地鐵車輛基地智能列檢機器人設計接口研究與應用

孟鴻飛

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北 武漢 430063）

0 引言

在地鐵車輛的日常檢查作業中，列檢機器人的使用能提高地鐵車輛列檢效率和質量，降低人力投入[1-2]，隨著智慧運維理念的深入實施，采用智能列檢機器人代替人工作業將成為地鐵列檢作業的發展趨勢[3-4]。而智能列檢機器人系統在土建及各系統設計的過程中，涉及建筑、結構、給排水、動力照明、通信、信號等多個專業，列檢機器人與各專業之間的設計共享邊界稱為技術接口界面，只有加強協調與配合相關技術接口，才能保證智能列檢機器人系統的順利安裝和可靠運行，確保設備功能的實現。

本文從采用列檢機器人模式下地鐵車輛基地停車列檢線設計的角度，分析了地鐵智能列檢機器人與各專業間的設計接口內容以及界面劃分，對運用庫的土建及系統設計、機器人設備招標范圍的合理劃定具有重要參考意義。

1 智能列檢機器人系統構成

智能列檢機器人可對地鐵車輛車底及車側進行智能巡檢、智能識別、智能報警，通過數據分析及生成報表等手段，實現地鐵車輛日常巡檢的自動化，為長期分析車輛健康狀態提供數據基礎，一定程度上解決了車輛日檢作業對提高列檢質量和效率。

智能列檢機器人系統由硬件設備和軟件系統兩部分組成，硬件設備包括巡檢機器人、輔助升降裝置、充電機、壁裝機柜（無線AP）、智能手持機以及總控制機房設備等，軟件系統主要包括作業信息管理系統、MES 調度控制系統、圖像采集和傳輸系統、故障識別引擎、數據庫以及智能手持終端軟件，見圖1。智能列檢機器人車底及車側檢測場景見圖2。

其中，巡檢機器人由主體框架、AGV 動力裝置、機械臂、圖像采集設備以及安全防護裝置構成；輔助升降裝置用于實現機器人從檢修地溝到車側工作面的切換；充電機用于對巡檢機器人進行充電；壁裝機柜安裝于股道兩側的立柱上，并控制該側的無線AP（間隔安裝在立柱上），用于有線網和無線網之間的轉換，為機器人與機房之間提供通信連接；智能手持機能實現巡檢機器人的遠程控制、檢測結果的遠程查看等功能；總控制機房包括服務器機柜及操縱臺系統，是系統控制的中樞。

2 列檢作業流程分析

智能列檢機器人可通過圖像采集、機器視覺、人工智能技術等實現對車底和車側相關項點的檢測。當準備工作完成后，通過手持機啟動檢測過程，列檢機器人從充電位出發，以一個單元為檢測對象，從車底、車側按規劃的順序檢測，沿檢測路徑采集圖像信息，并傳輸到后臺進行處理分析，得到項點異常報告并將信息上傳。控制系統收到相關報告信息后，進行分析并發布到客戶終端（工業手機）上進行確認，操作員確認檢測信息后進行相關處理，并報送地鐵信息化系統。

巡檢機器人在現場安裝完成后，將處于自動運行狀態，由后臺進行統一的調度和指揮。結合人工確認的任務清單、車輛停靠窗口期、車輛及現場狀態決策工作內容及方式。當機器人電量不足時，可以實現自動充電。

機器人數據采集過程中或采集完成后，會通報或匯總檢測的結果，發送給后臺檢修人員進行故障的確認和審核。

列檢機器人從車底檢修地溝（標高-1.400 m）移動到車側工作平面（標高-1.100 m）的過程由側面升降機輔助完成，對于一線兩列位的列檢作業，當其中一列位檢查完畢時，機器人需要從該列位的地溝升至軌頂面齊平的地面（標高±0.00 m），然后再降到另一列位的地溝中進行車底檢查作業，此過程由端部升降機來完成。機器人走行路徑見圖3。

3 智能列檢機器人的設計接口

為滿足智能列檢機器人在停車列檢庫內順暢通行，實現自動化列檢作業，需要在相應土建及機電設施進行設計時充分考慮相關接口，保證各專業對列檢機器人運行需求的支撐以及各專業之間的有效銜接，與智能列檢機器人存在接口關系的專業有建筑、結構、軌道、車輛、動力照明、給排水、通信、信號。智能列檢機器人系統與相關專業之間的接口見圖4。

3.1 與建筑專業的接口

（1）需在運轉綜合樓或其他辦公用房內設置列檢機器人機房，并滿足機柜的擺放條件。

（2）為保證機器人能在檢修地溝內順利通行，地溝寬度應滿足機器人的通過條件，并在地溝兩側面通行范圍內預留型材安裝空間。

（3）為保證機器人能從地溝移動至側面，檢修地溝類型應為柱式檢修地溝，兩地溝立柱之間的凈寬須能滿足機器人的通行，柱式檢修地溝立柱內側間距不小于850 mm，柱式檢修地溝立柱高度不小于850 mm，檢修地溝底部與地面之間距離不超過350 mm。通行空間示意圖見圖5。

（4）檢修地溝底部地面應平整，地面不應有凹坑或者明顯凸臺，檢修地溝范圍內地面高度差應不大于20 mm。

（5）端部及側面升降機需根據其設備尺寸預留基礎坑，基坑周邊應設置角鋼護邊，側面墻的垂直度不超過5 mm，基礎坑需做防水處理。

（6）與建筑專業的接口還包括：端部和側面升降機通信及電力線纜的預埋管、基坑內積水坑及預埋排水管、無線AP、壁裝機柜以及充電機處沿立柱預埋網絡通信線管至橋架、檢修地溝內地面做法、基坑內側壁和底部面層做法等。

