一种铁路轨道机器视觉自走行巡检设备

技术领域

本发明涉及轨道检测领域，具体为及一种铁路轨道机器视觉自走行巡检设备。

背景技术

高速铁路基础设施长期在轮轨摩擦、震动和冲等运行条件下服役，会出现不同程度的功能退化及病害；另一方面，在周围地层、临近扰动和车辆荷载等因素作用下，周围环境发生侵蚀破坏的概率增大，对高速铁路运营安全构成严重威胁。随着我国高速铁路的快速发展，轨道检测技术对保障高速铁路运营安全显得尤为重要。目前轨道检测设备大多采用单一的可见光图像检测,对于白天阴影干扰和夜间图像质量变差导致的误检和漏检问题还没有有效的解决途径。如何快速完整精确的采集高速铁路沿线全要素多源数据是当前现代信息技术在铁路检测中研究和应用的重点。

目前铁路的轨道检测主要使用大型轨检车来完成。轨检车应用不同的传感器测量轨道几何形位、轨道图像以及钢轨磨耗等数据。这种方式的缺点是各个轨道测量系统之间相互独立，提供的定位测量结果较差，而且数据之间关联性较差，无法进行联测。

授权公告号为CN207301333U的文件公开了一种铁路障碍检测用可调节式激光雷达装置，上述以公开文件中记载“激光雷达抗有源干扰的能力很强,适于工作在日益复杂和激烈的信息环境中，且体积小、质量轻，有效提高铁路的安全性”，但是，这种装置在复杂的轨道巡检环境下，仅依靠但传感器往往存在较多弊端，容易受到检测信号强弱的影响，要实现高精度的检测效果，需要将多源数据进行信息融合，优势互补，发挥多源传感的有效性。

授权公告号为CN105313908B的文件公开了一种铁路轨旁设备扫描装置。该装置对雷达数据、图像数据和倾角数据同步采集和存储。但是该装置只考虑了对轨道环境进行大范围扫描和建模，得到的数据精度不高且多通过定性分析得到数据结果，无法对轨道容易出现伤损的部位如钢轨表面、扣件等进行精细、定量测量。

轨道检测是将相关传感器搭载在移动轨道测量设备上，但是目前检测设备结构简单，效果单一，无法搭载多种传感器采集轨道多源数据，这导致在对轨道检测时需要多种设备同时使用，操作复杂，从而影响工作效率，而且通常检测设备为整体式设计，不方便在复杂轨道环境下运输与装卸。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种铁路轨道机器视觉自走行巡检设备。

本发明的技术方案：一种铁路轨道机器视觉自走行巡检设备，包括车体、全球导航卫星系统平台、桅杆支架、推杆、安装板、里程编码器、驱动组件、驱动装置、车轮和多源数据采集设备；

桅杆支架的一端连接车体，桅杆支架连接全球导航卫星系统平台；

推杆连接安装板；安装板连接车体；

车体上设有激光雷达平台、惯导平台、工业相机平台和翻转机构；翻转机构上设有线激光轮廓扫描仪；线激光轮廓扫描仪位于车体的内部；

车轮设有多个，多个车轮分别通过多个驱动组件转动连接车体，多个车轮以车体的中轴线为中心对称分布分为两组；每组车轮中的任意一个车轮均通过驱动组件传动连接驱动装置；驱动装置连接驱动组件；多个驱动组件均连接车体；任意一个车轮通过驱动组件连接里程编码器；

多源数据采集设备位于车体内部，多源数据采集设备分别与全球导航卫星系统平台、激光雷达平台上的激光雷达、惯导平台上的惯导、工业相机平台上的工业相机、线激光轮廓扫描仪、里程编码器和驱动装置通信连接。

优选的，车体为型材框架结构，车体四周设有防护罩壳。

优选的，车轮选用包胶轮，车轮设有四个。

优选的，每个驱动组件均包括连接轴、限位导杆、压簧、旋转主体、轮毂固定架、轴承端盖和套筒；

轮毂固定架连接车体，

旋转主体滑动连接轮毂固定架，旋转主体上设有多个直线轴承；

限位导杆设有多个，限位导杆与直线轴承一一对应，限位导杆滑动穿过直线轴承并连接轮毂固定架；

压簧设有多个，压簧与限位导杆一一对应，压簧套设在限位导杆的外侧，压簧的两端分别连接直线轴承和轮毂固定架；

套筒连接旋转主体，套筒的中轴线与限位导杆的中轴线垂直，套筒内并排设有多个轮毂轴承，套筒的两端均设有轴承端盖；

连接轴贯穿两个轴承端盖和套筒，并连接多个轮毂轴承的内圈。

优选的，轮毂固定架的投影形状为回字形。

优选的，限位导杆至少设有两个。

优选的，轮毂固定架的外周面上设有固定块；固定块上设有安装孔。

优选的，车体上设有多个拉手。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明中，驱动组件设有的压簧具有减震缓冲作用，驱动装置驱动连接轴和车轮沿轨道移动时，能对该巡检设备受到的颠簸进行缓冲，进而能有效的对车体上的精密设备进行保护，且提高车体的平稳性；

