武汉高速铁路职业技能训练段湖北武汉430000
摘要：高铁机辆车底智能巡检机器人的投入使用,可以大幅度缩短轨道列车的检修时间,有利于减轻人工劳动强度、提高巡检的质量和效率,同意通过评审。机辆车底智能巡检机器人系统应用图像特征识别技术和机器深度学习技术,自动识别图像中体现的设备故障。具有先进的图像识别技术是否就能代替人工进行巡检作业,答案是否定的。
关键词：智能机器人；动车组检修；应用前景
1智能检测机器人组成
(1)6轴机械臂替代人的手臂。系统采用6轴机械臂,完全模拟人手臂操作将关键部件检测模块伸入到转向架内部,甚至可伸入到人工检测无法到达的位置。并对关键部位进行多角度抓拍扫描,形成完整的三维图像信息,通过特定识别算法实现关键部位故障识别。
(2)智能行走小车替代人的双脚。能实现对动车的位置自动跟踪定位。
(3)智能视觉替代人的眼睛。采用图像对比的方式检测动车故障,即将同一辆动车的当前车三维图和最近历史车三维图进行对比分析,从而获取当前车与历史车同一部位的图像变化信息。
(4)工业计算软件替代人的大脑。对图像信息的变化进行判断分析,从而达到检测动车故障的目的。为了进一步提高准确性,系统将会同时使用标准模型进行二次比对,比对完成后也将会参考TEDS或其他系统的数据记录,进一步提高故障判断的准确率。
2动车组检查作业范围及常见故障类型
动车组有一套完善的维修体系,是动车组设备达到规定的功能和技术状态的根本保证,是列车安全高效运行的前提。动车组修程分为五个级别,机辆车底智能巡检机器人系统进行的巡检作业属于一二级检修范围,一级检修也称为例行检查,是在运行整备状态下,进行易耗部件补充调整、对各部位部件进行检查,对偶发故障进行维修处理。二级检修是在一级修的基础上增加部分检修项目、扩大检修范围、提高检修程度,必要时停车使用进行维修作业。动车组运用检修中常见故障类型有:(1)视觉类故障,如制动闸片磨耗到限、防松铁丝断、渗油漏水、部件折断、螺栓松脱掉等。(2)嗅觉类故障,导线短路、高温烧损发出焦糊味道;减震器渗透液体味道;动物尸体腐臭味道;管道破损溢出粪便味道等。(3)听觉类故障,风管泄漏声音、液体喷射声音、部件摩擦、撞击声音等。(4)触觉类故障,局部温差、异常震动等。
3智能检修机器人在动车组检查过程中存在的不足分析
人工检查高速动车组时,依靠视觉检查发现零部件的缺损、擦伤、松动、超限等问题;依靠听觉判断不可视部位风管路泄露;依靠嗅觉判断设备过热、短路烧损情况;依靠触觉感知不可见部位油水的泄露。总之,人工检查高速动车组时,充分发挥人体的各项感觉器官功能,还有第六感官功能。智能检修机器人具有深度学习技术能力,但是没有听、嗅、触传感器,也无法完成这些人工可以完成的工作。
(1)智能检修机器人缺乏听觉能力,无法完成风管路泄露检查,特别是制动风管路的检查,大部分风管路都布置在裙板内不可见。
(2)智能检修机器人缺乏嗅觉能力,不能完成设备过热、烧损的检查。车下有很多风机、电机、电力干线,发生短路、烧损情况,发出糊味,人工可以凭嗅觉发现,智能检修机器人缺乏嗅觉能力无法发现。
(3)智能检修机器人缺乏触觉,不能感知温度等故障。如抗蛇行减震器活动部位渗油,外面有橡胶护套无法直接视察,人工可以通过手感发觉,智能检修机器人缺乏触觉能力无法发现。如防松铁丝在螺栓内部断裂,智能机器人也无法检查。
(4)由于线路环境原因,杂物、污物经常覆盖应检查部件或部位,人工可以手动清除杂物污物再检查。如增压缸、主空气压缩机的油窗被灰尘覆盖,接地碳刷观察窗被灰尘覆盖等,不能观察油位或碳刷磨耗情况时,人工用纱布擦拭观察窗再观察判断油位、碳刷磨耗是否符合要求。针对这类情况,智能机器人通过图像就会做出错误判断,需要人工确认,降低检修效率。
