[发明专利]轨道-接触网设备健康状态一体化综合检测机器人

权利要求书

1.一种轨道-接触网设备健康状态一体化综合检测机器人，包括：搭载小车、轨道检测模块、接触网检测模块、数据分析模块和屏显模块；所述搭载小车用于搭载安装各个模块，其特征是

一、轨道检测模块：

轨道检测模块是由1D激光位移传感及光源组件、2D激光廓形传感组件、线阵相机、伺服对中模块、里程同步模块和惯导系统组件构成；

在机械结构上，轨道检测梁安装于搭载小车，且位于搭载小车的底面以下；轨道检测梁用于集成安装所述伺服对中模块、里程同步模块、1D激光位移传感器、1D激光位移传感及光源组件、2D激光廓形传感组件、线阵相机和惯导系统组件；里程同步模块直接安装于搭载小车；

轨道检测模块与数据分析处理模块进行数据连接，用于采集轨道健康状态原始监测信号数据，并将这些原始监测信号数据传输至数据分析模块；

轨道健康状态原始监测信号数据包括：列车运行姿态数据、钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据、钢轨断面廓形坐标数据以及轨道图像数据；

列车运行姿态数据包括：航向角、俯仰角、滚动角、角速度及加速度，由惯导系统组件中的光纤陀螺仪和加速度计获取；钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据由1D激光位移传感器通过发射点激光照射至钢轨踏面中心，并接收反射光来获取；钢轨断面廓形坐标数据由2D激光廓形传感器通过发射线激光照射至钢轨断面，并接收反射光来获取；轨道图像数据由线阵相机通过拍摄列车行进过程中的轨道照片来获取；

所述伺服对中模块与1D激光位移传感器进行数据连接，用于1D激光位移传感器的实时对中，实现1D激光位移传感器发出的激光射向钢轨踏面中心；

所述里程同步模块与数据分析模块进行数据了连接，里程同步模块中的光电编码器和北斗定位模块采用脉冲计数的方式计算获取列车运行速度和里程信息，并将信息传输至数据分析处理模块；

二、接触网检测模块：

接触网检测模块是由2D激光传感组件、线阵相机和面阵相机构成；

在机械结构上，接触网检测梁安装于所述搭载小车的顶部，2D激光传感组件、线阵相机和面阵相机安装于接触网检测梁；

接触网检测模块与所述数据分析处理模块数据连接，用于采集接触网健康状态原始监测信号数据，并将这些原始监测信号数据传输至数据分析模块；

接触网健康状态原始监测信号数据包括：接触网几何尺寸数据、以及接触网支持装置区域、接触悬挂区域、附加悬挂区域、侧面限界区域各部件和接触网限界环境的图像数据；

接触网几何尺寸数据包括：拉出值、接触导线高度、双支接触线高度差、双支接触线横向距离、接触导线磨耗和定位器坡度，这些数据由所述2D激光传感器通过发射线激光照射至接触导线，并接收反射光来获取；

接触网支持装置区域、接触悬挂区域、附加悬挂区域、侧面限界区域各部件及接触网限界环境的图像数据是由线阵相机和面阵相机拍摄搭载小车行进过程中的接触网零部件及环境限界照片来获取；

三、数据分析模块：

数据分析模块与轨道检测模块和接触网检测模块进行数据连接，读取、计算和存储轨道检测模块和接触网检测模块传送的所述原始监测信号数据，以及里程同步模块传送的列车速度和里程信息；并根据传送的原始监测信号数据和列车速度、里程信息对轨道和接触网的健康状态参数进行计算和里程校准，对轨道和接触网健康状态进行评定，诊断病害；

轨道健康状态参数包括：轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨伤损参数、轨枕及扣件缺损参数；接触网健康状态参数包括：接触网几何尺寸参数、接触网部件外观状态参数和接触网限界参数；

