋转节100旋转到位后展开，并由设置于外视单元上的检测部件完成轨道梁16及道岔梁15底部横向区域的检测。

在如图27所示的具体实施例中，多个外视单元为分设于旋转节100两端的伸缩节，例如图示中的右一伸缩节101、右二伸缩节102、左一伸缩节103和左二伸缩节104。同时，相邻伸缩节之间、伸缩节与旋转节100之间分别通过“滑轨-滑槽”的组合形式匹配，利用伸缩滑道107、伸缩电机螺杆108和伸缩电机的组合设置，使得单侧的多个伸缩节可在不工作时收缩叠设于旋转节100的下方，并在需要工作时滑动展开。

可以理解，上述滑动展开的方式仅为外视单元展开方式的一种优选方式，在实际设置时，还可根据需要将其设置为折叠旋转展开或者其他形式。而且，根据实际检测的需要，旋转节100两端的外视单元设置数量可以根据需要对应确定。

进一步具体地，在旋转节100和各外视单元的顶面设置有上部球机摄像头105；和/或在其侧面上设置有侧部球机摄像头106，通过控制伸缩电机螺杆108可以调节伸缩外视机构10的伸展长度，以使球机摄像头的视野覆盖轨道梁16或道岔梁15的外侧，获取外部的高清图像，组合完成轨道梁16和道岔梁15外侧的检测。

显然，除了上述球机摄像头外，根据实际设置的需要，伸缩外视机构10上还可设置别的检测单元。而且，当检测单元的检测范围或者视场足够大时，也可不设置外视单元，或者旋转节100也可不设置为需要旋转的形式，只要能够完成梁体外侧的检测即可。

更详细地，优选实施例中的机体1内部设置有容置空间，其顶部通过机盖2封闭，并在容置空间内设置有控制与存储装置13和供能装置14。其中，前者用于机器人各部件的控制以及检测数据的存储，并可对所有的检测数据进行在线分析，初步判断检测数据中的异常值，并根据行进里程记录和卫星定位标记异常值采集的位置，为后续详细分析以及现场维修提供数据支持。同时，优选实施例中的控制与存储装置13还具备报警功能，可在检测数据超出阈值时进行报警，通知后方控制室值班人员核实与及时维修，避免遗漏影响安全运行的缺陷。相应地，供能装置14用于为各部件的工作以及机器人的走行供能，其可进一步优选为设置于机体1内的蓄电池。

同时，在机体1的外侧还设置有通信装置12，其分别与供能装置14和控制与存储装置13电连接，用于接收卫星定位信息并将位置信息、检测数据、报警信息等发送给后方控制室，并接收来自后方控制室的远程控制命令，确保机器人工作过程的准确性。

此外，可以理解的是，在优选实施例中，伸缩耦合机构7和伸缩探伤机构8设置在机体1的横向两侧，而在实际应用时，根据设置与检测的需求，其也可以组合设置在机体1的顶部和/或底部两侧，以完成顶部梁体和/或底部两走行梁的探伤检测，在此不做赘述。

对于优选实施例中的悬挂式单轨检测机器人而言，其检测方法的流程优选如图29中所示，并具体包括如下步骤：

(1)机器人按照设定的程序自主启动或根据后方控制室的指令进行启动；

(2)机器人初始运行状态默认执行内部检测模式，即对轨道梁16或者道岔梁15的内部进行检测；此时，伸缩外视机构10缩回在机体1的底部，如图7中所示；

(3)机器人前后的走行识别装置11启动，周期性观测机器人行进过程中的前后方图像，为机器人躲避障碍提供数据支持，为机器人调整高度等位姿、位置提供信息支持；同时，通信装置12启动，获取机器人的卫星定位信息；

(4)机器人的环视装置3、廓扫装置4启动，在机器人行进过程中环视装置3获取轨道梁16或者道岔梁15内部的结构表面高清图像，廓扫装置4获取走行梁的廓形和尺寸数据；

(5)当机器人在行进过程中遇到障碍物时，控制与存储装置13根据前后走行识别装置11采集的图像判断是否需要调整机器人的位姿；若需要，则控制驱动轮腿6的角度电机60改变驱动轮腿与机体之间的角度，实现机器人的位姿调整，以躲避障碍物；如图8中所示；

