一种分布式轨道检测小车

1.本发明涉及智能轨道交通维护技术领域，尤其是涉及一种分布式轨道检测小车。


背景技术：

2.随着我国经济的飞速发展，作为国民经济支柱产业之一的轨道交通建设也发展的如火如荼。轨道的关键作用在于给列车提供一个平稳舒适的运行环境，其直接关系到列车的行驶安全，因此轨道不安全问题将严重影响铁路运输，危及国民人身安全，给国家和社会造成不可估量的损失，因而及时对铁路轨道进行维护是保证轨道平稳的一个重要前提。随着科学技术的发展，智能化水平不断提高，物联网与人工智能技术成为轨道交通行业智能化发展的趋势，如何将其应用在轨道巡检上，探索一个安全、智能、高效的轨道智能巡检方案显得至关重要。
3.典型的轨道不安全因素有异物侵限、轨道板裂缝、变形、表面缺损等。异物侵限容易妨碍铁路系统正常运行，阻断列车运行线路；由于长期的昼夜温差大，混凝土热胀冷缩形成裂缝，雨水侵蚀后会加剧裂缝程度，从而改变轨道板受力，严重威胁轨道运行安全，因此，定期进行铁路维护是必要的。
4.目前，巡检车已广泛运用在铁路维护方面，基本取代了人工巡检，但现有大部分巡检车都是需要依靠人工操作半自动化，仍有巡检费时费力且效率不高的问题，同时天窗阶段时间有限，在车站等多轨道线路区间，单车单轨检测耗时耗力，无法高效完成检测任务。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在大部分巡检车都是需要依靠人工操作半自动化，仍有巡检费时费力且效率不高的问题的缺陷而提供一种分布式轨道检测小车。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种分布式轨道检测小车，包括控制中心、支撑车架、底盘车架、支撑板、仓体、电源、轮毂、摄像部件和调角器；
8.所述支撑车架和底盘车架的数量为多个，各个支撑车架的一端可转动固定在支撑板的下方，相邻两支撑支架通过底盘支架连接，所述底盘车架为伸缩杆，所述轮毂固定在支撑车架的下端，所述轮毂的形状与轨道相配合，所述轮毂连接有轮毂电机，所述轮毂电机连接控制中心；
9.所述仓体固定在支撑板的上方，所述控制中心和电源位于仓体内，所述摄像部件通过调角器可转动固定在支撑板的下方，所述调角器上设有角度传感器，所述摄像部件和角度传感器连接控制中心，所述仓体内还设有定位部件。
10.优选的，所述摄像部件的上设有光照传感器和探照灯，所述探照灯连接电源，所述光照传感器和探照灯连接控制中心。
11.优选的，所述轮毂的位置设有速度传感器，所述速度传感器连接控制中心。
12.优选的，所述底盘车架还包括连接块，所述连接块通过伸缩杆连接各个支撑车架，所述连接块与每个支撑车架的距离相同，所述伸缩杆的一端连接支撑车架，另一端可转动固定在连接块上。
13.优选的，所述伸缩杆包括第一内杆、第二内杆、外杆和连接件；所述外杆为中空柱状结构，所述第一内杆和第二内杆分别可拆卸固定在外杆的两端，所述外杆的一侧设有多个通孔，所述第一内杆和第二内杆上设有与通孔对应的螺纹孔，所述连接件穿过通孔连接螺纹孔。
14.优选的，其特征在于，所述仓体的外侧固定有太阳能充电板，所述太阳能充电板连接电源，所述太阳能充电板的数量为多个。
15.优选的，其特征在于，所述仓体的上方设有显示屏，所述显示屏连接控制中心。
16.优选的，所述调角器包括上连杆、下连杆、转动件和按钮；所述上连杆的一端连接支撑板，另一端连接转动件，所述下连杆的一端连接摄像部件，另一端连接转动件，所述按钮连接转动件。
17.优选的，所述支撑车架通过u型架可转动固定在支撑板上，所述u型架的底端固定在支撑板上，所述u型架的两端设有通孔，所述通孔内设有转轴，所述支撑车架可转动连接转轴。
18.优选的，所述仓体内还设有zigbee模块、通信模块和天线，所述天线连接zigbee模块，所述zigbee模块和通信模块连接控制中心；
