孟鴻飛

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 湖北 武漢 430063）

0 引言

在地鐵車輛的日常檢查作業(yè)中，列檢機器人的使用能提高地鐵車輛列檢效率和質(zhì)量，降低人力投入[1-2]，隨著智慧運維理念的深入實施，采用智能列檢機器人代替人工作業(yè)將成為地鐵列檢作業(yè)的發(fā)展趨勢[3-4]。而智能列檢機器人系統(tǒng)在土建及各系統(tǒng)設(shè)計的過程中，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、動力照明、通信、信號等多個專業(yè)，列檢機器人與各專業(yè)之間的設(shè)計共享邊界稱為技術(shù)接口界面，只有加強協(xié)調(diào)與配合相關(guān)技術(shù)接口，才能保證智能列檢機器人系統(tǒng)的順利安裝和可靠運行，確保設(shè)備功能的實現(xiàn)。

本文從采用列檢機器人模式下地鐵車輛基地停車列檢線設(shè)計的角度，分析了地鐵智能列檢機器人與各專業(yè)間的設(shè)計接口內(nèi)容以及界面劃分，對運用庫的土建及系統(tǒng)設(shè)計、機器人設(shè)備招標范圍的合理劃定具有重要參考意義。

1 智能列檢機器人系統(tǒng)構(gòu)成

智能列檢機器人可對地鐵車輛車底及車側(cè)進行智能巡檢、智能識別、智能報警，通過數(shù)據(jù)分析及生成報表等手段，實現(xiàn)地鐵車輛日常巡檢的自動化，為長期分析車輛健康狀態(tài)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，一定程度上解決了車輛日檢作業(yè)對提高列檢質(zhì)量和效率。

智能列檢機器人系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩部分組成，硬件設(shè)備包括巡檢機器人、輔助升降裝置、充電機、壁裝機柜（無線AP）、智能手持機以及總控制機房設(shè)備等，軟件系統(tǒng)主要包括作業(yè)信息管理系統(tǒng)、MES 調(diào)度控制系統(tǒng)、圖像采集和傳輸系統(tǒng)、故障識別引擎、數(shù)據(jù)庫以及智能手持終端軟件，見圖1。智能列檢機器人車底及車側(cè)檢測場景見圖2。

其中，巡檢機器人由主體框架、AGV 動力裝置、機械臂、圖像采集設(shè)備以及安全防護裝置構(gòu)成；輔助升降裝置用于實現(xiàn)機器人從檢修地溝到車側(cè)工作面的切換；充電機用于對巡檢機器人進行充電；壁裝機柜安裝于股道兩側(cè)的立柱上，并控制該側(cè)的無線AP（間隔安裝在立柱上），用于有線網(wǎng)和無線網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換，為機器人與機房之間提供通信連接；智能手持機能實現(xiàn)巡檢機器人的遠程控制、檢測結(jié)果的遠程查看等功能；總控制機房包括服務(wù)器機柜及操縱臺系統(tǒng)，是系統(tǒng)控制的中樞。

2 列檢作業(yè)流程分析

智能列檢機器人可通過圖像采集、機器視覺、人工智能技術(shù)等實現(xiàn)對車底和車側(cè)相關(guān)項點的檢測。當準備工作完成后，通過手持機啟動檢測過程，列檢機器人從充電位出發(fā)，以一個單元為檢測對象，從車底、車側(cè)按規(guī)劃的順序檢測，沿檢測路徑采集圖像信息，并傳輸?shù)胶笈_進行處理分析，得到項點異常報告并將信息上傳。控制系統(tǒng)收到相關(guān)報告信息后，進行分析并發(fā)布到客戶終端（工業(yè)手機）上進行確認，操作員確認檢測信息后進行相關(guān)處理，并報送地鐵信息化系統(tǒng)。

巡檢機器人在現(xiàn)場安裝完成后，將處于自動運行狀態(tài)，由后臺進行統(tǒng)一的調(diào)度和指揮。結(jié)合人工確認的任務(wù)清單、車輛停靠窗口期、車輛及現(xiàn)場狀態(tài)決策工作內(nèi)容及方式。當機器人電量不足時，可以實現(xiàn)自動充電。

機器人數(shù)據(jù)采集過程中或采集完成后，會通報或匯總檢測的結(jié)果，發(fā)送給后臺檢修人員進行故障的確認和審核。

列檢機器人從車底檢修地溝（標高-1.400 m）移動到車側(cè)工作平面（標高-1.100 m）的過程由側(cè)面升降機輔助完成，對于一線兩列位的列檢作業(yè)，當其中一列位檢查完畢時，機器人需要從該列位的地溝升至軌頂面齊平的地面（標高±0.00 m），然后再降到另一列位的地溝中進行車底檢查作業(yè)，此過程由端部升降機來完成。機器人走行路徑見圖3。

