无人轨道巡检机器人的制作方法
本发明涉及轨道巡检。更具体地说，本发明涉及一种无人轨道巡检机器人。
背景技术：
1、轨道巡检是为防止轨道锁扣松动、轨面轮廓磨损、轨道弓面尺寸等变化等带来的安全隐患，对轨道及线路设备进行的巡视检查，能够确保列车运行安全畅通。通常是在列车运营空窗期完成轨道巡检。由于机器人在高工作强度以及越障、避障等方面具有优势，通过装配的巡检装置将采集的图像和数据上传至监控系统，巡检的病害结果经判定后报警，越来越多的机器人被应用于轨道巡检。但是巡检机器人仍然存在不如人工巡检智能化、全面、准确的缺点，如果能够利用机器人采集回传的图像和数据，依靠有经验的维修专员结合智能判定结果，进一步判断轨道病害和缺陷是否存在，已有的病害和缺陷是否消除，这不仅能够提高检测效率，还能够提高检测准确率。由于机器人巡检通常处于列车运营空窗期，例如夜晚等休息时间，如何在机器人巡检时能够及时通知、提醒维修专员对病害和缺陷进行定时分析判断，这是本技术亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、本发明提供一种无人轨道巡检机器人，其能够结合人工检测与机器检测的优势，规划机器人主体的巡检进度，并精确预测病害位置的巡检时刻，既能够提高巡检效率，又能够提高巡检准确率。
2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无人轨道巡检机器人，包括：
3、机器人主体，其通过行驶单元行驶于轨道；
4、巡检模块，其包括用于检测轨道状态的巡检装置以及用于定位的定位装置；
5、控制模块，其通过无线通信单元向所述机器人主体发送行驶指令以及向所述巡检模块发送巡检定位指令；
6、病害记录模块，其通过无线通信单元获取轨道历史巡检病害数据库，所述轨道历史巡检病害数据库存储有记录时间、病害位置、病害状态、维修记录；
7、巡检规划模块，其根据机器人主体的巡检范围将轨道划分为多节段并进行编号，所述巡检规划模块将病害位置落入的节段标记为优先级高，所述巡检规划模块设定不同优先级的节段的巡检时长，所述机器人主体的行驶速度设置为，优先级高的节段的巡检时长大于优先级低的节段的巡检时长；
8、人工巡检模块，以机器人主体的出发时刻为初始时刻，优先级高的节段为预测节段，所述人工巡检模块计算所述机器人主体行驶至各个预测节段的计算到达时刻，并生成人工巡检时刻表；
9、其中，对于连续的至少一个预测节段(pk,pk+1,…,pj)，需要校正计算到达时刻为ek到达，第k个预测节段的计算到达时刻为ek到达，将第k-1节段标记为第一预警节段，将第k-2节段标记为第二预警节段，所述机器人主体实际行驶至所述第二预警节段的时刻标记为预警开始时刻e(k-2)实际到达，实际驶离第二预警节段的时刻标记为预警结束时刻e(k-2)实际离开，所述机器人主体计算行驶至所述第二预警节段的时刻标记为计算到达时刻e(k-2)计算到达，所述人工巡检模块将预警开始时刻e(k-2)实际到达与计算到达时刻e(k-2)计算到达进行比较，如果差值超过阈值范围，所述人工巡检模块基于预警结束时刻e(k-2)实际离开与第一预警节段的设定巡检时长校正预测节段pk的新的计算到达时刻为ek到达’，更新人工巡检时刻表。
10、优选的是，所述人工巡检模块计算所述机器人主体行驶至各个预测节段的计算到达时刻是通过循环神经网络实现的，具体为：
11、建立病害影响因素特征集x，病害影响因素特征参数包括各预测节段的计划到达时刻、各预测节段的实际到达时刻、各预测节段的到达时刻的时差、各预测节段的病害类型，输入序列为x=( x1, x2,…, xt)，输入至循环神经网络，
12、将t时刻的输入 xt以及t-1时刻的隐藏层状态 mt-1映射得到t时刻的隐藏层状态 mt，将t时刻的隐藏层状态 mt输出至t+1时刻，将t时刻的隐藏层状态 mt映射得到t时刻的输出层 wt，具体为：