(6)巡检过程中如果需要对轨道梁16或道岔梁15的外部进行检测，则首先给升降旋转机构9的第三电机90发送指令使升降承台94下降到指定高度，如图9中所示；

(7)之后，给升降旋转机构9的升降旋转电机97发送指令使其旋转一定角度，优选实施例中为90°，使伸缩外视机构10与线路的纵向垂直，如图10中所示；

(8)给伸缩外视机构10的伸缩电机螺杆108发送指令，驱动左右伸缩节依次伸展，使球机摄像头的视野覆盖轨道梁16或道岔梁15的外侧面；如图11中所示；

(9)机器人的控制与存储装置13根据环视装置3、伸缩外视机构10获取的轨道梁16或道岔梁15的内外部高清图像，识别疑似缺陷，判断是否需要对结构进行探伤检测；

(10)如果需要探伤检测，则控制环视装置3搜索并识别疑似缺陷的具***置，并将位置信息反馈给控制与存储装置13；

(11)控制与存储装置13根据缺陷的位置图像信息判断是否需要调整机器人的位姿；若需要，则控制驱动轮腿6的角度电机60和驱动电机62来改变驱动轮腿6与机体之间的角度，实现机器人的位置和位姿调整，以使伸缩耦合机构7停留在合适的探伤作业位置；

(12)调整好机器人位姿后，给第一电机78发送指令，驱动伸缩耦合机构7伸展到耦合剂储盒7的尖嘴721接触到结构表面为止；如图17中所示；

(13)控制与存储装置13继续给第一电机78发送指令，同时给耦合旋转电机71发送指令，使波形盒体720被挤压的同时进行旋转，将耦合剂涂抹成厚度均匀的圆形区域；如图18～图19中所示；

(14)控制与存储装置13给第一电机78发送指令，驱动伸缩耦合机构7收缩复位；

(15)控制与存储装置13给驱动轮腿6的驱动电机62发送指令，驱动机器人前后调整位置，使伸缩探伤机构8对准耦合剂涂抹区域；

(16)控制与存储装置13给第二电机88发送指令，驱动伸缩探伤机构8伸展到探伤装82即将接触到结构表面为止；

(17)控制与存储装置13给探伤旋转电机81发送指令，根据缺陷的分布情况，改变导波探头821发射导波的方向；

(18)控制与存储装置13继续给第二电机88发送指令，驱动伸缩探伤机构8继续伸展，使导波探头821柔性压紧在结构表面；如图25、图26中所示；

(19)控制与存储装置13给导波探头821发送指令，向轨道梁16或道岔梁15结构发射导波，同时导波探头821接收导波碰到疑似缺陷后的反射信号；

(20)探伤作业完成，控制与存储装置13给第二电机88发送指令，驱动伸缩探伤机构8收缩复位；

(21)控制与存储装置13对所有的检测数据进行存储和进行在线分析，初步判断检测数据中的异常值，并根据行进里程记录和卫星定位标记异常值采集的位置；如果存在检测数据超出阈值的情况，控制与存储装置13通过通信装置12向后方控制室报警；

(22)控制与存储装置13控制升降旋转机构9和伸缩外视机构10复位；

(23)检测结束，等待下一次检测指令，之后循环步骤(2)～(22)中的检测内容。

本发明中的悬挂式单轨检测机器人，结构紧凑，控制便捷，能够实现在悬挂式单轨轨道梁、道岔梁中的准确走行，满足不同情况下的调整使用，可以准确完成梁体结构内外侧的图像检测和探伤检测，为悬挂式单轨的检修维护和安全运营提供了保障，提升了悬挂式单轨梁体检测的全面性和准确性，推动了悬挂式单轨交通相关技术的发展和应用，具有较好的实用价值和应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种悬挂式单轨检测机器人，包括机体和设置于该机体横向两侧的导向机构，以及分设于该机体底部横向两侧的走行机构，其特征在于，还包括：

伸缩耦合机构，其在所述机体的横向两侧分别设置，包括耦合剂储盒和对应该耦合剂储盒设置的第一横移组件；所述耦合剂储盒可在该第一横移组件的带动下靠近或者远离悬挂式单轨轨道梁或者道岔梁的侧梁，并在抵接所述侧梁的内壁面时完成耦合剂的涂抹；

伸缩探伤机构，其在所述机体的横向两侧分别设置，并对应设置在所述伸缩耦合机构的一侧，包括探伤装置和对应该探伤装置设置的第二横移组件；所述探伤装置可在该第二横移组件的带动下靠近或者远离所述侧梁，并在抵接该侧梁涂抹有耦合剂的内壁面时完成该侧梁的探伤；

