一种可变形铁轨隧道检测机器人

1.本发明涉及轨道交通维护技术领域，具体涉及一种可变形铁轨隧道检测机器人。


背景技术：

2.隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分，主体建筑物由洞身和洞口组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，有些隧道还设有专门的通风设备和照明设备，目前在一些隧道建设中，经常出现隧道自身结构变形或者附属设备破损的现象，使得对隧道做安全检测是十分必要的。在安全检测过程中，隧道中的信息数据是了解隧道自身状况中的一项非常重要的工作。隧道中的信息数据一般包括隧道的洞身内部结构和隧道中内部环境情况(积水情况、空气质量等)，目前隧道安全检测工作基本上采取人工操作，不但智能化程度低，检测精度差，出现漏拍现象，不得不进行第二次检测，检测效率低下，而且隧道内部环境恶劣，存在积水、空气质量差等情况，严重危害操作人员的健康，因此提出了一种可变形铁轨隧道检测机器人。
3.在中国发明专利中：如cn105082180b的一种隧道检测机器人及检测方法，一种隧道检测机器人上的移动平台上设有支撑机构，支撑机构上设有移动机构，移动机构上设有回转机构，回转机构上设有基座，基座上设有驱动臂，基座上设有转动机械臂，转动机械臂上设有顶起机构；一种隧道检测机器人检测方法，包括如下步骤：(a)建立隧道信息工作站；(b)测量隧道洞口数据；(c)吊装隧道检测机器人；(d)隧道检测机器人初始位置定位；(e)隧道检测中信息获取；(f)隧道检测中障碍物排除；(g)隧道检测中电源管理；(h)隧道信息收集分析。本发明隧道检测机器人具有很强的越障能力和环境适应能力，其一次检测即可获取隧道全程内的信息数据，检测快速简单且精度高。
4.针对现有技术存在以下问题：
5.1、传统的隧道检测主要是以人工勘测的方式，其劳动强度大，作业难度大，工作效率低，作业人员安全问题大，作业质量也难以保证；
6.2、现有技术中隧道检测装置不具备对隧道工件进行激光除锈的功能，且清洁能力有限，难以对死角进行精准地勘测和清洁，局限性较大，降低了该机器人的广泛推广和适用领域。


技术实现要素：

7.本发明提供一种可变形铁轨隧道检测机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
9.一种可变形铁轨隧道检测机器人，包括隧道检测机器人主体，所述隧道检测机器人主体包括有行走装置和主控制模块，所述行走装置包括有机器人机体、后行走轮和前行走轮，所述机器人机体的上表面活动连接有智能识别装置，所述机器人机体的前端固定安
装有激光除锈装置，所述激光除锈装置包括有探测机构和铁锈刮除清理机构，所述智能识别装置包括有裂纹识别机构，所述裂纹识别机构包括有固定座，所述固定座的上表面开设有转槽，采用探测机构、铁锈刮除清理机构、主控制模块和裂纹识别机构之间的共同配合，解决了隧道检测装置不具备对隧道工件进行激光除锈的功能，且清洁能力有限，难以对死角进行精准地勘测和清洁，局限性较大的问题，此外，检测劳动强度大，作业难度大，工作效率低，作业人员安全问题大，作业质量也难以保证的问题。
10.本发明技术方案的进一步改进在于：所述机器人机体的一端固定安装有连接板，所述连接板的外表面固定安装有行进摄像头，所述机器人机体的下端固定安装有支撑底座，所述支撑底座的下表面开设有活动腔，通过行进摄像头的设置，用于检测铁路地铁隧道的裂纹、渗水和墙体脱落等情况。
11.本发明技术方案的进一步改进在于：所述支撑底座的一侧外表面固定安装有驱动电机一，所述驱动电机一的输出轴上固定安装有螺纹杆，所述螺纹杆的外表面螺纹连接有滑动块，所述滑动块的外表面与活动腔的内壁滑动连接，所述滑动块的外表面固定安装有激光除锈喷头，通过驱动电机一和螺纹杆的配合，且在活动腔的限位作用下，带动滑动块水平方向的平移，进而带动激光除锈喷头精确对准工件的铁锈位置进行除锈作业。