13、 mt= γ(α1 xt+ α2 mt-1+ζ)
14、 wt= γ(α3 mt+ θ)
15、其中， t∈0,1,…,n，α1为输入层到隐藏层的权重，α2为隐藏层之间的权重，α3为隐藏层到输出层的权重，ζ、θ为拟合误差，γ为激活函数；
16、通过循环神经网络模拟计算得到各预测节段拟合的计算到达时刻，与实际到达时刻作差，得到模型损失，通过误差反向传播算法，将误差由输出层至输入层反向传播，更新权重减小损失，
17、
18、其中，n为样本量，为拟合的计算到达时刻， di为实际到达时刻， loss为损失函数。
19、优选的是，循环神经网络的层数为3层，每层30个神经元。
20、优选的是，所述病害记录模块将巡检的病害结果发送至轨道历史巡检病害数据库。
21、优选的是，所述巡检装置包括线阵检测模块或面阵检测模块，用于采集轨道中排水沟、钢轨、道床、轨枕、扣件的参数数据和图像数据，所述定位装置包括gps/北斗定位模块、编码器计量模块。
22、优选的是，所述机器人主体为装配式前后串联组合车体搭载巡检装置以及定位装置。
23、本发明至少包括以下有益效果：
24、第一、本发明通过对机器人巡检范围对轨道划分节段，标记病害位置落入的节段为优先级高的节段，并相应设定较长的巡检时长，进而计算各节段的巡检时长，生成人工巡检时刻表，使得机器人巡检至病害位置前，能够精准推送人工巡检任务给维修专员。
25、第二、为了避免实际巡检与规划巡检的时间差异造成的人工巡检延误，将预测节段的上一节段标记为第一预警节段，上二节段标记为第二预警节段，将机器人实际到达、计算到达第二预警节段的时刻进行比较，超出阈值则进行校正，重新计算预测节段的到达时刻，便于机器人巡检至病害位置前，及时修正人工巡检任务时刻，进一步精准推送人工巡检任务给维修专员。
26、第三、通常将优先级高的巡检时长规划为较长的均一时长，将优先级低的巡检时长规划为较短的均一时长，但是引入人工巡检后存在的问题是，各预测节段的巡检时长不等化增加，因此基于不等长的优先级高的巡检时长、等长的优先级低的巡检时长的前提下，通过循环神经网络实现对各预测节段的计算巡检时刻的预测，使得初步生成的人工巡检时刻表准确，从而尽量减小实际巡检与规划巡检的时间差异，从而更进一步推送更为精准的人工巡检时刻表给维修专员。
27、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
技术特征：
1.无人轨道巡检机器人，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的无人轨道巡检机器人，其特征在于，所述人工巡检模块计算所述机器人主体行驶至各个预测节段的计算到达时刻是通过循环神经网络实现的，具体为：
3.如权利要求2所述的无人轨道巡检机器人，其特征在于，循环神经网络的层数为3层，每层30个神经元。
4.如权利要求1所述的无人轨道巡检机器人，其特征在于，所述病害记录模块将巡检的病害结果发送至轨道历史巡检病害数据库。
5.如权利要求1所述的无人轨道巡检机器人，其特征在于，所述巡检装置包括线阵检测模块或面阵检测模块，用于采集轨道中排水沟、钢轨、道床、轨枕、扣件的参数数据和图像数据，所述定位装置包括gps/北斗定位模块、编码器计量模块。
6.如权利要求1所述的无人轨道巡检机器人，其特征在于，所述机器人主体为装配式前后串联组合车体搭载巡检装置以及定位装置。
技术总结
本发明公开了一种无人轨道巡检机器人，包括：机器人主体；巡检模块；控制模块；病害记录模块；巡检规划模块；人工巡检模块。本发明能够结合人工检测与机器检测的优势，规划机器人主体的巡检进度，精确预测病害位置的巡检时刻，既能够提高巡检效率，又能够提高巡检准确率。
技术研发人员：麻建宗,刘斯,刘源
受保护的技术使用者：中交机电工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23