本发明提供的巡检设备配备了激光雷达和工业相机，通过传感器配准和数据融合技术，能联合对轨道周围环境进行大规模扫描，得到富有真实感的轨道模型；另外还配备了可以高精度扫描钢轨内侧的线激光轮廓扫描仪和准确定位的全球导航卫星系统平台(GNSS)，可测量钢轨内表面轮廓，采用非接触激光测量技术，确保了轨道轮廓的高分辨率和高精度测量，更方便快捷的得出钢轨廓形、伤损形态以及当前定位；

本发明提供的巡检设备上的部件均采用模块化设计，进而便于对设备整体进行拆装运输；比如在地铁或者隧道环境中GNSS无法发挥作用，可将其拆卸下来，推杆在设备自动走行时，也可以自由拆卸；该巡检设备上部件可拆卸式设计，可以方便的扩建结构升级设备，能够便于售后维修，在发生损坏时能够更换，保证测量的连续性。

附图说明

图1和图2均为本发明提出的一种实施例的立体结构示意图。

图3为本发明提出的一种实施例中驱动组件的结构示意图。

附图标记：1、车体；2、全球导航卫星系统平台；3、桅杆支架；4、推杆；5、激光雷达平台；6、惯导平台；7、工业相机平台；8、安装板；9、翻转机构；10、线激光轮廓扫描仪；11、里程编码器；12、驱动组件；13、驱动装置；14、车轮；15、拉手；16、旋转立杆；17、多源数据采集设备；18、连接轴；20、限位导杆；21、压簧；22、旋转主体；23、轮毂固定架；24、轴承端盖；26、直线轴承。

具体实施方式

实施例一

如图1-2所示，本发明提出的一种铁路轨道机器视觉自走行巡检设备，包括车体1、全球导航卫星系统平台2、桅杆支架3、推杆4、安装板8、里程编码器11、驱动组件12、驱动装置13、车轮14和多源数据采集设备17；

桅杆支架3设有两个；两个桅杆支架3的一端均连接车体1，每个桅杆支架3的均连接全球导航卫星系统平台2；全球导航卫星系统平台2用于提供铁路轨道机器视觉自走行巡检设备的当前地理位置信息；

推杆4连接安装板8；安装板8连接车体1，安装板8使用螺栓配合安装在车体1远离前进方向的一侧，安装板8连接车体1的中部横梁；车体1上设有多个拉手15；

车体1为型材框架结构，车体1四周设有防护罩壳，车体1的投影形状为工字型，车体1为中空方框结构，在减轻车体重量同时保证车体质量，便于车体运输；

车体1上设有激光雷达平台5、惯导平台6、工业相机平台7和翻转机构9；翻转机构9上设有线激光轮廓扫描仪10；线激光轮廓扫描仪10位于车体1的内部；

其中，激光雷达平台5上的激光雷达的用于扫描轨道及轨道周围的环境信息，并测量轨道空间位置关系；

惯导平台6上的惯导用于建立导航坐标系，解算该巡检设备在导航坐标系中的运动姿态，并对后期数据进行处理和空间位置补偿；

工业相机平台7上的工业相机用于拍摄轨道及轨道周围环境的影像信息；

线激光轮廓扫描仪10用于精细化扫描轨道重点部位，定量测量轨道部位变形数据；调整线激光轮廓扫描仪10设有两个，调整线激光轮廓扫描仪10均朝向轨道内表面的一侧倾斜，激光光源与轨道内表面垂直；

进一步的，激光雷达平台5、惯导平台6和工业相机平台7均安装在旋转立杆16上；通过设有的旋转立杆16能对激光雷达平台5、惯导平台6和工业相机平台7的位置进行调整；

车轮14设有多个，多个车轮14分别通过多个驱动组件12转动连接车体1，多个车轮14以车体1的中轴线为中心对称分布分为两组；每组车轮14中的任意一个车轮14均通过驱动组件12传动连接驱动装置13；驱动装置13连接驱动组件12；多个驱动组件12均连接车体1；任意一个车轮14通过驱动组件12连接里程编码器11；里程编码器11用于记录里程数据，并给传感器反馈测量信号；

