王大偉

摘 要：智能高鐵軌道巡檢機(jī)器人是利用激光雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距，對(duì)高鐵軌道與站臺(tái)之間距離進(jìn)行測(cè)量的裝置，主要的技術(shù)核心為大范圍高精度測(cè)量、與手持機(jī)實(shí)時(shí)通訊、在鐵軌上自動(dòng)行走等。

關(guān)鍵詞：激光測(cè)距;軌道巡檢

1、引言

在高速鐵路不斷發(fā)展的進(jìn)程中，列車對(duì)軌道的要求越來越極致，從材質(zhì)到規(guī)格的精度都達(dá)到了各個(gè)領(lǐng)域的最頂尖的級(jí)別。鐵路軌道和站臺(tái)由于熱脹冷縮帶來的擠壓與拉扯，會(huì)導(dǎo)致軌道與站臺(tái)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(tái)的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)列車脫軌的慘劇。因此對(duì)這段距離的檢測(cè)就顯得至關(guān)重要因此我團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了能夠檢測(cè)鐵軌與站臺(tái)之間距離的智能高鐵軌道巡檢機(jī)器人。

2、作品介紹

2.1作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的

解決高鐵軌道到站臺(tái)距離精確測(cè)量問題

2.2基本思想

智能高鐵軌道巡檢機(jī)器人是利用激光雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距，使底盤在鐵軌上以一定速度行駛。激光雷達(dá)每隔一定距離進(jìn)行測(cè)距采樣。設(shè)計(jì)的目的就是要改進(jìn)傳統(tǒng)用人工和大直角尺測(cè)量的不精確以及時(shí)間長(zhǎng)工作量大等缺點(diǎn)。

2.3技術(shù)關(guān)鍵

（1）移動(dòng)測(cè)量測(cè)量范圍以及測(cè)量精度

（2）強(qiáng)度與便攜性

（3）惡劣環(huán)境中正常工作

（4）彎道測(cè)量問題

2.4主要技術(shù)指標(biāo)

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

3、創(chuàng)新點(diǎn)

3.1硬件技術(shù)

我們采用了激光雷達(dá)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刻度尺，通過采樣運(yùn)算，能夠精準(zhǔn)的測(cè)量所需的數(shù)據(jù)，并且為了防止在使用電子陀螺儀進(jìn)行角度補(bǔ)償時(shí)出現(xiàn)因?yàn)闇仫h（傳感器因?yàn)榈臏囟茸兓瘜?dǎo)致的精度變化）造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況，我團(tuán)隊(duì)采用了自制的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)來保證傳感器的工作。并且期待能夠配合機(jī)器人測(cè)的行走距離來對(duì)當(dāng)前的被測(cè)站臺(tái)進(jìn)行實(shí)施建模，相比于參照感微弱的數(shù)據(jù)，模型更加簡(jiǎn)潔、直觀。為了滿足實(shí)時(shí)建模的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了精確到毫米級(jí)別的直接按測(cè)距系統(tǒng)，通過外掛編碼器與橡膠輪連接的方式進(jìn)行測(cè)距功能的基本實(shí)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(cè)距難、測(cè)距不準(zhǔn)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(yuǎn)程終端，并在遠(yuǎn)程端為了所訴數(shù)據(jù)定制了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，方便數(shù)據(jù)的查驗(yàn)。

4、結(jié)論

綜上，我們團(tuán)隊(duì)可以說是通過機(jī)械與軟件的配合，將智能高鐵軌道巡檢機(jī)器人從一個(gè)具有高精度測(cè)距功能的機(jī)器人變成了一個(gè)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(gè)簡(jiǎn)潔，可行的方案。（指導(dǎo)教師：畢明雪）

參考文獻(xiàn)

[1]機(jī)械設(shè)計(jì) 孔凌嘉，王曉力，王文中，北京理工大學(xué)出版社，2018.09

[2]單片機(jī)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(biāo)激光測(cè)距技術(shù)及應(yīng)用 趙春梅等，科學(xué)出版社，2016.5

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

[5]計(jì)算機(jī)算法 霍洛維茲，薩尼，拉賈瑟克雷恩，清華大學(xué)出版社 2015.02