全天候鐵軌巡檢機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計

王瑋琦 李欣 張雪雪 羅浩天 何斌鋒

摘要：針對傳統(tǒng)的鐵軌巡檢方式的缺點，工作強度大、巡檢效率低、巡檢標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等缺點，設(shè)計一種全天候鐵軌巡檢機器人，該機器人能夠全天在鐵軌上進行巡檢工作，而且機器人在工作的同時能夠智能檢測即將來臨的火車，并能夠及時的轉(zhuǎn)換工作模式以及休眠模式，較之傳統(tǒng)的人工巡檢模式，該機器人不僅大幅度的縮短了巡檢時間而且提高了巡檢效率。

Abstract： In view of the shortcomings of traditional railway inspection methods， for example， high-intensity work， low inspection efficiency， non-uniform inspection standards and so on. We created a all-weather track inspection robot. It can patrol the track all day long.In addition，? the robot can intelligently detect the incoming? trains while working ，and timely change the working mode and sleeping mode.Compared with the traditional inspection method， the robot not only? shortens the inspection time but also improves the inspection efficiency.

關(guān)鍵詞：鐵軌巡檢;巡檢機器人;機械結(jié)構(gòu)設(shè)計;自主避障

Key words： rail inspection;inspection robot;mechanical structure design;autonomous obstacle avoidance

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）31-0163-02

0? 引言

鐵路運輸長期以來在我國運輸中起著舉足輕重的作用。鐵路巡檢工作事關(guān)鐵路運輸?shù)陌踩?，為保障鐵路安全運行，完善對整個鐵路沿線的管理及設(shè)施的維護對于鐵路運輸無疑有著積極的作用。而隨著科技的發(fā)展和進步，高智能化、高可靠性、高效率化已成為現(xiàn)如今鐵軌巡檢的發(fā)展方向。鐵軌的傳統(tǒng)巡檢方式為人工巡檢，存在勞動強度大、影響列車運行、巡檢效率低、巡檢不到位、巡檢標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、雨雪惡劣天氣巡檢困難、影響列車運行等弊端，而且單靠巡檢人員的感官和經(jīng)驗，很難做出客觀、全面、準(zhǔn)確的判斷，給設(shè)備的安全留下隱患，為此，設(shè)計出一種全天候鐵軌巡檢機器人，它能夠在無人干涉的情況下對鐵軌進行監(jiān)測并且及時對火車進行避讓，及時發(fā)現(xiàn)鐵軌的異常狀況，并將信息返回到控制臺，可以大幅度提高巡檢的效率，規(guī)范巡檢的標(biāo)準(zhǔn)，提高了巡檢過程的準(zhǔn)確性，更加有效的保護了設(shè)備。

1? 整體方案設(shè)計

機器人功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，機器人由運動部分，預(yù)警部分，控制部分及傳感器檢測艙部分。傳感器通過有無信號將信息發(fā)送給控制平臺，控制平臺通過編寫好的程序控制電機，繼而驅(qū)動運動部分。傳感器分為兩種，距離傳感器的目的是檢測來臨火車的距離，檢測傳感器是為了檢測鐵軌的安全程度及周圍環(huán)境。機器人在巡檢狀態(tài)時，距離傳感器和檢測傳感器一直處于開啟狀態(tài)，當(dāng)距離傳感器檢測到來臨列車進入危險距離時，顯示有信號，巡檢機器人退出工作狀態(tài)，進入折疊狀態(tài)。當(dāng)火車通過后，距離傳感器信號消失，機器人進入運動模式。當(dāng)檢測傳感器檢測到鐵軌及周圍環(huán)境的問題時，傳感器顯示有信號，啟動預(yù)警部分，將鐵軌或周圍環(huán)境有問題的部分標(biāo)記并將信息返回到控制中心。

2? 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機器人機械結(jié)構(gòu)如圖2所示，鐵軌巡檢機器人的機械結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的系統(tǒng)，它主要由減震部分、運動部分和升降平臺組成。

機器人主要靠三類電動機驅(qū)動，分別是輪系旋轉(zhuǎn)步進電機、輪系滑塊步進電機以及檢測設(shè)備倉伸縮電機。運動部分主要由四個輪系和旋轉(zhuǎn)臂組成。將機器人放置在鐵軌中央，傳感器一直處于工作狀態(tài)，四個輪系旋轉(zhuǎn)步進電機通過絲桿傳動控制旋轉(zhuǎn)臂的外伸和內(nèi)縮，通過同步帶傳動控制旋轉(zhuǎn)臂緩慢的旋轉(zhuǎn)，直至四個輪系均搭建在鐵軌上，輪系上搭有輪系滑塊步進電機，當(dāng)輪系都搭建在鐵軌上時，電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動輪系到這機器人沿著鐵軌滑動，滑動的同時，開始巡檢工作。旋轉(zhuǎn)臂由兩部分組成，中間由減震部分連接，如圖3所示，可以削弱由于鐵軌的不平滑或周圍環(huán)境給機器人帶來的運動干擾，使機器人的運動更加穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)和輪系構(gòu)成了升降平臺，當(dāng)處于巡檢狀態(tài)時，輪系搭建在鐵軌上，當(dāng)傳感器檢測到來臨火車進入某一危險閾值時，輪系停止運動，機器人迅速轉(zhuǎn)化為折疊狀態(tài)以避過火車，即旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，在緩慢旋轉(zhuǎn)的過程中，機器人整體下降，等到機器人接觸到底部的時候，旋轉(zhuǎn)臂進行內(nèi)縮，機器人完成躲避狀態(tài)。

3? 運動控制設(shè)計

機器人工作狀態(tài)的分類及特點如表1所示。

通過對機器人運動控制器自帶軟件的編程實現(xiàn)對機器人的運動的控制，主要是控制三類電機通過帶傳動或絲杠傳動帶動機器人的運動。機器人在鐵軌上的滑動直接由四個電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臂及輪系完成，輪系與鐵軌直接接觸隨著鐵軌的方向運動。

利用Admas對機器人的展開及躲避運動過程進行仿真，進而確定設(shè)計的準(zhǔn)確性和可實施性。

4? 軟件控制設(shè)計

機器人軟件控制流程如圖3所示。通過距離傳感器對于來臨火車的判斷，將信號發(fā)送給步進伺服控制器，通過設(shè)計的程序啟動電機，然后驅(qū)動機器人開始運動并同時進行巡檢。

5? 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種全天候自動巡檢機器人，該機器人采用觸摸屏plc人機組態(tài)BE為控制器，巡檢機器人能夠沿著鐵軌進行運動，并在移動的過程中實現(xiàn)對鐵軌的巡檢，在巡檢的過程中如果遇到有問題的部分采取標(biāo)記或者預(yù)警措施。該設(shè)計的特點是能夠在無人的情況下實現(xiàn)對鐵軌的巡檢，統(tǒng)一了鐵軌巡檢的標(biāo)準(zhǔn)，大幅度的縮短了人們的工作時間，提高了工作效率，仿真結(jié)果及實物運行結(jié)果均證明了設(shè)計方案的可實施性。

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