进一步的，车轮14选用包胶轮，车轮表面包裹一层聚氨酯轮胎胎面，侧部存在一圈向上的凸缘，防止车轮从轨道上脱落，聚氨酯材料具有耐磨性和弹性，提高了设备抗震动能力；

车轮14设有四个；四个车轮14两两一组位于车体1的两侧；则驱动组件12对应设有四个，位于远离推杆4一侧的驱动组件12连接驱动装置13；靠近推杆4一侧的驱动组件12连接里程编码器11；驱动装置13选用变频电机；

多源数据采集设备17位于车体1内部，多源数据采集设备17分别与全球导航卫星系统平台2、激光雷达平台5上的激光雷达、惯导平台6上的惯导、工业相机平台7上的工业相机、线激光轮廓扫描仪10、里程编码器11和驱动装置13通信连接；多源数据采集设备17采用Nvidia NGX作为工控机，多源数据采集设备17用于控制该巡检设备走行和传感器数据分析和存储与用户无线交互。

实施例二

如图3所示，本发明提出的一种铁路轨道机器视觉自走行巡检设备，相较于实施例一，本实施例还公开了驱动组件的具体结构；每个驱动组件12均包括连接轴18、限位导杆20、压簧21、旋转主体22、轮毂固定架23、轴承端盖24和套筒；

轮毂固定架23连接车体1，轮毂固定架23的投影形状为回字形；旋转主体22位于回字形的轮毂固定架23的内侧；轮毂固定架23的外周面上设有固定块；固定块上设有安装孔，使用螺栓配合安装孔以将轮毂固定架23固定安装在车体1上；

旋转主体22滑动连接轮毂固定架23，旋转主体22上设有多个直线轴承26；

限位导杆20设有多个，限位导杆20与直线轴承26一一对应，每个限位导杆20均滑动穿过每个直线轴承26并连接轮毂固定架23；其中，限位导杆20至少设有两个；

压簧21设有多个，压簧21与限位导杆20一一对应，压簧21套设在限位导杆20的外侧，压簧21的两端分别连接直线轴承26和轮毂固定架23；

套筒连接旋转主体22，套筒的中轴线与限位导杆20的中轴线垂直，套筒内并排设有多个轮毂轴承，套筒的两端均设有轴承端盖24；

连接轴18贯穿两个轴承端盖24和套筒，并连接多个轮毂轴承的内圈，连接轴18传动连接驱动装置13，连接轴18连接车轮14；车轮14配合放置在轨道上；其中，多个车轮14位于多个轮毂固定架23之间，连接轴18连接驱动装置13的输出轴，驱动装置13连接轮毂固定架23。

本发明中，驱动组件12设有的压簧21具有减震缓冲作用，驱动装置13驱动连接轴18和车轮14沿轨道移动时，能对该巡检设备受到的颠簸进行缓冲，进而能有效的对车体1上的精密设备进行保护，且提高车体1的平稳性；

综上，本发明提供的巡检设备在进行轨道检测前，首先将激光雷达、工业相机和惯导分别对应安装在激光雷达平台5、惯导平台6和工业相机平台7上，避免裸漏环境对上述传感器即激光雷达、工业相机和惯导等造成损坏；转动旋转立杆16，调节至适合传感器检测轨道的角度，根据使用的需求调节旋转立杆16的高度，以将传感器伸出车体1外侧，进而能使得传感器更加清楚的对轨道进行检测；通过车体1内设有的翻转机构9转动线激光轮廓扫描仪10，以调整线激光轮廓扫描仪10的角度和高度，

对轨道进行检测时，工业相机平台7上的工业相机采集轨道图像，激光雷达平台5上的激光雷达扫描得到轨道点云，惯导平台6上的惯导测量获取设备姿态信息，全球导航卫星系统平台2得到设备的精确定位，线激光轮廓扫描仪10精细化扫描轨道重点部件，里程编码器11获得该巡检设备的里程数据，车体1内多源数据采集设备17通过与工业相机、激光雷达、惯导、全球导航卫星系统平台2、线激光轮廓扫描仪10和里程编码器11电连接，多源数据采集设备17收集各个传感平台数据，通过处理模块计算得到里程、位置、重点部位伤损检测和轨道环境建模结果，最后无线传输单元发送结果到用户端，方便工作人员监测设备运行状态，从而提高轨道检测效率，减少人力、物力和成本。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。