CN106289820A - 用于轨道车辆集成的柔性验证设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于轨道车辆集成的柔性验证设备，涉及轨道车辆的验证技术。所述用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，包括：底座，所述底座上安装有至少一个龙门框架，所述龙门框架能够沿所述底座的长度方向滑动；所述龙门框架上安装有多个机械手，所述机械手能够相对于所述龙门框架沿垂直于所述底座的长度方向滑动，所述机械手的手部还能够相对于所述龙门框架垂直运动和转动。通过所述龙门框架沿所述底座的滑动实现车体长度方向的变换，通过所述机械手的运动实现车体宽度、高度以及安装点角度的空间变换，也即实现了轨道车辆的车体结构的柔性化变换功能，能够满足多种尺寸的车体的验证，大大节约了制造商的成本。

Description

用于轨道车辆集成的柔性验证设备

技术领域

本发明涉及轨道车辆的验证技术，尤其涉及一种用于轨道车辆集成的柔性验证设备。

背景技术

轨道车辆系统总装需要将地板、墙板、顶板、布线、车辆内饰、门窗、车顶设施、车内设施以及车下设施集成安装在车体上，其中涉及大量零部件组装工作，使得车体的接口数量巨大。因此，在产品研发阶段，通常要对整车及接口进行验证。

传统的验证方法是通过三维软件进行建模，然后将三维模型整体装配后，进行系统集成的工艺设计，搭建制造平台生产产品，其结构合理性、内饰效果、接口准确性、方法合理性只能通过经验或者仿真手段进行验证修正，然而，通过三维仿真系统化分析前期时间投入巨大，也不可避免的发生遗漏。近年来，国内外轨道车辆制造商纷纷通过制造木模型、金属框架模型来验证集成结构合理性。

其中，制造木质模型是根据产品三维设计结构，拼装木质三维筒形框架，按照车辆准确的安装接口空间尺寸，在木质框架上安装支架、支撑梁、骨架等车辆部件安装位置接口，也即搭建了一套模拟车体骨架结构，然后将需要验证的样件按照预先设计的工艺，逐一安装集成，实现结构合理性、接口准确性、内饰效果以及方法合理性的验证工作。

制造金属骨架模型与木质模型类似，是焊接一套与产品车体结构相同的金属框架，按照根据产品三维设计结构，焊接或者安装支架、支撑梁、骨架等车辆部件安装位置接口，形成骨架车体结构，验证系统集成后整车效果和接口。

然而，由于轨道车辆的尺寸较大，类型较多，不同的类型具有不同的尺寸，木质模型和金属骨架模型均存在较高的制造成本，且制作模型占用空间较大，模型的拆解再利用可行性较差，模型制作投入的生产成本也较高，对于制造企业存在较大的浪费。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于轨道车辆集成的柔性验证设备，能够模拟不同车体的长、宽、高和安装点空间角度，大大节约了制造商的成本。

本发明提供一种用于轨道车辆集成的柔性验证设备，包括：底座，所述底座上安装有至少一个龙门框架，所述龙门框架能够沿所述底座的长度方向滑动；所述龙门框架上安装有多个机械手，所述机械手能够相对于所述龙门框架沿垂直于所述底座的长度方向滑动，所述机械手的手部还能够相对于所述龙门框架垂直运动和转动。

进一步地，所述龙门框架包括：两个平行的立柱，两个所述立柱的底端都设有滑动部以及齿轮，所述滑动部用于与所述底座滑动连接，所述齿轮与伺服电机连接，所述齿轮用于与所述底座上的齿条啮合，以通过所述伺服电机驱动所述齿轮沿齿条移动。

进一步地，两个所述立柱的顶端连接有第一横梁，所述立柱和第一横梁上均设有两条第一直线导轨，所述第一直线导轨用于引导所述机械手滑动。

进一步地，所述机械手包括：三层钢板座；其中，第一层钢板座上设有第一滑块，所述第一滑块与所述第一直线导轨配合，所述第一滑块与第一驱动件连接，以使所述第一驱动件驱动所述第一滑块沿所述第一直线导轨滑动；第二层钢板座包括第二直线导轨，所述第三导轨垂直于相应的所述第二导轨设置，所述第二直线导轨与所述第一钢板座上的第二滑块配合，所述第二直线导轨连接有第二驱动件，以使所述第二驱动件驱动所述第二直线导轨沿第二滑块滑动；所述第三层钢板包括第三直线导轨，所述第三直线导轨与所述第二钢板座上的第三滑块配合，所述第三直线导轨与第三驱动件连接，且所述第三层钢板上朝向另一立柱的一端设有曲轴机构，所述曲轴机构用于将所述第三直线导轨与所述第三滑块的直线运动转化为角度运动；所述曲轴机构朝向另一立柱的一端设有所述机械手的手部，所述机械手的手部为C型槽。

