1.一种高速列车车底巡检机器人,其特征在于:包括避障小车、蓄电池、WiFi模块、STM32最小系统板、DSP最小系统板、电磁超声电路板、二自由度视频云台、高清摄像头、四自由度机械臂、红外测距传感器、电磁超声列阵,蓄电池、WiFi模块、STM32最小系统板、DSP最小系统板、电磁超声电路板、二自由度视频云台、四自由度机械臂均安装在避障小车顶端,高清摄像头安装在二自由度视频云台上,红外测距传感器和电磁超声列阵安装在四自由度机械臂上,WiFi模块与高清摄像头、STM32最小系统板进行电性连接,与PC机建立无线连接,由STM32最小系统板控制你避障小车前往高速列车车底,再控制二自由度视频云台旋转带动高清摄像头转动并采集需要检测的零部件图片,并发送至DSP最小系统板进行图像识别计算,判断出零部件表面是否存在裂纹或其他异物,并通过WiFi模块将采集到的图像信息实时传输至铁路有关部门的PC机上,在PC机上设置有控制巡检机器人运行的上位机,用于显示高清摄像头采集到的图像信息,工作人员根据该图像信息,通过上位机向STM32最小系统板发送指令来控制避障小车的移动方向及二自由度视频云台、四自由度机械臂的转动,使巡检机器人移动到需要检测的零部件处对该零部件进行检测,电磁超声电路板控制电磁超声列阵向被测零部件发射电磁超声波,并对返回来的超声波信息号进行处理,传送至DSP最小系统板,在DSP最小系统板中分析出被测零部件内部是否存在缺陷,红外测距传感器用于检测四自由度机械臂上部分距离被测零部件的距离,使得四自由度机械臂与被测零部件之间保持一定的距离,防止四自由度机械臂敲击被测零部件,DSP最小系统板中每识别出一个零部件的故障信息就会将图像识别到的信息和电磁超声列阵识别到的信息对应起来传输至STM32最小系统板,由STM32最小系统板控制WiFi模块传输至PC机,在PC机的上位机上显示报警信息,提醒工作人员该零部件需要检修。
2.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述四自由度机械臂上设有塑料壳,所述塑料壳上设有电磁超声列阵和红外线测距传感器,电磁超声列阵用于检测车底零部件的内部损伤,红外线测距传感器用于检测塑料壳与被测零部件之间的距离,并将检测到的信息发送至STM32最小系统板进行计算,当计算出塑料壳与被测零部件之间的距离为预设值时,STM32最小系统板控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机停止工作,通过电磁超声列阵对零部件进行检测,通过STM32最小系统板控制直流电机转动,使得避障小车带动电磁超声列阵对被测零部件进行移动检测。
3.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述电磁超声列阵由多个电磁超声传感器组成,电磁超声传感器包括激励换能器、永磁铁、接收换能器,在激励换能器上产生交变磁场,并在被测零部件上产生感应涡流,永磁铁向感应涡流外加一个磁场,在外加磁场的作用下会受到洛伦兹力的作用产生电磁超声,电磁超声进入被测零部件后反射回来被接收换能器接收到,根据接收换能器接收到的超声波的特征,以判断出被测零部件内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
4.根据权利要求2所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述塑料壳上设有电磁超声传感器放置孔,用于放置电磁超声传感器。
5.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述电磁超声电路板上设有电磁超声激励电路、电磁超声接收电路,电磁超声激励电路包括升压稳压电路、全桥逆变电路、激励阻抗匹配电路,用于给激励换能器提供脉冲,电磁超声接收电路包括降压稳压电路、接收阻抗匹配电路、差分放大电路、滤波处理电路、A/D转换电路,其中升压稳压电路将蓄电池输出的电能进行升压处理,得到能够使激励换能器产生高压的激励脉冲,由DSP最小系统板控制全桥逆变电路将升压稳压电路的输出电压转换成高压高频的激励脉冲,经过激励阻抗匹配电路处理后传到激励换能器中,此外在电磁超声接收电路上设有一个接收阻抗匹配电路,通过差分放大电路将接收到的信号进行放大处理,再通过滤波处理电路滤除杂波,经过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后传输至DSP最小系统板进行处理计算,进而计算出被测零部件是否存在缺陷以及缺陷特征。
6.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述高清摄像头采集到的图像传输至DSP最小系统板进行图像识别,依次经过图像灰度化处理、图像滤波、图像分割、特征提取后,利用BP神经网络训练出高速列车车底零部件分类器,当高清摄像头再次采集被测零部件传输至DSP最小系统板时,即可被DSP最小系统板识别出是哪一个零部件,通过像素积分投影法识别出零部件外表是否存在裂纹或其他异物。
7.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述避障小车包括车架、主动轮、履带、从动轮、直流电机、位移传感器、超声波测距传感器,主动轮和从动轮安装在履带内,两个相同的直流电机安装在车架下,且直流电机的输出轴与主动轮连接,由STM32最小系统板控制直流电机转动,直流电机为主动轮传动,主动轮带动着履带移动,从动轮用于辅助主动轮带动履带转动,超声波测距传感器安装在车架前端,用于检测车架与前方障碍物之间的距离,并将检测到得信息传输至STM32最小系统板进行处理,计算出避障小车与障碍物之间的距离,当这个距离低于预设距离时,STM32最小系统板控制直流电机停止转动,使得避障小车停下来,由PC机上的位机向STM32最小系统板发送指令来控制两个直流电机的转速来实现避障小车的转向和移动方向,位移传感器安装在车架上,用于检测避障小车行走的位移,并将检测到的信息传输至STM32最小系统板,STM32最小系统板计算出避障小车移动的位移,控制WiFi模块向PC机发送避障小车当前所在的位置,并显示在上位机上。
8.根据权利要求2所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述的四自由度机械臂包括第一U型支架、第一舵机、金属连接件、第二U型支架、第二舵机、第三舵机、第四舵机,第一舵机的输出轴安装在第一U型支架上,负责前后方向的移动,第二U型支架与第一舵机之间采用金属连接件进行连接,第二舵机的输出轴安装在第二U型支架上,负责前后方向的移动,第三舵机与第二舵机之间采用金属连接件进行连接,塑料壳与第三舵机的输出轴之间采用金属连接件进行连接,第三舵机带动塑料壳在水平方向上旋转,通过第四舵机的输出轴将两块相同的塑料壳连接在一起,第四舵机控制两块塑料壳之间的夹角,通过电磁超声列阵针对不同的被测零部件形状进行检测,由STM32最小系统板控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机的转动来带动塑料壳上的电磁超声列阵贴近被测零部件进行检测。
9.根据权利要求1所述的高速列车车底巡检机器人,其特征在于:所述二自由度视频云台包括第三U型支架、第五舵机、金属连接件、第六舵机、LED灯、高清摄像头,第三U型支架安装在车架上,第五舵机的输出轴安装在第三U型支架上,用于控制高清摄像头前后方向的移动,第六舵机与第五舵机之间采用金属连接件进行连接,LED灯和高清摄像头安装在第六舵机的输出轴上,由第六舵机带动着LED灯和高清摄像头转动,LED灯用于为高清摄像头补光,高清摄像头采集到的图像传输至DSP最小系统板进行图像识别,在DSP最小系统板中识别出被测零部件的表面裂纹和异物,并通过WiFi模块向PC机发送采集到的图像信息,在上位机上显示出来。