全天候鐵軌巡檢機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全天候鐵軌巡檢機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)何斌鋒;張雪雪;羅浩天;李欣;王瑋琦【期刊名稱】《《價(jià)值工程》》【年(卷)，期】2019(038)031【總頁數(shù)】2頁(P163-164)【關(guān)鍵詞】鐵軌巡檢;巡檢機(jī)器人;機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);自主避障【作者】何斌鋒;張雪雪;羅浩天;李欣;王瑋琦【作者單位】西安文理學(xué)院西安710065【正文語種】中文【中圖分類】TP2420引言鐵路運(yùn)輸長期以來在我國運(yùn)輸中起著舉足輕重的作用。鐵路巡檢工作事關(guān)鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，為保障鐵路安全運(yùn)行，完善對(duì)整個(gè)鐵路沿線的管理及設(shè)施的維護(hù)對(duì)于鐵路運(yùn)輸無疑有著積極的作用。而隨著科技的發(fā)展和進(jìn)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(dòng)強(qiáng)度大、影響列車運(yùn)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(yùn)行等弊端，而且單靠巡檢人員的感官和經(jīng)驗(yàn)，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(jì)出一種全天候鐵軌巡檢機(jī)器人，它能夠在無人干涉的情況下對(duì)鐵軌進(jìn)行監(jiān)測(cè)并且及時(shí)對(duì)火車進(jìn)行避讓，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵軌的異常狀況，并將信息返回到控制臺(tái)，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(hù)了設(shè)備。1整體方案設(shè)計(jì)機(jī)器人功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)部分，預(yù)警部分，控制部分及傳感器檢測(cè)艙部分。傳感器通過有無信號(hào)將信息發(fā)送給控制平臺(tái)，控制平臺(tái)通過編寫好的程序控制電機(jī)，繼而驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分。傳感器分為兩種，距離傳感器的目的是檢測(cè)來臨火車的距離，檢測(cè)傳感器是為了檢測(cè)鐵軌的安全程度及周圍環(huán)境。機(jī)器人在巡檢狀態(tài)時(shí)，距離傳感器和檢測(cè)傳感器一直處于開啟狀態(tài)，當(dāng)距離傳感器檢測(cè)到來臨列車進(jìn)入危險(xiǎn)距離時(shí)，顯示有信號(hào)，巡檢機(jī)器人退出工作狀態(tài)，進(jìn)入折疊狀態(tài)。當(dāng)火車通過后，距離傳感器信號(hào)消失，機(jī)器人進(jìn)入運(yùn)動(dòng)模式。當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到鐵軌及周圍環(huán)境的問題時(shí)，傳感器顯示有信號(hào)，啟動(dòng)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1機(jī)器人功能結(jié)構(gòu)圖機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示，鐵軌巡檢機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的系統(tǒng)，它主要由減震部分、運(yùn)動(dòng)部分和升降平臺(tái)組成。機(jī)器人主要靠三類電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，分別是輪系旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、輪系滑塊步進(jìn)電機(jī)以及檢測(cè)設(shè)備倉伸縮電機(jī)。運(yùn)動(dòng)部分主要由四個(gè)輪系和旋轉(zhuǎn)臂組成。將機(jī)器人放置在鐵軌中央，傳感器一直處于工作狀態(tài)，四個(gè)輪系旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)通過絲桿傳動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)臂的夕卜伸和內(nèi)縮，通過同步帶傳動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)臂緩慢的旋轉(zhuǎn)，直至四個(gè)輪系均搭建在鐵軌上，輪系上搭有輪系滑塊步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)輪系都搭建在鐵軌上時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪系到這機(jī)器人沿著鐵軌滑動(dòng)，滑動(dòng)的同時(shí)，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(jī)器人帶來的運(yùn)動(dòng)干擾，使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)和輪系構(gòu)成了升降平臺(tái)，當(dāng)處于巡檢狀態(tài)時(shí)，輪系搭建在鐵軌上，當(dāng)傳感器檢測(cè)到來臨火車進(jìn)入某一危險(xiǎn)閾值時(shí)，輪系停止運(yùn)動(dòng)，機(jī)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(jī)器人整體下降，等到機(jī)器人接觸到底部的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)臂進(jìn)行內(nèi)縮，機(jī)器人完成躲避狀態(tài)。圖2機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖3運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)機(jī)器人工作狀態(tài)的分類及特點(diǎn)如表1所示。通過對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器自帶軟件的編程實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)的控制，主要是控制三類電機(jī)通過帶傳動(dòng)或絲杠傳動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人在鐵軌上的滑動(dòng)直接由四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。表1機(jī)器人工作狀態(tài)的分類及其特點(diǎn)機(jī)器人工作狀態(tài)特點(diǎn)工作狀態(tài)機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)行在鐵軌上，并利用搭載于其上的各類儀器檢測(cè)鐵軌及周邊環(huán)境的參數(shù)信息。休眠狀態(tài)巡檢平臺(tái)停放于火車鐵軌之間的枕木/匝道上，巡檢平臺(tái)上方用于檢測(cè)障礙（火車）的傳感器處于開啟狀態(tài)。利用Admas對(duì)機(jī)器人的展開及躲避運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行仿真，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可實(shí)施性。4軟件控制設(shè)計(jì)機(jī)器人軟件控制流程如圖3所示。通過距離傳感器對(duì)于來臨火車的判斷，將信號(hào)發(fā)送給步進(jìn)伺服控制器，通過設(shè)計(jì)的程序啟動(dòng)電機(jī)，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)并同時(shí)進(jìn)行巡檢。圖3機(jī)器人軟件控制流程5結(jié)束語本文設(shè)計(jì)了一種全天候自動(dòng)巡檢機(jī)器人，該機(jī)器人采用觸摸屏plc人機(jī)組態(tài)BE為控制器，巡檢機(jī)器人能夠沿著鐵軌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并在移動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)的特點(diǎn)是能夠在無人的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)間，提高了工作效率，仿真結(jié)果及實(shí)物運(yùn)行結(jié)果均證明了設(shè)計(jì)方案的可實(shí)施性。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】劉介瑋，周向斌，許宜昉，符茂.面向變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2019（06）：62-64.王寧.基于STM32的自動(dòng)巡檢機(jī)器人[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（11）：20-21.陳卓雄，于曉麗.智能巡檢機(jī)器人在地鐵通信、信號(hào)機(jī)房的應(yīng)用研究[J].中國新通信，2019，21（11）：7-8.周明靜，馬銘洋.石化場(chǎng)站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息系統(tǒng)工程，2019（05）：