12.本发明技术方案的进一步改进在于：所述机器人机体的下表面开设有收容腔，所述收容腔的内腔顶面固定安装有伸缩杆一，所述伸缩杆一的下端外表面分别固定安装有伸缩杆二，所述伸缩杆二远离伸缩杆一的一端外表面分别固定连接有铁锈刮板，利用铁锈刮板的配合，使其在表面进行刮动，将表面的铁锈颗粒进行剔除，减少或避免了铁锈的再次堆积。
13.本发明技术方案的进一步改进在于：所述固定座的内腔底面固定安装有驱动电机二，所述驱动电机二的输出轴上固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮的外表面啮合转动有从动齿轮，所述从动齿轮的下表面与固定座的内腔底面转动连接，通过驱动电机二的开启，使得主动齿轮和从动齿轮进行啮合转动，起到带动插座进行旋转的作用。
14.本发明技术方案的进一步改进在于：所述从动齿轮的中心轴上固定连接有插座，所述插座的下表面分别固定连接有辅助滚轮，所述驱动电机二的外表面与转槽的内壁滚动连接，通过辅助滚轮和转槽之间相互配合，减小了转动时的摩擦力，确保对隧道内部情况进行360
°
全方位的勘测。
15.本发明技术方案的进一步改进在于：所述插座的上表面铰接有大臂，所述大臂的另一端外表面转动连接有小臂，所述小臂远离大臂的一端固定安装有全方位旋转手腕，通过大臂和小臂的配合，实现了形变检测效果。
16.本发明技术方案的进一步改进在于：所述全方位旋转手腕的外表面分别固定安装有伸缩杆三和伸缩杆四，所述伸缩杆三的输出端固定安装有工业相机，所述工业相机的上表面设置有探照灯，所述探照灯的下表面转动连接有转动球，所述伸缩杆四的输出端上固定连接有三维扫描器，所述三维扫描器的内表面卡嵌有图像采集卡，通过伸缩杆三和伸缩杆四之间的相互配合，可以灵活的调整角度，解决了死角不容易检测的难题。
17.由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：
18.1、本发明提供一种可变形铁轨隧道检测机器人，采用探测机构、铁锈刮除清理机构、主控制模块和裂纹识别机构之间的共同配合，解决了隧道检测装置不具备对隧道工件
进行激光除锈的功能，且清洁能力有限，难以对死角进行精准地勘测和清洁，局限性较大的问题，此外，检测劳动强度大，作业难度大，工作效率低，作业人员安全问题大，作业质量也难以保证的问题。
19.2、本发明提供一种可变形铁轨隧道检测机器人，采用探测机构和铁锈刮除清理机构之间的共同配合，通过行进摄像头对隧道前方的路况进行勘测，用于检测铁路地铁隧道的裂纹、渗水和墙体脱落等情况，再利用驱动电机一的开启，使得螺纹杆旋转，在活动腔的限位作用下，带动滑动块水平方向的平移，进而带动激光除锈喷头精确对准工件的铁锈位置进行除锈作业，能实现360度旋转，能够无死角的除锈，加强了装置的整体有效性和实用性。
20.3、本发明提供一种可变形铁轨隧道检测机器人，通过伸缩杆一的伸缩效果，能够对铁锈刮除清理机构整体进行收缩，当激光除锈喷头对工字型轨道上的铁锈进行清除后，利用铁锈刮板的配合，在表面进行刮动，将表面的铁锈颗粒进行剔除，减少或避免了铁锈的再次堆积，实现了装置的有效性，此外，通过行进摄像头对工字型轨道进行检测，保证在行进过程中的时候有效检测出来轨道中间的情况，且通过无线通信模块进行摄像和有效的避开，保证了装置的整体有效性和安全性。
21.4、本发明提供一种可变形铁轨隧道检测机器人，通过驱动电机二的开启，使得主动齿轮和从动齿轮进行啮合转动，在转动力的作用下，带动插座进行旋转，此时，辅助滚轮和转槽之间相互配合，减小了转动时的摩擦力，使得转动更加顺畅，确保对隧道内部情况进行360
°
全方位的勘测，再利用大臂和小臂的配合，实现形变检测效果，再通过工业相机和图像采集卡的相互配合，运用先进的机器视觉技术能够对隧道墙体进行图像识别，能够智能识别墙体是否有裂纹，做到精确勘测，预防隧道坍塌等灾害，且通过伸缩杆三和伸缩杆四之间的相互配合，当遇到检测死角的时候大小臂可进行伸长，通过全方位旋转手腕可以灵活的调整角度，从而解决死角不容易检测的难题。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图；
