应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910943175.9 (22)申请日 2019.09.30 (71)申请人 中铁第四勘察设计院集团有限公司 地址 430063 湖北省武汉市武昌区杨园和 平大道745号 (72)发明人 刘奥许克亮缪东史明红 郭钦谢钦占俊葛红张明 种传强陈东完颜靖喻岚 (74)专利代理机构 武汉东喻专利代理事务所 (普通合伙) 42224 代理人 周磊 (51)Int.Cl. B62D 57/032(2006.01) B61K 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种应用于地铁。

2、车辆列检库内四足行走巡 检机器人 (57)摘要 本发明公开了一种应用于地铁车辆列检库 内四足行走巡检机器人， 包括主控制箱、 六自由 度机械臂、 图像采集模块和四个走行机构， 六自 由度机械臂的一端安装在所述主控制箱上而另 一端安装所述图像采集模块； 对于各走行机构而 言， 其各自均包括腰部关节电机、 腰部关节、 连接 座、 髋关节电机、 髋关节、 大腿部、 膝关节电机、 膝 关节和小腿部， 腰部关节电机安装在主控制箱 上， 腰部关节电机通过腰部关节连接所述连接 座， 髋关节电机安装在连接座上， 髋关节电机通 过髋关节连接大腿部， 膝关节电机安装在大腿 上， 膝关节电机通过膝关节连接小腿部， 。

3、腰部关 节竖直设置， 髋关节和所述膝关节均水平设置。 本发明体型较小、 移动灵活且可以上下地沟进行 自动检测。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 110667726 A 2020.01.10 CN 110667726 A 1.一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征在于， 包括主控制箱、 六 自由度机械臂、 图像采集模块、 腰部机构和四个走行机构， 其中， 所述六自由度机械臂的一端安装在所述主控制箱上而另一端安装所述图像采集模块， 以用于带动所述图像采集模块移动来对地铁车辆车底和车侧的目标部件进行图像采集； 所述腰部机构设置有两个并且它们布置分别在该主控制箱的前端； 对。

4、于各所述腰部机构而言， 其各自包括腰部关节电机和腰部关节， 所述腰部关节电机 安装在所述主控制箱上并且该腰部关节电机的电机轴上连接所述腰部关节， 所述腰部关节 竖直设置； 对于各走行机构而言， 其各自均包括连接座、 髋关节电机、 髋关节、 大腿部、 膝关节电 机、 膝关节和小腿部， 所述髋关节电机安装在所述连接座上， 并且该髋关节电机通过所述髋 关节连接所述大腿部， 以及用于带动该大腿部转动， 所述膝关节电机安装在所述大腿上， 并 且该膝关节电机通过所述膝关节连接所述小腿部， 以及用于带动所述小腿部转动， 其中， 所 述髋关节和所述膝关节均水平设置； 每个所述腰部机构的腰部关节上分别安装一所述。

5、走行机构的连接座， 另外两个所述走 行机构的连接座均安装在主控制箱上， 并且这四个所述走行机构的连接座呈长方形布置。 2.根据权利要求1所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 所述主控制箱包括箱体外壳及安装在所述箱体外壳内的机器人主板、 采集系统硬件、 电机驱动器和主控制器， 所述主控制器分别与所述机器人主板、 采集系统硬件、 电机驱动器 连接， 以用于对各走行机构、 所述六自由度机械臂和图像采集模块之间进行作业协调， 以及 让巡检机器人具备准确定位被检测地铁车辆的停车位置的能力， 所述主控制器与综合数据 检测服务平台连接， 以将图像数据实时传输至综合数据检测服务。

6、平台进行分析处理。 3.根据权利要求2所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 所述主控制器通过无线AP方式将图像数据实时传输至综合数据检测服务平台。 4.根据权利要求3所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 所述综合数据检测服务平台对主控制器传输过来的图像数据进行分析判别， 通过通 过模式识别、 特征匹配和深度学习来识别车底和车侧的目标部件的异常状态， 从而生成检 修报告和相应的作业计划， 根据作业计划安排相关作业人员或者巡检机器人去实施复检任 务， 最终将检修报告写入综合数据检测服务平台的地铁车辆档案管理系统中予以记录。 5.根据权。

7、利要求2所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 所述主控制箱还包括中间安装座， 各走行机构的腰部关节电机均安装在所述中间安 装座上， 所述六自由度机械臂也安装在所述中间安装座上。 6.根据权利要求1所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 所述图像采集模块包括图像采集器， 所述图像采集器包括二维图像采集器和/或三维 图像采集器。 7.根据权利要求5所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 所述图像采集模块还包括探照灯。 8.根据权利要求1所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 还。

