智能高铁轨道巡检机器人

王大伟

摘 要：智能高铁轨道巡检机器人是利用激光雷达进行测距，对高铁轨道与站台之间距离进行测量的装置，主要的技术核心为大范围高精度测量、与手持机实时通讯、在铁轨上自动行走等。

关键词：激光测距;轨道巡检

1、引言

在高速铁路不断发展的进程中，列车对轨道的要求越来越极致，从材质到规格的精度都达到了各个领域的最顶尖的级别。铁路轨道和站台由于热胀冷缩带来的挤压与拉扯，会导致轨道与站台之间的距离发生变化。一旦列车行驶在如此状态的轨道上，极其有可能发生剐蹭站台的现象，甚至出现列车脱轨的惨剧。因此对这段距离的检测就显得至关重要因此我团队设计了能够检测铁轨与站台之间距离的智能高铁轨道巡檢机器人。

2、作品介绍

2.1作品设计、发明的目的

解决高铁轨道到站台距离精确测量问题

2.2基本思想

智能高铁轨道巡检机器人是利用激光雷达进行测距，使底盘在铁轨上以一定速度行驶。激光雷达每隔一定距离进行测距采样。设计的目的就是要改进传统用人工和大直角尺测量的不精确以及时间长工作量大等缺点。

2.3技术关键

（1）移动测量测量范围以及测量精度

（2）强度与便携性

（3）恶劣环境中正常工作

（4）弯道测量问题

2.4主要技术指标

行走速度：0.2m/s-1m/s，距离测量范围：100mm-2500mm，误差±1mm。采用手持机无线操控。所有操作均可由手持机PDA实现。并且具有可显示当前测量实时数据等功能。在低温-30℃，高温50℃均可持续工作4小时。

3、创新点

3.1硬件技术

我们采用了激光雷达来代替传统的刻度尺，通过采样运算，能够精准的测量所需的数据，并且为了防止在使用电子陀螺仪进行角度补偿时出现因为温飘（传感器因为的温度变化导致的精度变化）造成数据不稳定的情况，我团队采用了自制的温度补偿系统来保证传感器的工作。并且期待能够配合机器人测的行走距离来对当前的被测站台进行实施建模，相比于参照感微弱的数据，模型更加简洁、直观。为了满足实时建模的要求，我们设计了精确到毫米级别的直接按测距系统，通过外挂编码器与橡胶轮连接的方式进行测距功能的基本实现，通过悬挂系统防止出现与接触面分离的情况。解决了以往测距难、测距不准的问题。

3.2在软件技术层面，采用PID控制、卡尔曼滤波等算法采集、处理数据，通过4G无线模块等途径将数据传输到远程终端，并在远程端为了所诉数据定制了数据库系统，方便数据的查验。

4、结论

综上，我们团队可以说是通过机械与软件的配合，将智能高铁轨道巡检机器人从一个具有高精度测距功能的机器人变成了一个物联网终端。为铁路轨道的巡检工作的智能化做出了努力，并拿出了一个简洁，可行的方案。（指导教师：毕明雪）

参考文献

[1]机械设计 孔凌嘉，王晓力，王文中，北京理工大学出版社，2018.09

[2]单片机原理及其接口技术 胡汉才，人民邮电出版社，2018.2

[3]空间目标激光测距技术及应用 赵春梅等，科学出版社，2016.5

[4]高速铁路轨道构造与维护 李建平 中南大学出版社有限责任公司 2014.12

[5]计算机算法 霍洛维兹，萨尼，拉贾瑟克雷恩，清华大学出版社 2015.02