19.多车多轨道运行时，所述检测小车分为母车和子车，所述母车zigbee模块包括终端节点、路由器和协调器，所述子车zigbee模块包括终端节点和路由器；当母车与子车进行无线通信时，子车各传感器数值分别传输到其对应的终端节点，再统一传输到路由器，由传感器采集的数字信号经过路由器处理后，通过天线21发送出去，由母车路由器接收子车路由器发送的数据，传输到母车协调器，对数据进行存储处理后传输给控制中心，最后由母车将多车采集的数据统一通过通信模块上传至云服务器。。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.(1)本方案通过调节底盘车架的伸缩长度，进而调节支撑车架与支撑板之间的夹角，调整了装置的整体高度，也使轮毂能够配合固定在轨道上，将装置放置在轨道上，再将摄像部件和调角器从支撑板的下方取出，并通过调角器调整摄像部件与轨道的相对位置，同时调角器上角度传感器将调节的角度传输至控制中心，使摄像部件位于轨道的上方，之后控制中心通过轮毂电机控制装置前进与停止，在装置运行的过程中，通过摄像部件采集轨道的图像，并将采集到的信息传输至控制中心，并通过定位部件对装置的位置进行实时监测，结合实时位置和图像信息对轨道进行巡检。通过全自动化的设置，避免了小车巡检过程中的人工参与，节省了人力物力的消耗，更具实用性和经济性；同时全自动化的装置，对轨道的巡检效率更高，检测的准确性也因为避免人为因素的干扰，提高了检测的准确性。
22.(2)本方案在摄像部件上设置光照传感器和探照灯，本实施例中光照传感器固定在摄像部件的左右两侧，探照灯固定在摄像部件的上下两侧，通过光照传感器对摄像部件工作环境的光线强弱，控制中心通过探照灯对摄像部件的工作环境的光线进行调节，使摄像部件拍摄到清晰的轨道图像，提高了装置的适用范围。
附图说明
23.图1为本发明提供的小车工作状态下的结构示意图；
24.图2为本发明提供的小车非工作状态下的结构示意图；
25.图3为本发明提供的小车伸缩杆的结构示意图；
26.图4为本发明提供的小车调角器的结构示意图；
27.图5为本发明提供的小车支撑车架角度调节装置的结构示意图；
28.图6为本发明提供的多轨道多车分布式工作流程图；
29.图7为本发明提供的小车的工作流程图；
30.图中：1、支撑车架，2、底盘车架，3、支撑板，4、仓体，5、轮毂，6、摄像部件，7、调角器，8、连接块，9、第一内杆，10、第二内杆，11、外杆，12、连接件，13、太阳能充电板，14、显示屏，15、上连杆，16、下连杆，17、转动件，18、按钮，19、u型架，20、转轴，21、天线。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
37.实施例1
38.如图1-2所示，一种分布式轨道检测小车，包括控制中心、支撑车架1、底盘车架2、支撑板3、仓体4、电源、轮毂5、摄像部件6和调角器7；
39.支撑车架1和底盘车架2的数量为多个，各个支撑车架1的一端可转动固定在支撑
板3的下方，相邻两支撑支架1通过底盘支架2连接，底盘车架2为伸缩杆，轮毂5固定在支撑车架1的下端，轮毂5的形状与轨道相配合，轮毂5连接有轮毂电机，轮毂电机连接控制中心；
40.仓体4固定在支撑板3的上方，控制中心和电源位于仓体4内，摄像部件6通过调角器7可转动固定在支撑板3的下方，调角器7上设有角度传感器，摄像部件6和角度传感器连接控制中心，仓体4内还设有定位部件。
41.工作原理：调节底盘车架2的伸缩长度，进而调节支撑车架1与支撑板3之间的夹角，调整了装置的整体高度，也使轮毂5能够配合固定在轨道上，将装置放置在轨道上，再将摄像部件6和调角器7从支撑板3的下方取出，并通过调角器7调整摄像部件6与轨道的相对位置，同时调角器7上角度传感器将调节的角度传输至控制中心，使摄像部件6位于轨道的上方，之后控制中心通过轮毂电机控制装置前进与停止，在装置运行的过程中，通过摄像部件采集轨道的图像，并将采集到的信息传输至控制中心，并通过定位部件对装置的位置进行实时监测，结合实时位置和图像信息对轨道进行巡检。
