一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车的制作方法

1.本发明涉及无砟轨道限位凹槽质量检测技术领域，尤其是涉及一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车。


背景技术：

2.随着现代化交通运输体系的不断完善，对高速铁路运营速度及列车舒适度提出了更高的要求；根据我国不同地势及环境，我国设计了不同种类的无砟轨道结构形式来满足运输需求；单元式无砟轨道由于结构稳定、安全性高、造价相对较低等优势在我国新建线路上被大量铺设。
3.单元式无砟轨道中轨道板(道床板)与梁体之间传力的主要结构是限位凹槽与凸台；经过现场调研发现，限位凹槽结构施工中受到混凝土水化热影响，在养护措施不当的情况下容易发生开裂、掉块等结构病害；同时过早脱模或脱模措施不当会使限位凹槽产生初始结构形变，使得凸台与凹槽间受力不均，在后期列车及温度荷载作用下产生结构破坏；使得轨道板产生纵横向位移；大大影响轨道结构安全。
4.目前限位凹槽施工质量监测主要依靠安全质量监测人员的目测，不但常常发生漏检和误检的情况，而且费时费力，主观性强，不利于客观评估轨道结构安全且限位凹槽的完备性数据不能被很好的记录与保存。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在限位凹槽施工质量监测主要依靠安全质量监测人员的目测，费时费力，主观性强的缺陷而提供一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车，包括箱体、滚轮和控制台，所述滚轮设置在箱体的底部，所述控制台安装在所述箱体上，所述箱体的底部依次连接有安装块、第三电机、转盘和传感器阵列，所述传感器阵列安装在所述转盘的侧面，所述传感器阵列包括多个薄膜压力传感器，所述第三电机驱动连接所述转盘；所述箱体的前端设有摄像头，所述第三电机、传感器阵列和摄像头均连接所述控制台；
8.所述控制台根据传感器阵列采集的接触回弹压力检测结果评估限位凹槽的质量，通过摄像头获取凹槽图像，并对该凹槽图像进行预处理后载入预先构建并训练好的神经网络模型中进行凹槽缺陷检测。
9.进一步地，所述安装块通过呈环形阵列分布的多个弹簧安装在所述箱体的底部，所述转盘的底部设有毛刷。
10.箱体下端的毛刷在第三电机和弹簧的作用下，可以对下端轨道表面进行旋转清理，弹簧可以使得毛刷可以紧贴地面，遇到凹陷处同样可以具有较好的清理效果，方便更有效的检测。
11.进一步地，所述摄像头连接有摄像头驱动组件，该摄像头驱动组件包括第二电机、转动柱、转动块、第一电机和安装板，所述箱体的前端内部设有第三安装槽，所述第二电机安装在该第三安装槽内，所述转动柱的一端连接所述第二电机的驱动端、另一端可转动连接所述转动块，所述第一电机安装在转动柱上，并驱动连接所述转动块，所述安装板连接在所述转动块远离所述转动柱的一端，所述摄像头安装在所述安装板上，所述第一电机和第二电机均连接所述控制台。
12.第一电机驱动转动块转动，实现摄像机的角度转变。摄像头在第二电机和第一电机的驱动下可以在全方位的空间内进行拍照。
13.进一步地，所述箱体的前端表面设有第一灯体，所述箱体的两侧表面均设有第二灯体，所述第一灯体和第二灯体均连接所述控制台。
14.第一灯体和第二灯体可以在提供照明效果。
15.进一步地，所述智能小车还设有除杂装置，该除杂装置安装在箱体内侧，所述箱体的底部设有通孔，所述箱体的一侧外部设有可转动的转动门，所述通孔正对所述除杂装置的吸入端，所述转动门正对所述除杂装置的杂物排放端，所述除杂装置连接所述控制台。
16.除杂装置可以通过通孔将箱体下端凹槽里的杂物吸入，打开转动门可以对杂物进行收集处理。
17.进一步地，所述箱体的顶部设有顶板，该顶板的上端设有太阳能电池板，所述顶板的底部通过多个支架安装在箱体的顶部，所述太阳能电池板连接所述控制台。
18.太阳能电池板可以有效的对箱体进行遮阳处理，并且可以充分利用太阳能带动装置内其他用电装置的运转。
19.进一步地，所述箱体的后端设有手柄。手柄方便使用者推动箱体。
20.进一步地，所述滚轮为自驱动滚轮，所述滚轮连接所述控制台。
21.进一步地，所述控制台包括控制板、电机驱动模块、无线网络模块和稳压电源模块，所述控制板分别连接所述电机驱动模块、无线网络模块和稳压电源模块。
22.进一步地，所述箱体内部设有为整个智能小车供电的电池。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