进一步地，所述立柱上还设有垂直抱紧机构，所述垂直抱紧机构用于保持所述三层钢板座与所述立柱垂直。

进一步地，所述底座包括相互平行设置的第四直线导轨，所述第四直线导轨与所述龙门框架的立柱底端的滑动部配合，以引导所述龙门框架滑动；每条所述第四直线导轨均设有与所述第四直线导轨平行的所述齿条。

进一步地，所述底座包括两组U型梁，所述U型梁的顶面设有所述第四直线导轨，两组所述U型梁之间连接有多个第二横梁。

进一步地，每个所述第二横梁上均匀设有至少两个高度调整机构，高度调整机构用于对车体调平；所述底座的底端设有垫铁。

进一步地，每个所述龙门框架的所述伺服电机均连接有副控制器，每个所述副控制器均与主控制器连接，所述主控制器与人机交互装置连接，所述人机交互装置用于接收所述机械手的手部的位置信息和所述龙门框架的间距信息，所述主控制器用于根据所述间距信息控制各个所述龙门框架的运动及位置，所述副控制器用于根据所述位置信息控制所述龙门框架上各个机械手的运动及位置，所述副控制器与第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件连接。

进一步地，每个所述龙门框架上还设有用于检测所述伺服电机转速的转速检测装置，所述转速检测装置与所述副控制器或者主控制器连接，以使所述主控制器根据所述转速检测装置检测的转速对所述伺服电机进行校准；每个所述机械手上设有距离检测装置，所述距离检测装置用于检测所述机械手相对于所述龙门框架的移动距离，所述距离检测装置与所述副控制器连接，以使所述副控制器根据所述距离检测装置检测的移动距离对所述机械手的手部位置进行校准。

本发明提供的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，通过所述龙门框架沿所述底座的滑动实现车体长度方向的变换，通过所述机械手的运动实现车体宽度、高度以及安装点角度的空间变换，也即实现了轨道车辆的车体结构的柔性化变换功能，能够满足多种尺寸的车体的验证，大大节约了制造商的成本。

附图说明

图1为本发明实施例用于轨道车辆集成的柔性验证设备的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例用于轨道车辆集成的柔性验证设备应用于车体断面变形的示意图。

其中，10-底座；11-U型梁；12-第二横梁；13-高度调整机构；14-垫铁；20-龙门框架；21-立柱；22-第一横梁；30-机械手；31-手部。

具体实施方式

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。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、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至少一个该特征。

图1为本发明实施例用于轨道车辆集成的柔性验证设备的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为本发明实施例用于轨道车辆集成的柔性验证设备应用于车体断面变形的示意图。

请参照图1-3，本实施例提供一种用于轨道车辆集成的柔性验证设备，包括：底座10，底座10上安装有至少一个龙门框架20，龙门框架20能够沿底座10的长度方向滑动；龙门框架20上安装有多个机械手30，机械手30能够相对于龙门框架20沿垂直于底座10的长度方向滑动，机械手30的手部31还能够相对于龙门框架20转动。

为了便于描述，建立车辆坐标系，其中，车体长度方向为X方向，车体宽度方向为Y方向，车体高度方向为Z方向，车体内安装点即C型槽的角度定义为α角度。车辆内装部件全部安装在车体的C型槽内，建立车辆坐标系之后，C型槽在车辆断面的坐标系中有了相对位置；一般地，车辆断面内的C型槽数量在10-19组之间。