8、包括全景扫描相机， 所述全景扫描相机安装在所述主控制箱上， 以用于与所述主控 制箱配合来定位地铁车辆的位置和控制走行机构移动避障并通过走行机构来上下地沟。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110667726 A 2 9.根据权利要求8所述的一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人， 其特征 在于， 巡检机器人在完成一辆地铁车辆的图像采集后接收到综合数据检测服务平台对下一 地铁车辆的检修任务， 主控制箱生成转移地沟的最近路线， 通过全景扫描相机， 确定目前最 近的检修立柱并到达该检修立柱处， 巡检机器人原地转身， 通过走行机构爬上该检修立柱 旁的台阶， 穿过两条检修线路之间的过道， 从另一。

9、条检修线路的台阶下入另一条地沟开始 执行该条地沟的检修任务。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110667726 A 3 一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机器人 技术领域 0001 本发明属于机器人领域， 更具体地， 涉及一种巡检机器人。 背景技术 0002 目前， 我国的城轨地铁车辆的日常检修内容繁杂且重复性作业多， 主要采用人工 目视为主、 辅以简单工具的方法， 存在夜班检修， 作业人员易疲劳， 易误检、 漏检的问题， 且 检修效率低、 经验依赖性强， 重复性检修项点多， 人员劳动强度大， 作业人员需求量大。 因 此， 机器人代替人工进行城轨地铁车辆日常巡检整备作业， 具有现实的需。

10、求， 对减少人为因 素对质量控制的影响、 提高作业效率并降低人员成本十分必要。 0003 目前， 未发现应用于城市轨道交通地铁车辆基地的同类产品， 类似的产品均无法 适应城市轨道交通地铁车辆基地停车列检库地沟狭小、 存在台阶的复杂环境以及在检修地 沟间进行灵活、 便捷转运的需求。 发明内容 0004 针对现有技术的以上缺陷或改进需求， 本发明提供了一种应用于地铁车辆列检库 内的四足行走巡检机器人， 其体型较小、 移动灵活且可以上下地沟进行自动检测。 0005 为实现上述目的， 按照本发明的一个方面， 提供了一种应用于地铁车辆列检库内 四足行走巡检机器人， 其特征在于， 包括主控制箱、 六自由度。

11、机械臂、 图像采集模块、 腰部机 构和四个走行机构， 其中， 0006 所述六自由度机械臂的一端安装在所述主控制箱上而另一端安装所述图像采集 模块， 以用于带动所述图像采集模块移动来对地铁车辆车底和车侧的目标部件进行图像采 集； 0007 所述腰部机构设置有两个并且它们布置分别在该主控制箱的前端； 0008 对于各所述腰部机构而言， 其各自包括腰部关节电机和腰部关节， 所述腰部关节 电机安装在所述主控制箱上并且该腰部关节电机的电机轴上连接所述腰部关节， 所述腰部 关节竖直设置； 0009 对于各走行机构而言， 其各自均包括连接座、 髋关节电机、 髋关节、 大腿部、 膝关节 电机、 膝关节和小腿。

12、部， 所述髋关节电机安装在所述连接座上， 并且该髋关节电机通过所述 髋关节连接所述大腿部， 以及用于带动该大腿部转动， 所述膝关节电机安装在所述大腿上， 并且该膝关节电机通过所述膝关节连接所述小腿部， 以及用于带动所述小腿部转动， 其中， 所述髋关节和所述膝关节均水平设置； 0010 每个所述腰部机构的腰部关节上分别安装一所述走行机构的连接座， 另外两个所 述走行机构的连接座均安装在主控制箱上， 并且这四个所述走行机构的连接座呈长方形布 置。 0011 优选地， 所述主控制箱包括箱体外壳及安装在所述箱体外壳内的机器人主板、 采 集系统硬件、 电机驱动器和主控制器， 所述主控制器分别与所述机器人。

13、主板、 采集系统硬 说明书 1/4 页 4 CN 110667726 A 4 件、 电机驱动器连接， 以用于对各走行机构、 所述六自由度机械臂和图像采集模块之间进行 作业协调， 以及让巡检机器人具备准确定位被检测地铁车辆的停车位置的能力， 所述主控 制器与综合数据检测服务平台连接， 以将图像数据实时传输至综合数据检测服务平台进行 分析处理。 0012 优选地， 所述主控制器通过无线AP方式将图像数据实时传输至综合数据检测服务 平台。 0013 优选地， 所述综合数据检测服务平台对主控制器传输过来的图像数据进行分析判 别， 通过通过模式识别、 特征匹配和深度学习来识别车底和车侧的目标部件的异常状。