23.图2为本发明的仰视立体结构示意图；
24.图3为本发明的激光除锈装置的立体结构示意图；
25.图4为本发明的立体剖面结构示意图；
26.图5为本发明的智能识别装置的立体结构示意图；
27.图6为本发明的智能识别装置的立体爆炸结构示意图。
28.图中：1、隧道检测机器人主体；2、行走装置；3、激光除锈装置；4、主控制模块；5、智能识别装置；21、后行走轮；22、机器人机体；221、收容腔；23、前行走轮；31、探测机构；311、行进摄像头；312、支撑底座；3121、活动腔；313、驱动电机一；314、螺纹杆；315、滑动块；316、激光除锈喷头；32、铁锈刮除清理机构；321、伸缩杆一；322、伸缩杆二；323、铁锈刮板；51、裂纹识别机构；511、固定座；5111、转槽；5112、驱动电机二；5113、主动齿轮；5114、从动齿轮；512、插座；5121、辅助滚轮；513、大臂；514、小臂；515、全方位旋转手腕；516、伸缩杆三；517、伸缩杆四；518、三维扫描器；519、工业相机；52、探照灯；521、转动球。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
30.实施例1
31.如图1-6所示，本发明提供了一种可变形铁轨隧道检测机器人，包括隧道检测机器人主体1，隧道检测机器人主体1包括有行走装置2和主控制模块4，行走装置2包括有机器人机体22、后行走轮21和前行走轮23，机器人机体22的上表面活动连接有智能识别装置5，机器人机体22的前端固定安装有激光除锈装置3，激光除锈装置3包括有探测机构31和铁锈刮除清理机构32，智能识别装置5包括有裂纹识别机构51，裂纹识别机构51包括有固定座511，固定座511的上表面开设有转槽5111，机器人机体22的一端固定安装有连接板，连接板的外表面固定安装有行进摄像头311，机器人机体22的下端固定安装有支撑底座312，支撑底座312的下表面开设有活动腔3121，支撑底座312的一侧外表面固定安装有驱动电机一313，驱动电机一313的输出轴上固定安装有螺纹杆314，螺纹杆314的外表面螺纹连接有滑动块315，滑动块315的外表面与活动腔3121的内壁滑动连接，滑动块315的外表面固定安装有激光除锈喷头316，机器人机体22的下表面开设有收容腔221，收容腔221的内腔顶面固定安装有伸缩杆一321，伸缩杆一321的下端外表面分别固定安装有伸缩杆二322，伸缩杆二322远离伸缩杆一321的一端外表面分别固定连接有铁锈刮板323，通过行进摄像头311对隧道前方的路况进行勘测，用于检测铁路地铁隧道的裂纹、渗水和墙体脱落等情况，再利用驱动电机一313的开启，使得螺纹杆314旋转，在活动腔3121的限位作用下，带动滑动块315水平方向的平移，进而带动激光除锈喷头316精确对准工件的铁锈位置进行除锈作业，能实现360度旋转，能够无死角的除锈，加强了装置的整体有效性和实用性，此外，通过伸缩杆一321的伸缩效果，能够对铁锈刮除清理机构32整体进行收缩，当激光除锈喷头316对工字型轨道上的铁锈进行清除后，利用铁锈刮板323的配合，在表面进行刮动，将表面的铁锈颗粒进行剔除，减少或避免了铁锈的再次堆积，实现了装置的有效性，此外，通过行进摄像头311对工字型轨道进行检测，保证在行进过程中的时候有效检测出来轨道中间的情况，且通过无线通信模块进行摄像和有效的避开，保证了装置的整体有效性和安全性。
32.实施例2
33.如图1-6所示，在实施例1的基础上，本发明提供一种技术方案：优选的，固定座511的内腔底面固定安装有驱动电机二5112，驱动电机二5112的输出轴上固定连接有主动齿轮5113，主动齿轮5113的外表面啮合转动有从动齿轮5114，从动齿轮5114的下表面与固定座511的内腔底面转动连接，从动齿轮5114的中心轴上固定连接有插座512，插座512的下表面分别固定连接有辅助滚轮5121，驱动电机二5112的外表面与转槽5111的内壁滚动连接，通过驱动电机二5112的开启，使得主动齿轮5113和从动齿轮5114进行啮合转动，在转动力的作用下，带动插座512进行旋转，此时，辅助滚轮5121和转槽5111之间相互配合，减小了转动时的摩擦力，使得转动更加顺畅，确保对隧道内部情况进行360
