一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法与流程

1.本发明涉及铁轨检测技术领域，尤其是涉及一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法。


背景技术：

2.随着我国铁路建设的大力推进，铁路里程数显著提高。铁路作为城市之间的重要连接手段，承载着城市间人员流动、货物运输、经济文化交流等重大作用，其安全运营对城市的发展极为重要。
3.在列车常年运营以及自然环境的作用和影响下，铁路轨道常见病害包括轨面磨损、铁轨不均匀沉降、轨距缩小或扩大等。当出现这些病害未能及时发现并且第一时间进行养护和维修，会造成噪音污染、钢轨车轴断裂、列车出轨等严重的安全事故。传统的人工巡检方法效率低，主观性强，费时费力同时可能存在漏检情况。
4.申请号为202121728192.x的中国专利公开了一种轨道检测设备，包括：传感器；移动机构，所述移动机构安装于轨道检测车，所述传感器安装于所述移动机构，所述移动机构能够带动所述传感器在第一方向上移动；数据处理机构，所述数据处理机构安装于所述轨道检测车，所述传感器将收集到的数据发送至所述数据处理机构。与现有技术相比，所述传感器安装于所述移动机构，所述移动机构能够带动所述传感器在第一方向上移动，从而使传感器的安装位置能够根据传感器的种类和实际使用场景调节，使传感器能够处于最佳的工作位置。然而，该检测装置体型较大、运输不便，需要工作人员驾驶进行巡检，同时不具备自稳能力。
5.申请号为cn201711387771.0的中国专利公开了一种移动式轨道检测装置和具有该移动式轨道检测装置的移动式轨道检测系统，包括：用于向轨道提供激光线的激光发生器；用于获取轨道的廓形图像的摄像机；用于测量轨道的波磨的激光位移传感器；用于滤波的排轮；里程记录仪；数据采集器，所述数据采集器与所述里程记录仪和所述激光位移传感器中的每一个相连；和处理器，所述处理器与所述摄像机和所述数据采集器中的每一个相连。该发明具有检测效率高﹑便于携带等优点。但是该检测仪器没有动力，需要工作人员推行前进，进而造成移动不稳定的问题。
6.并且上述现有专利中，均是基于双轨的检测，不仅结构复杂，而且两条轨道的不均匀沉降会对巡检结果造成较大的影响，检测系统灵活性不足。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，基于单轨自稳的方式对轨道进行无人巡检，具有结构简单、操作方便的优点，能够快速、高效、准确的识别轨道病害。本发明的另一个目的是提供一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置的巡检方法。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，包括
由左壳体和右壳体组成的球形壳体，左壳体与右壳体之间通过防尘罩连接，左壳体、右壳体分别夹设在轨道的两侧，左壳体、右壳体均与防尘罩转动连接；壳体的内部设置有带动左壳体和右壳体转动的动力机构；壳体的内部设置有工控机，工控机的下部设置有电池组，工控机的顶部设置有显示屏和信号收发器，壳体的内部设置有自稳机构和检测机构。
9.优选的，所述动力机构包括电机和传动杆，电机设置在工控机的底部，电机的输出轴与传动杆传动连接，传动杆的两端分别与左壳体、右壳体固定连接。
10.优选的，所述左壳体包括卡接的左上壳体和左下壳体，右壳体包括卡接的右上壳体和右下壳体，传动杆的两端分别固定在右下壳体和左下壳体上。
11.优选的，所述自稳机构包括姿态传感器、电磁铁、平衡杆和平衡块，姿态传感器和电磁铁位于工控机的内部，平衡杆对称的设置在工控机的两侧，圆盘形的平衡块套设在平衡杆上并与平衡杆滑动连接。
12.优选的，所述平衡杆为摩擦阻尼小的非导体材料，平衡块为高灵敏性导体材料。
13.优选的，所述检测机构包括线阵相机和振动检测传感器，线阵相机的摄像头从防尘罩的底部伸出并正对轨道，振动检测传感器设置在工控机内。
14.优选的，所述壳体为铝合金材质。
15.优选的，所述工控机上设置有散热孔。
16.一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置的巡检方法，包括以下步骤：
17.s1、首先打开左上壳体、右上壳体，通过显示屏设置调整初始参数，盖上左上壳体、右上壳体，将整个装置放在待巡检的单轨道上；
18.s2、通过远程控制系统启动装置，巡检时，线阵相机、振动检测器及姿态传感器的数据由工控机的储存模块储存，工控机对姿态传感器的数据实时分析处理，微调整个装置的平衡；
19.s3、装置发生较大的扰动时，姿态传感器立即发射信号给工控机的处理器，进行纠偏计算，工控机处理器控制工控机内的电磁铁线圈改变电流强弱和方向，从而改变磁场强度，进而调整平衡块在平衡杆上的位置，进行纠偏；
20.s4、巡检达到设定里程后，工控机给远程控制系统发送信息和定位信号，改变行走方向，回到起始位置；返程过程中，同样对轨道进行检测并与来程数据进行对比验证。
21.本发明所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法的优点和积极效果是：