(5)由于目前线路环境还比较差,特别是既有线改造运行动车组,如京广线,经常发生纸巾、塑料布、纱布缠在夹钳、电机、联轴器等部位,影响列车制动、电机散热、车轴的转动等,在检查时必须人工清理。智能机器人对于这类问题恐怕无能为力。
4智能检修机器人不足之处解决办法
在很多工厂流水线上或一些岗位上的机器人,能够很好完成该岗位工作,充分发挥机器人专一、快速、准确、不受情绪、时间、温度影响的特点,较好提高劳动效率和劳动质量。而动车组巡检作业相对复杂:检查范围广、故障类型多、检查手段各种各样,智能机器人完成动车组全面巡检作业有难度。将智能机器人的检查范围缩小,形成专项检查机器人,如螺栓检查机器人、风管泄露检查机器人、油位检查机器人等,就能发挥机器人的特长,在保证安全的前提下,真正提高检查质量和劳动效率,降低人工劳动强度。
5智能检测机器人的主要功能与实际应用
5.1安全防护功能
车底检修机器人系统前、后方各安装一个区域障碍扫描装置,同时在机械臂中安装有机器人防碰撞器。区域障碍扫描装置可扫描前后方角度270°、距离20m的障碍物,当障碍物在范围内将会报警;距离3m时会紧急制动检测车,保证人员安全。
5.2三维信息采集功能
三维图像采集模块通过激光照射到被测物体时的3D成像规律,计算出被测物体的三维信息。用于扫描列车底部可视部件,包含车体底部及中间连接部。
5.3关键部位多角度检测功能
关键部位多角度检测功能中,系统采用6轴机械臂,完全模拟人手臂操作将关键部件检测模块伸入到转向架内部,甚至可伸入到人工检测无法到达的位置。并对关键部位进行多角度抓拍扫描,形成完整的三维图像信息,通过特定识别算法实现关键部位故障识别。
5.4标准模型生成功能
系统根据高精度定位模块定位关键部位范围,再通过向量机技术自动识别各种状态下的关键部件,并生成标准模型。
5.5针对性分类检测功能
系统拍摄范围是依据《CRH380B一级检修作业指导书》内容进行规划,因此作业指导书中的指定部件均能在图片中找到相应的位置。同时,根据作业指导书中的检修规程,制定了每张图像的不同检测方法及检测内容。
5.6数据交互及综合评级功能
系统可自动接收、推送TEDS、列车信息化系统等其他系统数据,根据其他系统的数据用于辅助判断故障类型及等级。系统识别出的每一个部件都会根据图像变化量生成一个可信度权数,当可信度权数达到一定阈值后将会自动报警。并且,系统会主动分析TEDS数据、检修历史记录数据以及同车型的横向数据记录,结合各系统的数据记录进行综合计算,形成最终可信度权数。通过此方式可提高报警的准确性,提高列车故障的预防功能。
5.7图像故障自动识别功能
系统主要采用图像对比的方式检测动车故障,即将同一辆动车的当前车三维图和最近历史车三维模型进行对比分析,从而获取当前车与历史车同一部位的图像变化信息,通过分析图像信息的变化进行判断,从而达到检测动车故障的目的。为了进一步提高准确性,系统将会同时使用标准模型进行二次比对,比对完成后也将会参考TEDS或其他系统的数据记录,进一步提高故障判断的准确率。
结论
机辆车底智能巡检机器人系统如果在功能结构上完善、检修范围上细化,充分发挥机器人高技术的优势,会在高速动车组的运输中发挥重要作用。
参考文献：
[1].动车组检修技术(高铁装备制造技术)专业群[J].工业技术与职业教育,2019,17(02):2+93.
[2]王华胜,张庆华,王靖,艾厚溥.动车组检修备件管理优化研究[J].铁道机车车辆,2019,39(02):63-66.