14、态， 从 而生成检修报告和相应的作业计划， 根据作业计划安排相关作业人员或者巡检机器人去实 施复检任务， 最终将检修报告写入综合数据检测服务平台的地铁车辆档案管理系统中予以 记录。 0014 优选地， 所述主控制箱还包括中间安装座， 各走行机构的腰部关节电机均安装在 所述中间安装座上， 所述六自由度机械臂也安装在所述中间安装座上。 0015 优选地， 所述图像采集模块包括图像采集器， 所述图像采集器包括二维图像采集 器和/或三维图像采集器。 0016 优选地， 所述图像采集模块还包括探照灯。 0017 优选地， 还包括全景扫描相机， 所述全景扫描相机安装在所述主控制箱上， 以用于 与所述主控制。

15、箱配合来定位地铁车辆的位置和控制走行机构移动避障并通过走行机构来 上下地沟。 0018 优选地， 巡检机器人在完成一辆地铁车辆的图像采集后接收到综合数据检测服务 平台对下一地铁车辆的检修任务， 主控制箱生成转移地沟的最近路线， 通过全景扫描相机， 确定目前最近的检修立柱并到达该检修立柱处， 巡检机器人原地转身， 通过走行机构爬上 该检修立柱旁的台阶， 穿过两条检修线路之间的过道， 从另一条检修线路的台阶下入另一 条地沟开始执行该条地沟的检修任务。 0019 总体而言， 通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比， 能够取得下列有 益效果： 0020 1)该巡检机器人接综合检测服务平台的检修任。

16、务， 在无人干预情况下， 可在地铁 车辆检修地沟内自动走行、 精准定位、 自动检测， 且能跨越检修地沟、 实现不同地沟间自主 转运并能对车底和车侧的目标部件的变形、 松动、 异物、 缺失等故障检测， 并将图像与故障 数据发送给综合检测服务平台的检修任务进行分析处理。 0021 2)该机器人能上下地沟台阶和地沟间灵活转运。 机器人运行在地沟对， 通过六自 由度机械臂和图像采集模块以车厢为单位对车底和车侧的目标部件进行检测， 并将检测数 据无线传输给综合数据检测服务平台进行分析处理。 0022 3)该巡检机器人相比传统的人工作业， 降低了漏检率， 提高了检测的效率和质量 且节约了人力成本。 附图说。

17、明 0023 图1是本发明的示意图； 0024 图2是本发明中其中一个走行机构安装在中间安装座上的示意图； 说明书 2/4 页 5 CN 110667726 A 5 0025 图3是本发明的巡检机器人在地沟内的示意图。 具体实施方式 0026 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 此外， 下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 0027 如图1图3所示， 一种应用于地铁车辆列检库内四足行走巡检机。

18、器人20， 其特征 在于， 包括主控制箱1、 六自由度机械臂2、 图像采集模块3、 腰部机构和四个走行机构4， 其 中， 0028 所述六自由度机械臂2的一端(即六自由度机械臂2的基座)安装在所述主控制箱1 上而另一端(即六自由度机械臂3的末端)安装所述图像采集模块3， 以用于带动所述图像采 集模块3移动来对地铁车辆车底和车侧的目标部件进行图像采集； 六自由度机械臂2通过各 轴的转动可调整图像采集模块3的姿态， 以保证巡检机器人20能对地铁车辆的车底和车侧 的目标部件进行全方位的检查； 0029 所述腰部机构设置有两个并且它们布置分别在该主控制箱1的前端； 0030 对于各所述腰部机构而言， 。

19、其各自包括腰部关节电机和腰部关节5， 所述腰部关节 电机安装在所述主控制箱1上并且该腰部关节电机的电机轴上连接所述腰部关节5， 所述腰 部关节5竖直设置； 0031 对于各走行机构4而言， 其各自均包括连接座6、 髋关节电机7、 髋关节8、 大腿部9、 膝关节电机10、 膝关节11和小腿部12， 所述髋关节电机7安装在所述连接座6上， 并且该髋关 节电机7通过所述髋关节8连接所述大腿部9， 以及用于带动该大腿部9转动， 所述膝关节电 机10安装在所述大腿上， 并且该膝关节电机10通过所述膝关节11连接所述小腿部12， 以及 用于带动所述小腿部12转动， 其中， 所述髋关节8和所述膝关节11均水。