24.(1)本发明使用基于薄膜压力传感器和图像处理的方式替代人工检测。然而传统的图像处理方法很容易受到光照环境等因素的影响，因此选择卷积神经网络来处理图像问题，与人工检测方法和传统图像处理方法相比，该方法只需导入图片就能准确完成质量检测。
25.(2)本发明设置的太阳能电池板可以有效的对箱体进行遮阳处理，并且可以充分利用太阳能带动装置内其他用电装置的运转，箱体下端的毛刷在第三电机和弹簧的作用下，可以对下端轨道表面进行旋转清理，弹簧可以使得毛刷可以紧贴地面，遇到凹陷处同样可以具有较好的清理效果，方便更有效的检测。
26.(3)本发明设置的除杂装置可以通过通孔将箱体下端检测表面的杂物吸入，打开转动门可以对垃圾进行收集处理。
27.(4)本发明在箱体外侧设置的第一灯体和第二灯体可以在提供照明效果，为图片采集提供充足的光源，避免在进行图像处理时因光照和阴影等因素影响导致检测结果的可靠性较差。
附图说明
28.图1为本发明实施例中提供的一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车的三维立体示意图；
29.图2为本发明实施例中提供的一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车的主视示意图；
30.图3为本发明实施例中提供的一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车的仰视示意图；
31.图4为本发明实施例中提供的一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车的俯视示意图；
32.图5为本发明实施例中提供的一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车的侧视示意图；
33.图中，1、箱体，2、手柄，3、控制台，4、第一电机，5、摄像头，6、安装板，7、转动块，8、第一灯体，9、转动柱，10、第二灯体，11、第二安装槽，12、滚轮，13、第三安装槽，14、第二电机，15、转盘，16、毛刷，17、安装块，18、通孔，19、转动门，20、除杂装置，21、凹槽，22、弹簧，23、第一安装槽，24、第三电机，25、顶板，26、支架、27、太阳能电池板，28、传感器阵列。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
40.实施例1
41.本实施例提供一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车，包括箱体1、滚轮12和控制台3，滚轮12设置在箱体1的底部，控制台3安装在箱体1上，箱体1的底部依次连接有安装块17、第三电机24、转盘15和传感器阵列28，传感器阵列28安装在转盘15的侧面，传感器阵列28包括多个薄膜压力传感器，第三电机24驱动连接转盘15；箱体1的前端设有摄像头5，第三电机24、传感器阵列28和摄像头5均连接控制台3；
42.控制台3根据传感器阵列28采集的接触回弹压力检测结果评估限位凹槽的质量，通过摄像头5限位凹槽的缺陷图片，并将其转化为矩阵的像素值进行预处理，然后载入预先构建并训练好的神经网络模型中进行凹槽缺陷检测。
43.传感器阵列分布在可伸缩的气缸两侧，在转盘伸入待检测的凹槽之后，两侧扩张，对凹槽内壁做接触回弹压力检测，通过测得数值评估限位凹槽的质量。
44.通过与控制台3相连接的摄像头获取凹槽图像，将图像进行预处理最后训练cnn模型并进行缺陷检测。
45.本方案使用基于薄膜压力传感器和图像处理的方式替代人工检测。然而传统的图像处理方法很容易受到光照环境等因素的影响。因此选择卷积神经网络来处理图像问题。与人工检测方法和传统图像处理方法相比，该方法只需导入图片就能准确完成质量检测。
46.作为一种优选的实施方式，安装块17通过呈环形阵列分布的多个弹簧22安装在箱体1的底部，转盘15的底部设有毛刷16。
47.箱体1下端的毛刷16在第三电机24和弹簧22的作用下，可以对下端轨道表面进行旋转清理，弹簧22可以使得毛刷16可以紧贴地面，遇到凹陷处同样可以具有较好的清理效果，方便更有效的检测。
48.作为一种优选的实施方式，摄像头5连接有摄像头5驱动组件，该摄像头5驱动组件包括第二电机14、转动柱9、转动块7、第一电机4和安装板6，箱体1的前端内部设有第三安装槽13，第二电机14安装在该第三安装槽13内，转动柱9的一端连接第二电机14的驱动端、另一端可转动连接转动块7，第一电机4安装在转动柱9上，并驱动连接转动块7，安装板6连接在转动块7远离转动柱9的一端，摄像头5安装在安装板6上，第一电机4和第二电机14均连接控制台3。