伸缩外视机构，其通过升降机构连接于所述机体的底部，并可在该检测机器人置于轨道梁或者道岔梁内时正对两走行梁之间的缝隙，使得所述伸缩外视机构可在升降机构的驱动下自轨道梁或者道岔梁的内部向下运动至外侧；且所述伸缩外视机构上设置有若干检测单元，用于在该伸缩外视机构伸出对应梁体后完成该梁体外部区域的检测。

2.根据权利要求1所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述升降机构为升降旋转机构，其包括顶部连接于机体底面的升降组件和设置在该升降组件底部的旋转组件；

所述伸缩外视机构设置在该旋转组件上，并可在其带动下进行绕轴旋转。

3.根据权利要求2所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述伸缩外视机构包括旋转节和至少一个伸缩节；

所述旋转节连接在所述旋转组件上，并可在该旋转组件的驱动下由梁体纵向转动至梁体横向；所述至少一个伸缩节活动连接在所述旋转节的端部，其可在所述伸缩外视机构未工作时缩回叠设于所述旋转节的端部，并在所述伸缩外视机构工作时伸出展开。

4.根据权利要求3所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述旋转节以中部连接所述旋转组件，其两端上分别设置有多个伸缩节；

相邻伸缩节之间、对应伸缩节与所述旋转节的端部之间通过滑动匹配或者铰接，使得多个所述伸缩节可相对所述旋转节滑动展开或者偏转展开。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述走行机构为分设于机体横向两侧的至少两对驱动轮腿；

所述驱动轮腿包括支腿和设置于支腿底部的走行轮，并对应所述走行轮设置有驱动电机；且所述支腿的顶部连接所述机体，并可相对该机体旋转或者伸缩，使得所述机体的竖向位置可调。

6.根据权利要求5所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述支腿与所述机体通过角度电机转动连接，使得所述支腿可在该角度电机的带动下改变与所述机体之间的夹角。

7.根据权利要求1所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，对应所述耦合剂储盒设置有耦合旋转电机，用于带动该耦合剂储盒进行绕轴旋转；

和/或

对应所述探伤装置设置有探伤旋转电机，用于带动所述探伤装置旋转并改变其探伤的角度和位置。

8.根据权利要求1～4、6、7中任一项所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述探伤装置包括导波探头、夹持架和导向外壳；

所述夹持架夹设在所述导波探头的外侧，并对应嵌设于一端开口并呈筒状结构的导向外壳中；且

对应所述导波探头设置有若干缓冲连接件；所述缓冲连接件的一端连接所述夹持架，另一端连接该导向外壳背离开口侧的一端，使得所述导波探头可在缓冲连接件的压缩形变下柔性抵接侧梁的内壁面。

9.根据权利要求8所述的悬挂式单轨检测机器人，其特征在于，所述缓冲连接件包括导向柱和弹簧；

所述导向外壳背离开口端的一侧连接设置有底板；所述导向柱的两端分别连接底板和所述夹持架，且其一端的连接为固定连接，另一端的连接为滑动连接，使得所述夹持架与所述底板之间的距离可调；

相应地，所述弹簧套设于所述导向柱上，其两端分别抵接所述夹持架和所述底板。

10.一种悬挂式单轨检测方法，其利用权利要求1～9中任一项所述的悬挂式单轨检测机器人来实现，其特征在于，在所述悬挂式单轨检测机器人的机体上还设置有用于检测轨道梁或者道岔梁内部的环视装置；

利用所述悬挂式单轨检测机器人检测悬挂式单轨的方法，包括如下步骤：

(1)将机器人设置在轨道梁或者道岔梁中，控制所述升降机构下降，使得伸缩外视机构从梁体内部下降至梁体外部；

(2)控制机器人走行，由环视装置采集梁体内部的图像，并由伸缩外视机构采集梁体外侧的图像；

(3)根据采集的图像判定梁体上疑似存在缺陷的位置，确定机器人需要进行探伤的部位；

(4)调整机器人的位置，使得其伸缩耦合机构对正相应的探伤作业位置，之后，控制第一横移组件工作，带动所述耦合剂储盒横向伸出并完成侧梁内壁面上耦合剂的涂抹；

(5)调整机器人的位置，使得伸缩探伤机构对正完成耦合剂涂抹的侧梁内壁，控制第二横移组件工作，带动探伤装置横向伸出并抵接涂抹有耦合剂的侧梁内壁面；

(6)控制探伤装置工作，并完成梁体对应区域的探伤检测；

(7)循环步骤(2)～(6)，完成悬挂式单轨梁体的检测。

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