42.本方案通过调节底盘车架2的伸缩长度，进而调节支撑车架1与支撑板3之间的夹角，调整了装置的整体高度，也使轮毂5能够配合固定在轨道上，将装置放置在轨道上，再将摄像部件6和调角器7从支撑板3的下方取出，并通过调角器7调整摄像部件6与轨道的相对位置，同时调角器7上角度传感器将调节的角度传输至控制中心，使摄像部件6位于轨道的上方，之后控制中心通过轮毂电机控制装置前进与停止，在装置运行的过程中，通过摄像部件采集轨道的图像，并将采集到的信息传输至控制中心，并通过定位部件对装置的位置进行实时监测，结合实时位置和图像信息对轨道进行巡检。通过全自动化的设置，避免了小车巡检过程中的人工参与，节省了人力物力的消耗，更具实用性和经济性；同时全自动化的装置，对轨道的巡检效率更高，检测的准确性也因为避免人为因素的干扰，提高了检测的准确性。
43.本实施例中，车架部分使用碳纤维材料，重量轻，刚性高，且具有很好的吸震效果，吸收小车运行过程中轨道的震动，减少对电路仓的力量的传递，从而对电路仓起到一定的保护作用。控制中心为一个stm32f103微型控制器，通过串口连接角度传感器控制调角器，连接速度传感器控制轮毂电机，连接光照传感器控制探照灯。
44.作为一种优选的实施方式，摄像部件6的上设有光照传感器和探照灯，探照灯连接电源，光照传感器和探照灯连接控制中心。
45.本方案在摄像部件6上设置光照传感器和探照灯，本实施例中光照传感器固定在摄像部件6的左右两侧，探照灯固定在摄像部件6的上下两侧，通过光照传感器感知摄像部件6工作环境的光线强弱，控制中心通过探照灯对摄像部件6的工作环境的光线进行调节，使摄像部件6拍摄到清晰的轨道图像，提高了装置的适用范围。
46.作为一种优选的实施方式，轮毂5的位置设有速度传感器，速度传感器连接控制中心。
47.本方案通过在轮毂5的位置安装速度传感器，实现对小车运行速度的实时监测，并且传输至控制中心，控制中心通过调节轮毂电机来调整小车的前进速度，保证小车以适当的速度前进，进一步保证拍摄部件10得到的轨道画面清晰。
48.作为一种优选的实施方式，底盘车架2还包括连接块8，连接块8通过伸缩杆连接各个支撑车架1，连接块8与每个支撑车架1的距离相同，伸缩杆的一端连接支撑车架1，另一端
可转动固定在连接块8上。
49.本实施例中支撑车架1的数量为4个，支撑板3为矩形结构，各个支撑车架1均匀固定在支撑板3的四端，相邻的两个支撑车架1通过一个伸缩杆连接，相对的两个支撑车架1通过两个伸缩杆和连接块8连接，首尾相连的三个伸缩杆为三角形结构，进一步增强了对支撑车架1的支撑能力，提升了整个装置的结构稳定性。同时，在非工作状态下，连接块8向上移动，将连接块8所连接的伸缩杆以伞状结构收起，不会占据额外空间，且收纳方便。
50.如图3所示，伸缩杆包括第一内杆9、第二内杆10、外杆11和连接件12；外杆11为中空柱状结构，第一内杆9和第二内杆10分别可拆卸固定在外杆11的两端，外杆11的一侧设有多个通孔，第一内杆9和第二内杆10上设有与通孔对应的螺纹孔，连接件12穿过通孔连接螺纹孔。
51.本方案通过伸缩杆来调节不同支撑车架1之间的间距，达到调整小车高度的目的，具体的调整过程为，取出连接件12后，将第一内杆9和第二内杆10沿着外杆11滑动，将通孔对准其它的螺纹孔，再将连接件12穿过通孔连接其它的螺纹孔，实现第一内杆9和第二内杆10相对外杆11的位置调节。
52.作为一种优选的实施方式，仓体4的外侧固定有太阳能充电板13，太阳能充电板13连接电源，太阳能充电板13的数量为多个。
53.本方案通过在仓体4的外侧设置连接电源的太阳能充电板13，使小车在运行的过程中能够通过太阳能充电板13为电源充电，大大提高了装置的续航能力，节约能源的同时，具有较高的经济性和实用性。本实施例中，仓体4为长方体结构，在仓体4的四周安装四块太阳能充电板13，使小车在晴天工作时，太阳能电池板17能够获得阳光的照射，时刻为电源充电。
54.仓体4的上方设有显示屏14，显示屏14连接控制中心。
55.本方案通过在仓体4的上方设置显示屏14，将由各个传感器传输至控制中心的信息在显示屏14显示出来。本实施例中，显示屏安装在仓体4顶部，同时兼顾rs232和usb双接口，通过rs232接口与通信模块中路由节点cc2530连接，通过usb接口与通信模块中协调器设备cc2530连接，支持windows系统并安装有数据传输系统，包括选择串口、获取拍摄图片数量、实时监测小车运行速度、环境光照强度、拍摄角度、所在位置等主要功能，主要使用serial port实现串口控制。