22.1、本发明通过左壳体和右壳体夹设在轨道的两侧，然后通过电机和传动杆带动整个装置在轨道的移动，可以在单轨道上进行巡检，有利于减小巡检装置的体积，简化结构。
23.2、壳体的内部设置自稳机构，可在移动时自动调节自身平衡，保持整个装置在巡检过程中的稳定性，并且操作简单方便。
24.3、壳体为球形结构，增大了内部空间，提高了运动时的平稳性。壳体分成可拆卸的右下壳体、右上壳体、左下壳体、左上壳体，便于装个装置的维修。
25.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
26.图1为本发明一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法实施例的内部
结构示意图；
27.图2为本发明一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法实施例的铁轨接触处结构示意图；
28.图3为本发明一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法实施例的整体结构示意图。
29.附图标记
30.1、轨道；2、防尘罩；3、电池组；4、工控机；5、传动杆；6、平衡杆；7、平衡块；8、显示屏；9、信号收发器；10、右下壳体；11、左下壳体；12、散热孔；13、右上壳体；14、左上壳体；15、线阵相机。
具体实施方式
31.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
32.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
33.实施例
34.如图1-3所示，一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，包括由左壳体和右壳体组成的球形壳体。球形壳体使得整个装置具有更大的内部空间，同时能够提高整个装置移动时的速度平稳。左壳体与右壳体之间通过防尘罩2连接，防尘罩2对左壳体与右壳体的连接处进行防尘。左壳体、右壳体均与防尘罩2转动连接，使得左壳体、右壳体在转动过程中保证防尘罩2的不动。
35.左壳体、右壳体分别夹设在轨道1的两侧，并与轨道1接触，左壳体、右壳体在摩擦力的作用下沿着轨道1移动。将左壳体、右壳体设置在轨道1两侧，也有利于提高装置移动时的稳定性。
36.壳体的内部设置有带动左壳体和右壳体转动的动力机构。动力机构包括电机和传动杆5，电机设置在工控机4的底部，电机的输出轴与传动杆5传动连接。电机输出轴与传动杆5的传动连接方式可以为现有的齿轮副传动、链轮链条传动或带轮传动带传动结构，目的是电机带动传动杆5转动。传动杆5的两端分别与左壳体、右壳体固定连接。电机带动传动杆5转动，传动杆5的两端带动左壳体、右壳体转动，从而使得整个装置沿着轨道1移动。
37.左壳体包括卡接的左上壳体14和左下壳体11，右壳体包括卡接的右上壳体13和右下壳体10，卡接的方式可以选用现有的结构，便于通过左上壳体14、右上壳体13打开壳体，对内部的组件进行设置和维修。传动杆5的两端分别固定在右下壳体10和左下壳体11上。
38.壳体的内部设置有工控机4，工控机4主要由主板、cpu、内存、硬盘、显卡、声卡、网卡、机箱、i/o接口，电磁铁、姿态传感器和外壳等组成。工控机4的侧面设置有散热孔12，用
于内部元器件的散热。
39.工控机4的下部固定设置有电池组3，电池组3与工控机4电连，用于为工控机4内部元器件供电，同时电池组3可以增加工控机4底部的重量，降低重心来维持装置整体在前进方向上的平衡。电池组3固定在防尘罩2上，在整个装置移动过程中，壳体内部的工控机4、电池组3和防尘罩2保持不动。
40.工控机4的顶部设置有显示屏8和信号收发器9，信号收发器9用于信号的发射与接收，可以通过信号与外界的远程控制系统连接并为工控机4发送指令，从而调整控制整个装置的状态。远程控制系统与工控机4的连接方式可以根据需要选用现有的技术。显示屏8用于巡检开始前设置初始状态。
41.壳体的内部设置有自稳机构和检测机构。自稳机构包括姿态传感器、电磁铁、平衡杆6和平衡块7，姿态传感器和电磁铁位于工控机4的内部。平衡杆6对称的设置在工控机4的两侧，圆盘形的平衡块7套设在平衡杆6上并与平衡杆6滑动连接。平衡杆6为摩擦阻尼小的非导体材料，平衡块7为高灵敏性导体材料。
42.检测机构包括线阵相机15和振动检测传感器。线阵相机15的摄像头从防尘罩2的底部伸出并正对轨道1，线阵相机15内置yolov5算法，能够实时检测铁轨表面破损并记录所在的位置和破损情况。振动检测传感器设置在工控机4内，用于监测装置行走过程中的振动信号，通过人为信号后处理，能够检测轨道1不均匀沉降等病害。
43.壳体为铝合金材质，一方面能够有效降低整个装置的质量，使得平衡块7更容易控制平衡；另一方面不会屏蔽内部装置的信号，同时又能够保证壳体的强度。
44.一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置的巡检方法，包括以下步骤：
45.s1、首先打开左上壳体14、右上壳体13，通过显示屏8设置调整初始参数，如里程、移动速度等；盖上左上壳体14、右上壳体13，将整个装置放在待巡检的单轨道1上。