°
全方位的勘测。
34.实施例3
35.如图1-6所示，在实施例1的基础上，本发明提供一种技术方案：优选的，插座512的上表面铰接有大臂513，大臂513的另一端外表面转动连接有小臂514，小臂514远离大臂513的一端固定安装有全方位旋转手腕515，全方位旋转手腕515的外表面分别固定安装有伸缩杆三516和伸缩杆四517，伸缩杆三516的输出端固定安装有工业相机519，工业相机519的上
表面设置有探照灯52，探照灯52的下表面转动连接有转动球521，伸缩杆四517的输出端上固定连接有三维扫描器518，三维扫描器518的内表面卡嵌有图像采集卡，通过大臂513和小臂514的配合，实现形变检测效果，再通过工业相机519和图像采集卡的相互配合，运用先进的机器视觉技术能够对隧道墙体进行图像识别，能够智能识别墙体是否有裂纹，做到精确勘测，预防隧道坍塌等灾害，且通过伸缩杆三516和伸缩杆四517之间的相互配合，当遇到检测死角的时候大小臂可进行伸长，通过全方位旋转手腕515可以灵活的调整角度，从而解决死角不容易检测的难题。
36.下面具体说一下该可变形铁轨隧道检测机器人的工作原理。
37.如图1-6所示，在进行隧道检测时，首先将隧道检测机器人主体1整体移动至工字钢滑动轨上方，然后，通过行进摄像头311对隧道前方的路况进行勘测，用于检测铁路地铁隧道的裂纹、渗水和墙体脱落等情况，再利用驱动电机一313的开启，使得螺纹杆314旋转，在活动腔3121的限位作用下，带动滑动块315水平方向的平移，进而带动激光除锈喷头316精确对准工件的铁锈位置进行除锈作业，能实现360度旋转，能够无死角的除锈，加强了装置的整体有效性和实用性，再有，通过伸缩杆一321的伸缩效果，能够对铁锈刮除清理机构32整体进行收缩，当激光除锈喷头316对工字型轨道上的铁锈进行清除后，利用铁锈刮板323的配合，在表面进行刮动，将表面的铁锈颗粒进行剔除，减少或避免了铁锈的再次堆积，且通过行进摄像头311对工字型轨道进行检测，保证在行进过程中的时候有效检测出来轨道中间的情况，且通过无线通信模块进行摄像和有效的避开，保证了装置的整体有效性和安全性，此外，通过驱动电机二5112的开启，使得主动齿轮5113和从动齿轮5114进行啮合转动，在转动力的作用下，带动插座512进行旋转，此时，辅助滚轮5121和转槽5111之间相互配合，减小了转动时的摩擦力，使得转动更加顺畅，确保对隧道内部情况进行360
°
全方位的勘测，再利用大臂513和小臂514的配合，实现形变检测效果，再通过工业相机和图像采集卡的相互配合，运用先进的机器视觉技术能够对隧道墙体进行图像识别，能够智能识别墙体是否有裂纹，做到精确勘测，预防隧道坍塌等灾害，且通过伸缩杆三516和伸缩杆四517之间的相互配合，当遇到检测死角的时候大小臂可进行伸长，通过全方位旋转手腕515可以灵活的调整角度，从而解决死角不容易检测的难题。
38.上文一般性的对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可变形铁轨隧道检测机器人，包括隧道检测机器人主体(1)，其特征在于：所述隧道检测机器人主体(1)包括有行走装置(2)和主控制模块(4)，所述行走装置(2)包括有机器人机体(22)、后行走轮(21)和前行走轮(23)，所述机器人机体(22)的上表面活动连接有智能识别装置(5)，所述机器人机体(22)的前端固定安装有激光除锈装置(3)，所述激光除锈装置(3)包括有探测机构(31)和铁锈刮除清理机构(32)，所述智能识别装置(5)包括有裂纹识别机构(51)，所述裂纹识别机构(51)包括有固定座(511)，所述固定座(511)的上表面开设有转槽(5111)。2.