56.如图4所示，调角器7包括上连杆15、下连杆16、转动件17和按钮18；上连杆15的一端连接支撑板3，另一端连接转动件17，下连杆16的一端连接摄像部件6，另一端连接转动件17，按钮18连接转动件17。
57.本方案通过调角器7使得转动件17来调节上连杆15与下连杆16之间的夹角，以达到调整摄像部件6与轨道相对位置的目的。工作时，将摄像部件6由支撑板3下方取出，按住按钮18调整上连杆15与下连杆16之间的夹角，通过角度传感器确定上连杆15与下连杆16之间为合适的角度后，松开按钮18，锁定上连杆15与下连杆16之间的夹角。
58.如图5所示，支撑车架1通过u型架19可转动固定在支撑板3上，u型架19的底端固定在支撑板3上，u型架19的两端设有通孔，通孔内设有转轴20，支撑车架1可转动连接转轴20。
59.仓体4内还设有zigbee模块、通信模块和天线21，天线21连接zigbee模块，zigbee模块和通信模块连接控制中心。
60.本方案通过在装置上安装zigbee模块和天线21，为多车协作运行提供通讯基础，实现不同小车之间的无线数据传输。通过多车同时工作的方式，进一步提高了装置的巡检效率同时降低了装置能耗。zigbee技术具有低功耗、低成本、短时延、高容量、高可靠、高安全等优势。
61.如图6-7所示，本实施例中，多车多轨道分布式运行时，将各个小车分为母车和子车，同时子母车进行分布式组网，便于数据传输。母车zigbee模块包含终端节点、路由器和协调器，子车zigbee模块包含终端节点和路由器。小车将自身传感器数据传输到自身显示屏时，每一种传感器分别对应一个终端节点，多个终端节点汇聚数据到路由器，路由器通过rs-232标准接口与显示屏通信；当母车与子车进行无线通信时，子车各传感器数值分别传输到其对应的终端节点，再统一传输到路由器，由传感器采集的数字信号经过路由器处理后，通过天线21发送出去，由母车路由器接收子车路由器发送的数据，传输到母车协调器，对数据进行存储处理后传输给显示屏，最后由母车将多车多传感器数据统一通过通信模块上传至云服务器；并且母车标识出自身传感器数据，方便路由器辨别，分路转发数据。zigbee模块中终端节点、路由器和协调器均采用cc2530单片机，因其包括了极好性能的rf收发器，工业标准增强型8051mcu，系统中可编程的非易失性存储器，优秀的接收灵敏度和强大的抗干扰性。
62.本实施例中，通信模块为5g通信模块，负责将各数据传递到网关接口，转换成tcp/ip数据，再通过5g网络远程上传至云服务器，在云服务器中通过深度学习算法模型对图片进行识别与分类，并通过大数据技术处理、分析、挖掘数据。
63.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种分布式轨道检测小车，其特征在于，包括控制中心、支撑车架(1)、底盘车架(2)、支撑板(3)、仓体(4)、电源、轮毂(5)、摄像部件(6)和调角器(7)；所述支撑车架(1)和底盘车架(2)的数量为多个，各个支撑车架(1)的一端可转动固定在支撑板(3)的下方，相邻两支撑支架(1)通过底盘支架(2)连接，所述底盘车架(2)为伸缩杆，所述轮毂(5)固定在支撑车架(1)的下端，所述轮毂(5)的形状与轨道相配合，所述轮毂(5)连接有轮毂电机，所述轮毂电机连接控制中心；所述仓体(4)固定在支撑板(3)的上方，所述控制中心和电源位于仓体(4)内，所述摄像部件(6)通过调角器(7)可转动固定在支撑板(3)的下方，所述调角器(7)上设有角度传感器，所述摄像部件(6)和角度传感器连接控制中心，所述仓体(4)内还设有定位部件。2.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述摄像部件(6)的上设有光照传感器和探照灯，所述探照灯连接电源，所述光照传感器和探照灯连接控制中心。3.