3 智能列檢機器人的設(shè)計接口

為滿足智能列檢機器人在停車列檢庫內(nèi)順暢通行，實現(xiàn)自動化列檢作業(yè)，需要在相應(yīng)土建及機電設(shè)施進行設(shè)計時充分考慮相關(guān)接口，保證各專業(yè)對列檢機器人運行需求的支撐以及各專業(yè)之間的有效銜接，與智能列檢機器人存在接口關(guān)系的專業(yè)有建筑、結(jié)構(gòu)、軌道、車輛、動力照明、給排水、通信、信號。智能列檢機器人系統(tǒng)與相關(guān)專業(yè)之間的接口見圖4。

3.1 與建筑專業(yè)的接口

（1）需在運轉(zhuǎn)綜合樓或其他辦公用房內(nèi)設(shè)置列檢機器人機房，并滿足機柜的擺放條件。

（2）為保證機器人能在檢修地溝內(nèi)順利通行，地溝寬度應(yīng)滿足機器人的通過條件，并在地溝兩側(cè)面通行范圍內(nèi)預(yù)留型材安裝空間。

（3）為保證機器人能從地溝移動至側(cè)面，檢修地溝類型應(yīng)為柱式檢修地溝，兩地溝立柱之間的凈寬須能滿足機器人的通行，柱式檢修地溝立柱內(nèi)側(cè)間距不小于850 mm，柱式檢修地溝立柱高度不小于850 mm，檢修地溝底部與地面之間距離不超過350 mm。通行空間示意圖見圖5。

（4）檢修地溝底部地面應(yīng)平整，地面不應(yīng)有凹坑或者明顯凸臺，檢修地溝范圍內(nèi)地面高度差應(yīng)不大于20 mm。

（5）端部及側(cè)面升降機需根據(jù)其設(shè)備尺寸預(yù)留基礎(chǔ)坑，基坑周邊應(yīng)設(shè)置角鋼護邊，側(cè)面墻的垂直度不超過5 mm，基礎(chǔ)坑需做防水處理。

（6）與建筑專業(yè)的接口還包括：端部和側(cè)面升降機通信及電力線纜的預(yù)埋管、基坑內(nèi)積水坑及預(yù)埋排水管、無線AP、壁裝機柜以及充電機處沿立柱預(yù)埋網(wǎng)絡(luò)通信線管至橋架、檢修地溝內(nèi)地面做法、基坑內(nèi)側(cè)壁和底部面層做法等。

3.2 與結(jié)構(gòu)專業(yè)的接口

檢修地溝及車側(cè)作業(yè)地面的承載能力需考慮列檢機器人的動載荷（按重量不大于1 t，最大速度0.7 m/s 計算，地面垂直受力不小于4 500 kg/m2），同時端部和側(cè)面升降機基坑的承載力要求需滿足機器人和升降機的總重量。

3.3 與給排水專業(yè)的接口

（1）升降機基坑內(nèi)需設(shè)置排水設(shè)施，在端部升降機基坑底部設(shè)置地漏，在側(cè)面升降機兩側(cè)基坑處分別設(shè)有積水坑，并通過管道連接主排水管。

（2） 側(cè)面升降機的基礎(chǔ)位置應(yīng)避開位于軌道兩側(cè)用于接收列車空調(diào)冷凝水排放的基坑。

（3）檢修地溝底部的排水溝應(yīng)設(shè)在地溝兩側(cè)，避開機器人的走行面。

3.4 與動力照明專業(yè)的接口

（1）需為壁裝機柜、充電機提供電壓AC 220 V，功率2 ～10 kW 的電源。

（2）需為端部和側(cè)面升降機提供三相五線制電壓380 V、功率3 ～5 kW 的電源，升降機設(shè)備基礎(chǔ)需通過鍍鋅扁鋼接地線與大地相連，接地電阻小于2 Ω。

（3）在機房內(nèi)需設(shè)置AC 220 V、7 kW 的電源插座，供服務(wù)器、控制臺等終端設(shè)備的使用。

3.5 與通信專業(yè)的接口

（1）無線AP、壁裝機柜、充電機之間的通信連接為：線纜通過沿安裝在立柱向上的預(yù)埋管敷設(shè)，并通過橋架實現(xiàn)相互連接。

（2）壁裝機柜與升降機設(shè)備之間的通信連接為：線纜通過預(yù)埋在地下的鍍鋅鋼管進行連接。

（3）所有現(xiàn)場設(shè)備的通信線纜最終匯入通信電纜溝，并引至服務(wù)器機房，若機房設(shè)置于運轉(zhuǎn)綜合樓，則需在運用庫與運轉(zhuǎn)綜合樓之間預(yù)留室外通信管路，通信線纜通過該管路連接至運轉(zhuǎn)樓機房的機柜以及服務(wù)器等終端設(shè)備上，機房需預(yù)留光纜接入點以及網(wǎng)線接口（帶寬不小于3 MB，并分配2 個以上的固定IP）。