具体地，龙门框架20和机械手30的数量可以根据实际需要进行设置。底座10上可以安装有9个龙门框架20，根据不同车体的长度需求，将9个龙门框架20沿底座10的长度方向任意滑动定位，实现X方向的变换；其中，底座10的长度可以为28米，也即本实施例可以适用于9-28米长的车体。龙门框架20可以用于模拟车辆断面，龙门框架20上机械手30的手部31用于模拟车体内安装点，机械手30的手部31用于安装车辆内装部件，机械手30的手部31具有承载150kg的能力，用于轨道车辆集成的柔性验证设备可以包括21个机械手30；通过机械手30沿垂直于底座10的长度方向的滑动可以实现车辆断面内C型槽在Y、Z方向的变换，机械手30的手部31的转动可以实现车辆断面内C型槽的α角度的变换。

本实施例提供的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，通过龙门框架20沿底座10的滑动实现车体长度方向的变换，通过机械手30的运动实现车体宽度、高度以及安装点角度的空间变换，也即实现了轨道车辆的车体结构的柔性化变换功能，能够满足多种尺寸的车体的验证，大大节约了制造商的成本。

进一步地，龙门框架20包括：两个平行的立柱21，两个立柱21的底端都设有滑动部以及齿轮，滑动部用于与底座10滑动连接，齿轮与伺服电机连接，齿轮用于与底座10上的齿条啮合，以通过伺服电机驱动齿轮沿齿条移动；两个立柱21的顶端连接有第一横梁22，立柱21和第一横梁22上均设有两条第一直线导轨，第一直线导轨用于引导机械手30滑动。

其中，立柱21和第一横梁22上都安装有机械手30，用于模拟车体断面不同位置的安装点。立柱21上的第一直线导轨与立柱21的长度方向平行，第一横梁22上的第一直线导轨与第一横梁22的长度方向平行。立柱21和第一横梁22均可以采用350mm方钢管焊接而成，立柱21和第一横梁22可以螺接或者焊接。

进一步地，机械手30包括：三层钢板座。第一层钢板座上设有第一滑块，第一滑块与第一直线导轨配合，第一滑块与第一驱动件连接，以使第一驱动件驱动第一滑块沿第一直线导轨滑动。对于立柱21上的机械手30，第一滑块沿第一直线导轨滑动实现的是Z方向的变换，对于第一横梁22上的机械手30，第一滑块沿第一直线导轨滑动实现的是Y方向的变换。第一直线导轨可以为智慧型导轨，能够自动测量第一滑块移动距离。

第二层钢板座包括第二直线导轨，第三导轨垂直于相应的第二导轨设置，第二直线导轨与第一钢板座上的第二滑块配合，第二直线导轨连接有第二驱动件，以使第二驱动件驱动第二直线导轨沿第二滑块滑动。

其中，第三导轨垂直于相应的第二导轨设置，是指，立柱21上的机械手30的第三直线导轨垂直于立柱21上的机械手30的第二直线导轨设置，第一横梁22上的机械手30的第三直线导轨垂直于第一横梁22上的机械手30的第二直线导轨设置。对于立柱21上的机械手30，第二直线导轨沿第二滑块滑动实现的是Y方向的变换，对于第一横梁22上的机械手30，第二直线导轨沿第二滑块滑动实现的是Z方向的变换。第二直线导轨可以为智慧型导轨，具有自动测量移动距离的功能。

第三层钢板包括第三直线导轨，第三直线导轨与第二钢板座上的第三滑块配合，第三直线导轨与第三驱动件连接，且第三层钢板上朝向另一立柱21的一端设有曲轴机构，曲轴机构用于将第三直线导轨与第三滑块的直线运动转化为角度运动，也即实现α角度的变换。其中，曲轴机构朝向另一立柱21的一端设有机械手30的手部31，机械手30的手部31为C型槽。第三直线导轨可以为智慧型导轨，具有自动测量移动距离的功能。

其中，第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件可以为驱动电机或者液压缸等。

进一步地，立柱21上还设有垂直抱紧机构，垂直抱紧机构用于保持三层钢板座与立柱21垂直。

本实施例中，以轨道车辆最大和最小限界的断面尺寸为基础，也即，当立柱21上的机械手30远离另一立柱21运动至极限位置、第一横梁22上的机械手30远离底座10运动至极限位置时，此时的龙门框架20及机械手30可以模拟轨道车辆最大的断面尺寸；当立柱21上的机械手30朝向另一立柱21运动至极限位置、第一横梁22上的机械手30朝向底座10运动至极限位置时，此时的龙门框架20及机械手30可以模拟轨道车辆最小的断面尺寸，实现模拟不同车体断面尺寸的功能。