46.s2、通过远程控制系统启动装置，巡检时，线阵相机15、振动检测器及姿态传感器的数据由工控机4的储存模块储存，工控机4对姿态传感器的数据实时分析处理，微调整个装置的平衡。
47.s3、装置发生较大的扰动时，姿态传感器立即发射信号给工控机4的处理器，通过现有的计算方法进行纠偏计算，工控机4处理器控制工控机4内的电磁铁线圈改变电流强弱和方向，从而改变磁场强度，进而调整平衡块7在平衡杆6上的位置，进行纠偏。
48.s4、巡检达到设定里程后，工控机4给远程控制系统发送信息和定位信号，改变行走方向，回到起始位置。返程过程中，同样对轨道1进行检测并与来程数据进行对比验证，保证检测结果的准确性。
49.因此，本发明采用上述基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法，基于单轨自稳的方式对轨道进行无人巡检，具有结构简单、操作方便的优点，能够快速、高效、准确的识别轨道病害。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：包括由左壳体和右壳体组成的球形壳体，左壳体与右壳体之间通过防尘罩连接，左壳体、右壳体分别夹设在轨道的两侧，左壳体、右壳体均与防尘罩转动连接；壳体的内部设置有带动左壳体和右壳体转动的动力机构；壳体的内部设置有工控机，工控机的下部设置有电池组，工控机的顶部设置有显示屏和信号收发器，壳体的内部设置有自稳机构和检测机构。2.根据权利要求1所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述动力机构包括电机和传动杆，电机设置在工控机的底部，电机的输出轴与传动杆传动连接，传动杆的两端分别与左壳体、右壳体固定连接。3.根据权利要求2所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述左壳体包括卡接的左上壳体和左下壳体，右壳体包括卡接的右上壳体和右下壳体，传动杆的两端分别固定在右下壳体和左下壳体上。4.根据权利要求3所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述自稳机构包括姿态传感器、电磁铁、平衡杆和平衡块，姿态传感器和电磁铁位于工控机的内部，平衡杆对称的设置在工控机的两侧，圆盘形的平衡块套设在平衡杆上并与平衡杆滑动连接。5.根据权利要求4所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述平衡杆为摩擦阻尼小的非导体材料，平衡块为高灵敏性导体材料。6.根据权利要求5所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述检测机构包括线阵相机和振动检测传感器，线阵相机的摄像头从防尘罩的底部伸出并正对轨道，振动检测传感器设置在工控机内。7.根据权利要求6所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述壳体为铝合金材质。8.根据权利要求7所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，其特征在于：所述工控机上设置有散热孔。9.基于权利要求8所述的一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置的巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、首先打开左上壳体、右上壳体，通过显示屏设置调整初始参数，盖上左上壳体、右上壳体，将整个装置放在待巡检的单轨道上；s2、通过远程控制系统启动装置，巡检时，线阵相机、振动检测器及姿态传感器的数据由工控机的储存模块储存，工控机对姿态传感器的数据实时分析处理，微调整个装置的平衡；s3、装置发生较大的扰动时，姿态传感器立即发射信号给工控机的处理器，进行纠偏计算，工控机处理器控制工控机内的电磁铁线圈改变电流强弱和方向，从而改变磁场强度，进而调整平衡块在平衡杆上的位置，进行纠偏；s4、巡检达到设定里程后，工控机给远程控制系统发送信息和定位信号，改变行走方向，回到起始位置；返程过程中，同样对轨道进行检测并与来程数据进行对比验证。

技术总结
本发明公开了一种基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置，包括由左壳体和右壳体组成的球形壳体，左壳体与右壳体之间通过防尘罩连接，左壳体、右壳体分别夹设在轨道的两侧，左壳体、右壳体均与防尘罩转动连接；壳体的内部设置有带动左壳体和右壳体转动的动力机构；壳体的内部设置有工控机，工控机的下部设置有电池组，工控机的顶部设置有显示屏和信号收发器，壳体的内部设置有自稳机构和检测机构。本发明采用上述基于单轨自平衡的铁轨破损巡检装置及巡检方法，基于单轨自稳的方式对轨道进行无人巡检，具有结构简单、操作方便的优点，能够快速、高效、准确的识别轨道病害。准确的识别轨道病害。准确的识别轨道病害。


技术研发人员：薛亚东 张维 李雨轩 周钇澎 薛力允 李胜腾
受保护的技术使用者：上海济目科技有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/3/20