[發明專利]一種軌道病害巡檢機器人系統及控制方法

有效

• 申請號: 201910669771.2
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110341749B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 肖曉暉;朱丹;高霄;張峻嶺;張浩;周明翔;湯自林
• 申請（專利權）人: 武漢大學;中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: B61K9/10
• 分類號: B61K9/10;B61D15/12;G06N5/04;G06T7/73;G06T7/00;G05D1/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種軌道病害巡檢機器人系統，其特征在于，包括

定位模塊：用于確定巡檢機器人在軌道上的相對位置；

驅動模塊：用于驅動巡檢機器人在軌道上前后運動；

檢測模塊：用于獲取軌道和隧道圖像信息、對隧道進行三維重建和缺陷檢測、以及對軌道焊縫進行檢測；

同時與定位模塊、驅動模塊以及檢測模塊連接的巡檢平臺:用于搭載定位模塊、驅動模塊以及檢測模塊，作為整體支架；

同時與定位模塊、驅動模塊以及檢測模塊連接的控制模塊:用于規劃相應的動作序列，控制定位模塊、驅動模塊以及檢測模塊協調工作；

所述檢測模塊包括同時與控制模塊連接的攝像頭、激光雷達、超聲探頭，以及與驅動模塊連接的光電編碼器；定位模塊包括同時與控制模塊通信的里程計和全站儀，驅動模塊包括，下位機驅動和直流伺服電機；

所述控制模塊包括：

特征識別信息處理單元：用于特征信息匹配，確定障礙物或被巡檢設備的類型，并將結果推送給推理機；

推理機：用于結合行為規則庫的知識獲取預先規劃好的行為目標；

控制規則集：用于結合規則解釋庫將行為目標解釋為具體的動作序列；

動作序列：用于指定驅動模塊和檢測模塊的一系列動作；

知識庫：用于存儲線路相關信息，包括初始知識庫和動態知識庫，初始知識庫為人工提前勘測得到軌道線路信息；動態知識庫包括隧道變形過大、焊縫有裂紋；

規則庫：用于存儲特征信息對應的行為規則和動作序列，包括行為規則庫和規則解釋庫，行為規則庫具有特征信息對應的行為規則，規則解釋庫具有行為規則對應的動作序列。

2.一種軌道病害巡檢機器人系統控制方法，其特征在于，包括：

步驟1，機器人巡檢遇到被巡檢特征時，通過檢測模塊和定位模塊獲取特征信息,并將特征信息反饋至知識庫，并進行特征信息匹配，將處理得到后的信息推送至推理機；

步驟2，推理機結合行為規則庫知識，得到巡檢機器人的線上動作命令和預先規劃好的行為目標；

步驟3，通過控制規則集結合規則解釋庫知識，將上述步驟2得到的線上動作命令解釋為具體的行為動作序列，作為巡檢機器人下位機驅動模塊的信息輸入；

步驟4，由下位機驅動模塊發送指令驅動執行電機完成對應的行為動作；一條動作序列執行過程中控制模塊通過檢測模塊檢測是否到達當前時刻應該到的狀態，如果沒有到達應有狀態，則調整控制參數；當一條動作序列執行完畢后，控制模塊通過檢測模塊再次獲得機器人此時運動狀態的反饋信息，判斷是否完成預期行為：若達到預期行為目標則繼續執行接下來的巡檢任務；若未達到預期行為目標，重新規劃和執行。

3.根據權利要求2所述的一種軌道病害巡檢機器人系統控制方法，其特征在于，包括：步驟1中，將特征信息反饋至知識庫中的反饋包括外環反饋、中間反饋；

外環反饋包括定位模塊反饋和檢測模塊反饋，所述定位模塊用于獲得軌道病害巡檢機器人位置信息，反饋給知識庫；檢測模塊用于對焊縫、隧道被巡檢特征信息的采集，主控制器根據反饋信息和行為規則庫以及規則解釋庫中的信息進行比較，判斷執行規劃動作；中間反饋包括光電編碼器反饋，光電編碼器用于檢測巡檢機器人動作執行是否到位，對執行電機的運行進行檢測，檢測巡檢機器人執行電機運動過程中電流、轉速、位置參數信息；巡檢機器人借助外環反饋和中間反饋，并利用控制算法，實現巡檢機器人的自主運動控制，達到機器代人的最終目標。

4.根據權利要求3所述的一種軌道病害巡檢機器人系統控制方法，其特征在于，步驟1中，規則庫包括行為規則庫和規則解釋庫；初始知識庫由線路長度、焊縫位置、線路坡度、故障多發段、線路拐彎度組成，通過人工勘測提前得知；對于機器人的突發狀況、路徑有障礙物、焊縫有裂紋、隧道變形超過限制組成動態知識庫，具有不可預知的狀況，會對機器人的操作產生影響，需要實時更新；所述行為規則庫是針對知識庫做的提前規劃，確定對應的行為規則，再根據宏觀的行為規則對需要完成的具體動作經由規則庫解釋庫形成最終的電機執行動作；知識庫隨著軌道病害巡檢機器人巡檢不斷更新，增加新的內容或者變更已有內容，以適應更多的狀況，知識庫包括初始知識庫和動態知識庫。