智能高鐵軌道巡檢機器人

王大偉

摘 要：智能高鐵軌道巡檢機器人是利用激光雷達進行測距，對高鐵軌道與站臺之間距離進行測量的裝置，主要的技術(shù)核心為大范圍高精度測量、與手持機實時通訊、在鐵軌上自動行走等。

關(guān)鍵詞：激光測距;軌道巡檢

1、引言

在高速鐵路不斷發(fā)展的進程中，列車對軌道的要求越來越極致，從材質(zhì)到規(guī)格的精度都達到了各個領(lǐng)域的最頂尖的級別。鐵路軌道和站臺由于熱脹冷縮帶來的擠壓與拉扯，會導致軌道與站臺之間的距離發(fā)生變化。一旦列車行駛在如此狀態(tài)的軌道上，極其有可能發(fā)生剮蹭站臺的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)列車脫軌的慘劇。因此對這段距離的檢測就顯得至關(guān)重要因此我團隊設計了能夠檢測鐵軌與站臺之間距離的智能高鐵軌道巡檢機器人。

2、作品介紹

2.1作品設計、發(fā)明的目的

解決高鐵軌道到站臺距離精確測量問題

2.2基本思想

智能高鐵軌道巡檢機器人是利用激光雷達進行測距，使底盤在鐵軌上以一定速度行駛。激光雷達每隔一定距離進行測距采樣。設計的目的就是要改進傳統(tǒng)用人工和大直角尺測量的不精確以及時間長工作量大等缺點。

2.3技術(shù)關(guān)鍵

（1）移動測量測量范圍以及測量精度

（2）強度與便攜性

（3）惡劣環(huán)境中正常工作

（4）彎道測量問題

2.4主要技術(shù)指標

行走速度：0.2m/s-1m/s，距離測量范圍：100mm-2500mm，誤差±1mm。采用手持機無線操控。所有操作均可由手持機PDA實現(xiàn)。并且具有可顯示當前測量實時數(shù)據(jù)等功能。在低溫-30℃，高溫50℃均可持續(xù)工作4小時。

3、創(chuàng)新點

3.1硬件技術(shù)

我們采用了激光雷達來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刻度尺，通過采樣運算，能夠精準的測量所需的數(shù)據(jù)，并且為了防止在使用電子陀螺儀進行角度補償時出現(xiàn)因為溫飄（傳感器因為的溫度變化導致的精度變化）造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況，我團隊采用了自制的溫度補償系統(tǒng)來保證傳感器的工作。并且期待能夠配合機器人測的行走距離來對當前的被測站臺進行實施建模，相比于參照感微弱的數(shù)據(jù)，模型更加簡潔、直觀。為了滿足實時建模的要求，我們設計了精確到毫米級別的直接按測距系統(tǒng)，通過外掛編碼器與橡膠輪連接的方式進行測距功能的基本實現(xiàn)，通過懸掛系統(tǒng)防止出現(xiàn)與接觸面分離的情況。解決了以往測距難、測距不準的問題。

3.2在軟件技術(shù)層面，采用PID控制、卡爾曼濾波等算法采集、處理數(shù)據(jù)，通過4G無線模塊等途徑將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程終端，并在遠程端為了所訴數(shù)據(jù)定制了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，方便數(shù)據(jù)的查驗。

4、結(jié)論

綜上，我們團隊可以說是通過機械與軟件的配合，將智能高鐵軌道巡檢機器人從一個具有高精度測距功能的機器人變成了一個物聯(lián)網(wǎng)終端。為鐵路軌道的巡檢工作的智能化做出了努力，并拿出了一個簡潔，可行的方案。（指導教師：畢明雪）

參考文獻

[1]機械設計 孔凌嘉，王曉力，王文中，北京理工大學出版社，2018.09

[2]單片機原理及其接口技術(shù) 胡漢才，人民郵電出版社，2018.2

[3]空間目標激光測距技術(shù)及應用 趙春梅等，科學出版社，2016.5

[4]高速鐵路軌道構(gòu)造與維護 李建平 中南大學出版社有限責任公司 2014.12

[5]計算機算法 霍洛維茲，薩尼，拉賈瑟克雷恩，清華大學出版社 2015.02