根据权利要求1所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述机器人机体(22)的一端固定安装有连接板，所述连接板的外表面固定安装有行进摄像头(311)，所述机器人机体(22)的下端固定安装有支撑底座(312)，所述支撑底座(312)的下表面开设有活动腔(3121)。3.根据权利要求2所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述支撑底座(312)的一侧外表面固定安装有驱动电机一(313)，所述驱动电机一(313)的输出轴上固定安装有螺纹杆(314)，所述螺纹杆(314)的外表面螺纹连接有滑动块(315)，所述滑动块(315)的外表面与活动腔(3121)的内壁滑动连接，所述滑动块(315)的外表面固定安装有激光除锈喷头(316)。4.根据权利要求1所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述机器人机体(22)的下表面开设有收容腔(221)，所述收容腔(221)的内腔顶面固定安装有伸缩杆一(321)，所述伸缩杆一(321)的下端外表面分别固定安装有伸缩杆二(322)，所述伸缩杆二(322)远离伸缩杆一(321)的一端外表面分别固定连接有铁锈刮板(323)。5.根据权利要求1所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述固定座(511)的内腔底面固定安装有驱动电机二(5112)，所述驱动电机二(5112)的输出轴上固定连接有主动齿轮(5113)，所述主动齿轮(5113)的外表面啮合转动有从动齿轮(5114)，所述从动齿轮(5114)的下表面与固定座(511)的内腔底面转动连接。6.根据权利要求5所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述从动齿轮(5114)的中心轴上固定连接有插座(512)，所述插座(512)的下表面分别固定连接有辅助滚轮(5121)，所述驱动电机二(5112)的外表面与转槽(5111)的内壁滚动连接。7.根据权利要求6所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述插座(512)的上表面铰接有大臂(513)，所述大臂(513)的另一端外表面转动连接有小臂(514)，所述小臂(514)远离大臂(513)的一端固定安装有全方位旋转手腕(515)。8.根据权利要求7所述的一种可变形铁轨隧道检测机器人，其特征在于：所述全方位旋转手腕(515)的外表面分别固定安装有伸缩杆三(516)和伸缩杆四(517)，所述伸缩杆三(516)的输出端固定安装有工业相机(519)，所述工业相机(519)的上表面设置有探照灯(52)，所述探照灯(52)的下表面转动连接有转动球(521)，所述伸缩杆四(517)的输出端上固定连接有三维扫描器(518)，所述三维扫描器(518)的内表面卡嵌有图像采集卡。

技术总结
本发明公开了一种可变形铁轨隧道检测机器人，涉及轨道交通维护技术领域，包括隧道检测机器人主体，所述隧道检测机器人主体包括有行走装置和主控制模块，所述行走装置包括有机器人机体、后行走轮和前行走轮。本发明通过伸缩杆一的伸缩效果，能够对铁锈刮除清理机构整体进行收缩，当激光除锈喷头对工字型轨道上的铁锈进行清除后，利用铁锈刮板的配合，在表面进行刮动，将表面的铁锈颗粒进行剔除，减少或避免了铁锈的再次堆积，实现了装置的有效性，此外，通过行进摄像头对工字型轨道进行检测，保证在行进过程中的时候有效检测出来轨道中间的情况，且通过无线通信模块进行摄像和有效的避开，保证了装置的整体有效性和安全性。保证了装置的整体有效性和安全性。保证了装置的整体有效性和安全性。


技术研发人员：夏彬 朱琳 王婷 苏雪
受保护的技术使用者：武汉铁路职业技术学院
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2023/1/6