3.6 與信號專業(yè)的接口

相較于非自動化車輛基地，自動化車輛基地主要有以下兩點不同。

（1）自動化車輛基地由金屬圍蔽劃分隔離防護分區(qū)，列檢機器人作業(yè)之前除常規(guī)的“請點”之外，進入防護分區(qū)時還需要開啟信號SPKS 開關(guān)，以保障作業(yè)過程中的安全。作業(yè)結(jié)束后，需要關(guān)閉信號SPKS開關(guān)，再進行“銷點”，恢復(fù)列車全自動駕駛功能。

（2）自動化車輛基地運用庫檢修地溝內(nèi)設(shè)置有信號應(yīng)答器，傳統(tǒng)的固定式信號應(yīng)答器安裝機構(gòu)會阻礙列檢機器人的作業(yè)，需配置可變位的信號應(yīng)答器安裝機構(gòu)，并與DCC 或列檢機器人形成聯(lián)動。

對于作業(yè)分區(qū)防護問題，列檢機器人地面控制站四周應(yīng)設(shè)置金屬圍蔽及滑移門，滑移門設(shè)置門禁和SPKS 開關(guān)。列檢值班人員通過遠程控制平臺給機器人下發(fā)作業(yè)任務(wù)后，授權(quán)給相應(yīng)金屬圍蔽上的門禁系統(tǒng)開放權(quán)限，列檢機器人移動至滑移門處，開啟滑移門上SPKS 開關(guān)，此時隔離分區(qū)由“無人區(qū)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝腥藚^(qū)”，列檢機器人進入“有人區(qū)”進行列檢作業(yè)。作業(yè)結(jié)束后，列檢機器人回到地面控制站，關(guān)閉金屬圍蔽上的SPKS開關(guān)，隔離分區(qū)由“有人區(qū)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o人區(qū)”，機器人返回控制站進行充電。

對于應(yīng)答器沖突問題，自動化車輛基地運用庫內(nèi)的信號應(yīng)答器安裝于檢修地溝的軌道橋中央，距離鋼軌頂面通常為120mm 左右，傳統(tǒng)的安裝方式是采用一個從地面升起或者橫跨檢修地溝支撐裝置，將信號應(yīng)答器設(shè)置在合理的高度，見圖6。由于信號傳感器占據(jù)檢修地溝的空間較大，傳統(tǒng)的安裝方式為固定式安裝，會阻擋列檢作業(yè)人員或自動化檢修機器人在檢修地溝內(nèi)的通行。

基于檢修地溝的尺寸、列檢作業(yè)環(huán)境以及自動化車輛基地信號應(yīng)答器安裝機構(gòu)阻礙列檢機器人或列檢作業(yè)人員在地溝內(nèi)通行的現(xiàn)狀，利用柱式檢修地溝結(jié)構(gòu)柱之間的間隙，以鋼軌底面為安裝基礎(chǔ)，可設(shè)計一套可自動折疊的機構(gòu)，使應(yīng)答器可在水平位置（工作位置、常態(tài)）和垂直位置（非工作位置、折疊態(tài)）之間受控運動，既保證了常態(tài)下輔助精準停車的功能，又保障了檢修時通道的暢通性。信號應(yīng)答器變位機構(gòu)示意圖見圖7。

3.7 與車輛專業(yè)的接口

智能列檢機器人主要檢測列車車底及車側(cè)的設(shè)備情況，為避免在使用端部升降機對機器人進行抬升時與列車車鉤發(fā)生碰撞，車輛停車位置需滿足車鉤端部距離檢修地溝臺階的距離應(yīng)不小于1 000 mm。為實現(xiàn)列檢機器人的檢測范圍覆蓋到列車第一個轉(zhuǎn)向架的位置，司機登車梯的設(shè)置應(yīng)避開機器人運行范圍，或采用特殊設(shè)計，使得列檢機器人能在登車梯下方穿行[5]。

4 結(jié)語

智能列檢機器人能顯著提高地鐵車輛列檢作業(yè)的效率，減少人員配置，是實現(xiàn)列檢作業(yè)自動化、智能化的有效手段。結(jié)合本文研究分析可知，列檢機器人的招標范圍劃定包括機器人本體、輔助升降系統(tǒng)、機器人充電站、無線AP 等現(xiàn)場設(shè)備以及工業(yè)手機與客戶端軟件、控制與調(diào)度系統(tǒng)控制臺、故障識別引擎服務(wù)器等機房設(shè)備。在對相應(yīng)列檢設(shè)施進行土建、系統(tǒng)設(shè)計過程中，涉及專業(yè)眾多，接口復(fù)雜，本文基于智能列檢機器人的系統(tǒng)構(gòu)成以及作業(yè)流程，分析總結(jié)了列檢機器人與車輛基地各設(shè)計專業(yè)間的接口，提出了主要專業(yè)間的設(shè)計界面劃分，可為后續(xù)相關(guān)設(shè)計提供參考，為實現(xiàn)智慧車輛基地以及檢修作業(yè)的智能化奠定基礎(chǔ)。