49.第一电机4驱动转动块7转动，实现摄像机的角度转变。摄像头5在第二电机14和第一电机4的驱动下可以在全方位的空间内进行拍照。
50.作为一种优选的实施方式，箱体1的前端表面设有第一灯体8，箱体1的两侧表面均设有第二灯体10，第一灯体8和第二灯体10均连接控制台3。
51.第一灯体8和第二灯体10可以在提供照明效果，为图片采集提供充足的光源，避免在进行图像处理时因光照和阴影等因素影响导致检测结果的可靠性较差。
52.作为一种优选的实施方式，智能小车还设有除杂装置20，该除杂装置20安装在箱体1内侧，箱体1的底部设有通孔18，箱体1的一侧外部设有可转动的转动门19，通孔18正对除杂装置20的吸入端，转动门19正对除杂装置20的杂物排放端，除杂装置20连接控制台3。
53.除杂装置20可以通过通孔18将箱体1下端凹槽里的杂物吸入，打开转动门19可以对杂物进行收集处理。
54.作为一种优选的实施方式，箱体1的顶部设有顶板25，该顶板25的上端设有太阳能
电池板27，顶板25的底部通过多个支架26安装在箱体1的顶部，太阳能电池板27连接控制台3。
55.太阳能电池板27可以有效的对箱体1进行遮阳处理，并且可以充分利用太阳能带动装置内其他用电装置的运转。
56.作为一种优选的实施方式，箱体1的后端设有手柄2。
57.手柄2方便使用者推动箱体1。
58.作为一种优选的实施方式，滚轮12为自驱动滚轮，滚轮12连接控制台3。
59.作为一种优选的实施方式，控制台3包括控制板、电机驱动模块、无线网络模块和稳压电源模块，控制板分别连接电机驱动模块、无线网络模块和稳压电源模块。
60.本实施例中，无线网络模块为5g无线网络模块，使用5g将数据上传至铁路云端速度更快，控制板为树莓派控制板，其装载基于arm的linux操作系统，可以用python实现对gpio口的控制；电机驱动模块为l298n模块，树莓派使用l298n模块来驱动电机，可通过pwm控制enaenb实现调速，从而控制小车速度；5g无线网络模块模块用于将数据上传至铁路云端数据库；稳压电源模块用来给各个模块供电；摄像头为工业usb摄像头，设置在安装板上端并与树莓派连接，用于对限位凹槽进行图像的获取，输入人工智能深度学习进行分类；箱体1内部设有为整个智能小车供电的电池。
61.将上述优选的实施方式进行任意组合可以得到更优的实施方式，下面对一种最优的实施方式进行描述。
62.如图1-5所示，本实施例提供一种用于无砟轨道限位凹槽质量检测的智能小车，包括箱体1、控制台3、第一电机4、摄像头5、转动柱9、第二电机14、安装块17、除杂装置20和传感器阵列28，箱体1前端设置有第一安装槽23，第一安装槽23内部设置有第一灯体8，箱体1两侧设置有第二安装槽11，第二安装槽11内部设置有第二灯体10，第一灯体8和第二灯体10可以在提供照明效果，箱体1上端设置有控制台3，控制台3上表面一侧设置有手柄2，手柄2方便使用者推动箱体1，控制台3一侧设置有转动柱9，转动柱9上端设置有转动块7，转动柱9上端一侧设置有第一电机4，第一电机4与转动块7相适配，第一电机4驱动转动块7转动，实现摄像头5的角度转变，转动块7上端设置有安装板6，安装板6上端设置有摄像头5，箱体1内部设置有第三安装槽13，第三安装槽13内部设置有第二电机14，第二电机14与转动柱9下端相连接，箱体1中部下端设置有凹槽21，凹槽21内部设置有安装块17，安装块17与凹槽21之间设置有呈环形阵列分布的弹簧22，弹簧22的数量为三个，弹簧22可以保证毛刷16对地面的紧贴性，遇到凹处同样可以对凹壁和凹底进行清理，安装块17下端设置有第三电机24，第三电机24下端设置有转盘15，转盘15下端设置有毛刷16，箱体1上端设置有支架26，支架26上端设置有顶板25，顶板25上端设置有太阳能电池板27，转盘15两侧设置有传感器阵列28，太阳能电池板27可以有效的对箱体1进行遮阳处理，并且可以充分利用太阳能带动装置内其他用电装置的运转，传感器阵列28分布在气缸两侧，可以在转盘15伸入待检测的区域之后，两侧扩张，对凹槽的内壁进行检测，箱体1下端两侧设置有滚轮12，滚轮12与控制台3相适配，毛刷16可以对检测地面进行清理，滚轮12方便箱体1的移动，滚轮12由控制台3电动遥控驱动，箱体1下表面一侧设置有通孔18，通孔18上端设置有除杂装置20，箱体1一侧外壁设置有转动门19，转动门19与除杂装置20相适配，除杂装置20可以通过通孔18将箱体1下端凹槽里的杂物吸入，打开转动门19可以对杂物进行收集处理，如本领域技术人员所熟知的，第
一电机4、第二电机14和第三电机24的电机结构属于常规手段或者公知常识，在此就不再赘述。
63.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。