20、平设置； 0032 每个所述腰部机构的腰部关节5上分别安装一所述走行机构4的连接座6， 另外两 个所述走行机构4的连接座6均安装在主控制箱1上， 并且这四个所述走行机构4的连接座6 呈长方形布置。 0033 本发明的四足行走巡检机器人20的结构类似于四足动物， 其行走也与四足动物类 似， 髋关节电机7和膝部关节电机带动大腿部9和小腿部12抬起和落下， 可以实现本巡检机 器人20的前进和后退， 而巡检机器人20前端的两个腰部关节电机可以带动前端的两个走行 机构4转动， 从而实现巡检机器人20的转弯， 从而可以实现巡检机器人20在列检库内上下地 沟18及在地沟18内行走来实现图像采集。 0034 。

21、进一步， 所述主控制箱1包括箱体外壳及安装在所述箱体外壳内的机器人主板、 采 集系统硬件、 电机驱动器和主控制器， 所述主控制器分别与所述机器人主板、 采集系统硬 件、 电机驱动器连接， 以用于对各走行机构4、 所述六自由度机械臂2和图像采集模块3之间 进行作业协调， 以及让巡检机器人20具备准确定位被检测地铁车辆的停车位置的能力， 所 述主控制器与综合数据检测服务平台连接， 以将图像数据实时传输至综合数据检测服务平 台进行分析处理。 此外， 所述主控制箱1还包括中间安装座13， 各走行机构4的腰部关节电机 均安装在所述中间安装座13上， 所述六自由度机械臂2也安装在所述中间安装座13上。 说。

22、明书 3/4 页 6 CN 110667726 A 6 0035 进一步， 所述图像采集模块3包括图像采集器14和探照灯15， 所述图像采集器14包 括二维图像采集器14和/或三维图像采集器14。 所述六自由度机械臂2前端设有图像采集模 块3安装座， 安装有所述图像采集模块3。 二维图像采集器14和三维图像采集器14可获取特 定目标物的二维、 三维图像监测数据， 所述探照灯15主要用以提供光源。 巡检机器人20运行 在地沟18时， 通过六自由度机械臂2和图像采集模块3以车厢为单位对地铁车辆车底和车侧 的目标部件进行检测。 0036 当地铁车辆驶入地沟18上方的轨道等待检修时， 巡检机器人20接。

23、收到巡检任务 后， 离开驻车位， 通过主控制器和所述主控制箱1上的设置的全景扫描相机来定位地铁车辆 和控制巡检机器人20移动避障， 并通过四个走行机构4走下地沟18。 0037 本巡检机器人20的主控制器将监测数据通过无线AP方式发送到综合数据检测服 务平台， 所述综合数据检测服务平台对传输过来的数据进行分析判别， 通过通过模式识别、 特征匹配和深度学习来识别车底和车侧的目标部件的异常状态， 从而生成检修报告和相应 的作业计划， 根据作业计划安排相关作业人员或者巡检机器人20去实施复检任务。 最终将 检修报告写入综合数据检测服务平台的地铁车辆档案管理系统中予以记录。 检修完成一地 铁车辆后， 。

24、巡检机器人20将接收到综合数据检测服务平台下一地铁车辆的检修任务， 并生 成转移地沟18的最近路线， 通过全景扫描相机， 确定目前最近的检修立柱17并到达该检修 立柱17处， 巡检机器人20原地转身， 通过走行机构4爬上该检修立柱17旁的台阶， 穿过两条 检修线路之间的过道19， 从另一条检修线路的台阶下入另一条地沟18开始执行该条地沟18 的检修任务。 0038 本发明的四个走行机构4形成该巡检机器人20的四肢， 四个走行机构4之间的协调 配合来使机器人行走和转向， 四足机构能使巡检机器人20上下台阶， 可做到下地沟18与转 移地沟18动作， 实现地沟18间灵活转运。 所述四足行走巡检机器人20通过全景扫描相机16 可实现对车底和车侧的目标部件全景图像扫描。 全景扫描相机16与主控制器配合使机器人 能准确定位， 且能识别出列检库内的障碍物并进行避让动作。 0039 本领域的技术人员容易理解， 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以 限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含 在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 7 CN 110667726 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 110667726 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 110667726 A 9 。