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述轮毂(5)的位置设有速度传感器，所述速度传感器连接控制中心。4.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述底盘车架(2)还包括连接块(8)，所述连接块(8)通过伸缩杆连接各个支撑车架(1)，所述连接块(8)与每个支撑车架(1)的距离相同，所述伸缩杆的一端连接支撑车架(1)，另一端可转动固定在连接块(8)上。5.根据权利要求4所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述伸缩杆包括第一内杆(9)、第二内杆(10)、外杆(11)和连接件(12)；所述外杆(11)为中空柱状结构，所述第一内杆(9)和第二内杆(10)分别可拆卸固定在外杆(11)的两端，所述外杆(11)的一侧设有多个通孔，所述第一内杆(9)和第二内杆(10)上设有与通孔对应的螺纹孔，所述连接件(12)穿过通孔连接螺纹孔。6.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述仓体(4)的外侧固定有太阳能充电板(13)，所述太阳能充电板(13)连接电源，所述太阳能充电板(13)的数量为多个。7.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述仓体(4)的上方设有显示屏(14)，所述显示屏(14)连接控制中心。8.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述调角器(7)包括上连杆(15)、下连杆(16)、转动件(17)和按钮(18)；所述上连杆(15)的一端连接支撑板(3)，另一端连接转动件(17)，所述下连杆(16)的一端连接摄像部件(6)，另一端连接转动件(17)，所述按钮(18)连接转动件(17)。9.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述支撑车架(1)通过u型架(19)可转动固定在支撑板(3)上，所述u型架(19)的底端固定在支撑板(3)上，所述u型架(19)的两端设有通孔，所述通孔内设有转轴(20)，所述支撑车架(1)可转动连接转轴(20)。10.根据权利要求1所述的一种分布式轨道检测小车，其特征在于，所述仓体(4)内还设有zigbee模块、通信模块和天线(21)，所述天线(21)连接zigbee模块，所述zigbee模块和通信模块连接控制中心；
多车多轨道运行时，所述检测小车分为母车和子车，所述母车zigbee模块包括终端节点、路由器和协调器，所述子车zigbee模块包括终端节点和路由器；当母车与子车进行无线通信时，子车各传感器数值分别传输到其对应的终端节点，再统一传输到路由器，由传感器采集的数字信号经过路由器处理后，通过天线21发送出去，由母车路由器接收子车路由器发送的数据，传输到母车协调器，对数据进行存储处理后传输给控制中心，最后由母车将多车采集的数据统一通过通信模块上传至云服务器。

技术总结
本发明涉及一种分布式轨道检测小车，包括控制中心、支撑车架、底盘车架、支撑板、仓体、电源、轮毂、摄像部件和调角器；所述支撑车架和底盘车架的数量为多个，各个支撑车架的一端可转动固定在支撑板的下方，相邻两支撑支架通过底盘支架连接，所述底盘车架为伸缩杆，所述轮毂固定在支撑车架的下端，所述轮毂连接有轮毂电机，所述轮毂电机连接控制中心；所述仓体固定在支撑板的上方，所述控制中心和电源位于仓体内，所述摄像部件通过调角器可转动固定在支撑板的下方，所述调角器上设有角度传感器，所述摄像部件和角度传感器连接控制中心，所述仓体内还设有定位部件。与现有技术相比，本发明具有效率高、能耗低等优点。能耗低等优点。能耗低等优点。


技术研发人员：张瑞心 李培刚 高红兵 杜俊 陈一帆 孙宏杰 杨杰 苏宋 赵泽旭
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/6/7