所述轨道动态几何形位参数包括：轨距、轨向、高低、水平、三角坑；

所述车体加速度参数包括：水平加速度和垂直加速度；

所述钢轨伤损参数包括：垂直磨耗、侧面磨耗、波浪磨耗等钢轨磨耗伤损参数，以及轨面擦伤、剥离掉块等钢轨踏面伤损参数；

所述轨枕及扣件缺损参数包括：轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失、扣件断裂。

所述道岔伤损参数包括：道岔几何尺寸、密贴程度、道岔结构与联结零件有无缺损、轮轨接触面宽度、垂向位移、纵向位移；

所述接触网几何参数包括：拉出值、接触导线高度、双支接触线高度差、双支接触线横向距离、接触导线磨耗、定位器坡度；

所述接触网部件外观状态包括：支持装置区域、接触悬挂区域、附加悬挂区域和吊柱座区域；

所述接触网限界参数包括在接触网限界内有无异物；

所述轨道病害包括轨道动态几何形位超限病害、车体加速度超限病害、钢轨波浪磨耗病害、钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害、钢轨踏面伤损、轨枕及扣件缺损；

所述接触网病害包括支柱倾斜、支柱锈蚀超标、定位线夹断裂、腕臂弯曲过大、定位索抽脱、接触线磨耗超标、接触线断线、载流吊弦断脱、定位器电气连接跳线脱落、承力索断股或断裂、吊弦或吊索脱落和断线、正馈线对向下锚出绝缘间隙不足、回流线烧伤、绝缘子闪络或击穿、高压电缆故障、非接触网设备侵限；

所述轨道动态几何形位超限病害、道岔几何尺寸超限病害和车体加速度超限病害；

所述钢轨波浪磨耗病害、钢轨侧面磨耗病害和垂直磨耗病害、钢轨踏面伤损；

所述轨枕及扣件缺损包括轨枕缺失、轨枕掉块、扣件缺失、扣件断裂；

所述接触网拉出值、导高、同一跨距接触导线高差、线岔和锚段关节接触线相互位置超限病害；

四、所述检测机器人具体的监测与分析步骤包括：

1)里程同步模块中的光电编码器和北斗定位模块获取列车运行速度和里程信息，并将所述信息传输至数据分析处理模块；

2)数据分析处理模块，根据所述里程同步模块传输的列车运行速度和里程信息，以及预设的采样频率，计算采样脉冲数，并将其传输至轨道检测梁和接触网检测梁；

3)轨道检测模块中的惯导系统组件、2D激光传感器、线阵相机以及接触网检测模块中的2D激光传感器、线阵相机和面阵相机根据接收到采样脉冲信号，分别采集轨道和接触网健康状态原始监测信号数据中的列车运行姿态数据、钢轨断面廓形坐标数据、轨道图像数据、接触网断面廓形坐标数据、接触网高度数据和接触网零部件外观及限界环境数据，并传输至数据分析处理模块4；

4)数据分析处理模块接收到所述列车运行姿态数据、钢轨断面廓形坐标数据、轨道图像数据、接触网断面廓形坐标数据、接触网高度数据和接触网零部件外观及限界环境数据后，计算分析轨道健康状态参数中的轨道动态几何形位参数、车体加速度参数、钢轨侧面磨耗参数、钢轨垂直磨耗参数、钢轨踏面伤损参数、轨枕和扣件缺损参数、接触网几何参数、接触网零部件外观参数和接触网限界环境参数；

5)数据分析处理模块根据计算得到的所述轨道动态几何形位参数中的轨距参数，以及轨道检测模块中1D激光位移传感器的位置，计算所述1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，并传输至伺服对中模块；

6)伺服对中模块根据得到的所述1D激光位移传感器与钢轨中心线的偏差，由伺服电机通过丝杆驱动传动杆自动调节所述1D激光位移传感器的位置，使得发出的激光射向钢轨踏面中心，实现所述1D激光位移传感器的实时对中；

7)完成对中后，轨道检测模块中的1D激光位移传感器根据步骤2)中数据分析处理模块发出的采样脉冲信号，分别采集轨道健康状态原始监测信号数据中的钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据，并传输至数据分析处理模块；

8)数据分析处理模块接收到所述钢轨踏面至1D激光位移传感器距离数据后，计算分析轨道健康状态参数中的钢轨内部伤损参数和波浪磨耗参数；

9)数据分析处理模块根据计算分析得到的所有轨道健康状态参数结果与所述里程同步模块25传输过来的列车运行速度和里程信息，对所述轨道和接触网健康状态参数进行里程校准，实现轨道和接触网健康状态参数在里程上的统一；

10)数据分析处理模块根据里程校准后的轨道和接触网健康状态参数，以及预先设定的病害判定标准数据，自动评定轨道健康状态和诊断轨道病害。

所述云端服务器与数据分析处理模块通信，用于存储轨道检测模块和接触网检测模块采集的数据及所述数据分析模块产生的数据。