3.2 與結構專業的接口

檢修地溝及車側作業地面的承載能力需考慮列檢機器人的動載荷（按重量不大于1 t，最大速度0.7 m/s 計算，地面垂直受力不小于4 500 kg/m2），同時端部和側面升降機基坑的承載力要求需滿足機器人和升降機的總重量。

3.3 與給排水專業的接口

（1）升降機基坑內需設置排水設施，在端部升降機基坑底部設置地漏，在側面升降機兩側基坑處分別設有積水坑，并通過管道連接主排水管。

（2） 側面升降機的基礎位置應避開位于軌道兩側用于接收列車空調冷凝水排放的基坑。

（3）檢修地溝底部的排水溝應設在地溝兩側，避開機器人的走行面。

3.4 與動力照明專業的接口

（1）需為壁裝機柜、充電機提供電壓AC 220 V，功率2 ～10 kW 的電源。

（2）需為端部和側面升降機提供三相五線制電壓380 V、功率3 ～5 kW 的電源，升降機設備基礎需通過鍍鋅扁鋼接地線與大地相連，接地電阻小于2 Ω。

（3）在機房內需設置AC 220 V、7 kW 的電源插座，供服務器、控制臺等終端設備的使用。

3.5 與通信專業的接口

（1）無線AP、壁裝機柜、充電機之間的通信連接為：線纜通過沿安裝在立柱向上的預埋管敷設，并通過橋架實現相互連接。

（2）壁裝機柜與升降機設備之間的通信連接為：線纜通過預埋在地下的鍍鋅鋼管進行連接。

（3）所有現場設備的通信線纜最終匯入通信電纜溝，并引至服務器機房，若機房設置于運轉綜合樓，則需在運用庫與運轉綜合樓之間預留室外通信管路，通信線纜通過該管路連接至運轉樓機房的機柜以及服務器等終端設備上，機房需預留光纜接入點以及網線接口（帶寬不小于3 MB，并分配2 個以上的固定IP）。

3.6 與信號專業的接口

相較于非自動化車輛基地，自動化車輛基地主要有以下兩點不同。

（1）自動化車輛基地由金屬圍蔽劃分隔離防護分區，列檢機器人作業之前除常規的“請點”之外，進入防護分區時還需要開啟信號SPKS 開關，以保障作業過程中的安全。作業結束后，需要關閉信號SPKS開關，再進行“銷點”，恢復列車全自動駕駛功能。

（2）自動化車輛基地運用庫檢修地溝內設置有信號應答器，傳統的固定式信號應答器安裝機構會阻礙列檢機器人的作業，需配置可變位的信號應答器安裝機構，并與DCC 或列檢機器人形成聯動。

對于作業分區防護問題，列檢機器人地面控制站四周應設置金屬圍蔽及滑移門，滑移門設置門禁和SPKS 開關。列檢值班人員通過遠程控制平臺給機器人下發作業任務后，授權給相應金屬圍蔽上的門禁系統開放權限，列檢機器人移動至滑移門處，開啟滑移門上SPKS 開關，此時隔離分區由“無人區”轉變為“有人區”，列檢機器人進入“有人區”進行列檢作業。作業結束后，列檢機器人回到地面控制站，關閉金屬圍蔽上的SPKS開關，隔離分區由“有人區”轉變為“無人區”，機器人返回控制站進行充電。

對于應答器沖突問題，自動化車輛基地運用庫內的信號應答器安裝于檢修地溝的軌道橋中央，距離鋼軌頂面通常為120mm 左右，傳統的安裝方式是采用一個從地面升起或者橫跨檢修地溝支撐裝置，將信號應答器設置在合理的高度，見圖6。由于信號傳感器占據檢修地溝的空間較大，傳統的安裝方式為固定式安裝，會阻擋列檢作業人員或自動化檢修機器人在檢修地溝內的通行。

基于檢修地溝的尺寸、列檢作業環境以及自動化車輛基地信號應答器安裝機構阻礙列檢機器人或列檢作業人員在地溝內通行的現狀，利用柱式檢修地溝結構柱之間的間隙，以鋼軌底面為安裝基礎，可設計一套可自動折疊的機構，使應答器可在水平位置（工作位置、常態）和垂直位置（非工作位置、折疊態）之間受控運動，既保證了常態下輔助精準停車的功能，又保障了檢修時通道的暢通性。信號應答器變位機構示意圖見圖7。

3.7 與車輛專業的接口

智能列檢機器人主要檢測列車車底及車側的設備情況，為避免在使用端部升降機對機器人進行抬升時與列車車鉤發生碰撞，車輛停車位置需滿足車鉤端部距離檢修地溝臺階的距離應不小于1 000 mm。為實現列檢機器人的檢測范圍覆蓋到列車第一個轉向架的位置，司機登車梯的設置應避開機器人運行范圍，或采用特殊設計，使得列檢機器人能在登車梯下方穿行[5]。

4 結語

智能列檢機器人能顯著提高地鐵車輛列檢作業的效率，減少人員配置，是實現列檢作業自動化、智能化的有效手段。結合本文研究分析可知，列檢機器人的招標范圍劃定包括機器人本體、輔助升降系統、機器人充電站、無線AP 等現場設備以及工業手機與客戶端軟件、控制與調度系統控制臺、故障識別引擎服務器等機房設備。在對相應列檢設施進行土建、系統設計過程中，涉及專業眾多，接口復雜，本文基于智能列檢機器人的系統構成以及作業流程，分析總結了列檢機器人與車輛基地各設計專業間的接口，提出了主要專業間的設計界面劃分，可為后續相關設計提供參考，為實現智慧車輛基地以及檢修作業的智能化奠定基礎。