进一步地，底座10包括相互平行设置的第四直线导轨，第四直线导轨与龙门框架20的立柱21底端的滑动部配合，以引导龙门框架20滑动，并减小滑动过程中的摩擦；每条第四直线导轨均设有与第四直线导轨平行的齿条。第四直线导轨可以为智慧型导轨，具有自动测量移动距离的功能。

具体地，底座10包括两条平行设置的第四直线导轨，龙门框架20每个立柱21的底端设有一个滑动部。其中，第四直线导轨可以为槽型结构，第四直线导轨的底壁上固定有齿条；立柱21底端的滑动部可以呈块状结构，滑动部的中部开设有凹槽，凹槽的开口朝向第一直线导轨，凹槽内可以设有与齿条啮合的齿轮。

为提高底座10的刚度，底座10可以包括两组H型梁，H型梁的顶面设有第四直线导轨，两组H型梁之间连接有多个第二横梁12。或者，底座10包括两组U型梁11，U型梁11的顶面设有第四直线导轨，两组U型梁11之间连接有多个第二横梁12。

底座10的长度可以为28m，H型梁或者U型梁11均为箱型架构。以U型梁11为例，U型梁11上每间隔4米安装有一个第二横梁12，以进一步提高底座10的刚度。

其中，每个第二横梁12上均匀设有至少两个高度调整机构13，高度调整机构13用于对车体调平；底座10的底端设有垫铁14。较佳地，为保证底座10处于水平状态，第二横梁12的底端设有4个高度调整机构13，高度调整机构13的调整范围为-80～+80mm。底座10底端可以设置垫铁14，用于安装时调平使用。

进一步地，每个龙门框架20的伺服电机均连接有副控制器，每个副控制器均与主控制器连接，主控制器与人机交互装置连接，人机交互装置用于接收机械手30的手部31的位置信息和龙门框架20的间距信息，主控制器用于根据间距信息控制各个龙门框架20的运动及位置，副控制器用于根据位置信息控制龙门框架20上各个机械手30的运动及位置。其中，副控制器还与第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件连接，以控制一驱动件、第二驱动件和第三驱动件的速度及锁止。主控制器和副控制器都可以采用PLC(英文全称为Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器)闭环控制。

进一步地，每个龙门框架20上还设有用于检测伺服电机转速的转速检测装置，转速检测装置与副控制器或者主控制器连接，以使主控制器根据转速检测装置检测的转速对伺服电机进行校准；每个机械手30上设有距离检测装置，距离检测装置用于检测机械手30相对于龙门框架20的移动距离，距离检测装置与副控制器连接，以使副控制器根据距离检测装置检测的移动距离对机械手30的手部31位置进行校准。其中，转速检测装置可以为编码器或者转矩传感器；距离检测装置可以为测距传感器。

本实施例中，在对轨道车辆产品的结构和工艺进行验证之前，需要将用于轨道车辆集成的柔性验证设备调整至初始位置，也即，龙门框架20全部朝向底座10的一端靠拢，立柱21上的机械手30全部朝向底座10靠拢，第一横梁22上的机械手30全部朝向其中一个立柱21靠拢；人机交互装置接收操作人员输入的机械手30的手部31的位置信息和龙门框架20的间距信息，每个龙门框架20即得到X、Y、Z、α四个值。

龙门框架20按照自身的X值进行移动，到达预设位置后，伺服电机锁死；通过驱动件逐一对机器手进行动力对接、Z值推进、Y值推进、α值推进、检测校准、三自由度位置锁止、动力脱离一连串动作；直至将所有机械手30完成预设空间位置的摆放。

其中，最外侧的龙门框架20可以开始移动至预设位置，并将其所有机械手30完成预设空间位置的摆放；如此类推，将9个断面龙门框架20及其机器手实现空间位置摆放后，且系统自检锁止完成后，自动断电，用于轨道车辆集成的柔性验证设备变形完成。

或者，将各个龙门框架20移动至预设位置后，在进行机械手30的摆放。可以理解的是：各个龙门框架20可以同时移动，由于各个龙门框架20的X值不相同，各个龙门框架20的移动速度可以不通，X值较大的龙门框架20的移动速度也较大；或者，X值较大的龙门框架20优先移动，移动预设距离后，剩余的龙门框架20中X值较大的龙门框架20开始移动，依次类推，直至各龙门框架20均到达预设位置。所有的龙门框架20可以同时进行机械手30的摆放，也可以按照预设规则一次进行机械手30的摆放。

用于轨道车辆集成的柔性验证设备变形完成后，即可实现车辆内装部件的安装，进行车辆产品的结构和工艺验证；当验证实施完成后，拆除车辆内装部件；人机交互装置接收操作人员输入的复位指令后，整个系统自动归于零位即恢复初始位置；人机交互装置接收操作人员输入的下一个项目车辆的信息，完成车辆外形轮廓的变换，从而，用于轨道车辆集成的柔性验证设备具备较大的轨道车辆集成的柔性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，包括：底座，所述底座上安装有至少一个龙门框架，所述龙门框架能够沿所述底座的长度方向滑动；所述龙门框架上安装有多个机械手，所述机械手能够相对于所述龙门框架沿垂直于所述底座的长度方向滑动，所述机械手的手部还能够相对于所述龙门框架垂直升降和转动。

2.根据权利要求1所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，所述龙门框架包括：两个平行的立柱，两个所述立柱的底端都设有滑动部以及齿轮，所述滑动部用于与所述底座滑动连接，所述齿轮与伺服电机连接，所述齿轮用于与所述底座上的齿条啮合，以通过所述伺服电机驱动所述齿轮沿齿条移动。

3.根据权利要求2所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，两个所述立柱的顶端连接有第一横梁，所述立柱和第一横梁上均设有两条第一直线导轨，所述第一直线导轨用于引导所述机械手滑动。

4.根据权利要求3所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，所述机械手包括：三层钢板座；其中，第一层钢板座上设有第一滑块，所述第一滑块与所述第一直线导轨配合，所述第一滑块与第一驱动件连接，以使所述第一驱动件驱动所述第一滑块沿所述第一直线导轨滑动；第二层钢板座包括第二直线导轨，所述第三导轨垂直于相应的所述第二导轨设置，所述第二直线导轨与所述第一钢板座上的第二滑块配合，所述第二直线导轨连接有第二驱动件，以使所述第二驱动件驱动所述第二直线导轨沿第二滑块滑动；所述第三层钢板包括第三直线导轨，所述第三直线导轨与所述第二钢板座上的第三滑块配合，所述第三直线导轨与第三驱动件连接，且所述第三层钢板上朝向另一立柱的一端设有曲轴机构，所述曲轴机构用于将所述第三直线导轨与所述第三滑块的直线运动转化为角度运动；所述曲轴机构朝向另一立柱的一端设有所述机械手的手部，所述机械手的手部为C型槽。

5.根据权利要求4所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，所述立柱上还设有垂直抱紧机构，所述垂直抱紧机构用于保持所述三层钢板座与所述立柱垂直。

6.根据权利要求2所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，所述底座包括相互平行设置的第四直线导轨，所述第四直线导轨与所述龙门框架的立柱底端的滑动部配合，以引导所述龙门框架滑动；每条所述第四直线导轨均设有与所述第四直线导轨平行的所述齿条。

7.根据权利要求6所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，所述底座包括两组U型梁，所述U型梁的顶面设有所述第四直线导轨，两组所述U型梁之间连接有多个第二横梁。

8.根据权利要求7所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，每个所述第二横梁上均匀设有至少两个高度调整机构，所述高度调整机构用于对车体调平；所述底座的底端设有垫铁。

9.根据权利要求4-8任一项所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，每个所述龙门框架的所述伺服电机均连接有副控制器，每个所述副控制器均与主控制器连接，所述主控制器与人机交互装置连接，所述人机交互装置用于接收所述机械手的手部的位置信息和所述龙门框架的间距信息，所述主控制器用于根据所述间距信息控制各个所述龙门框架的运动及位置，所述副控制器用于根据所述位置信息控制所述龙门框架上各个机械手的运动及位置，所述副控制器与第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件连接。

10.根据权利要求9所述的用于轨道车辆集成的柔性验证设备，其特征在于，每个所述龙门框架上还设有用于检测所述伺服电机转速的转速检测装置，所述转速检测装置与所述副控制器或者主控制器连接，以使所述主控制器根据所述转速检测装置检测的转速对所述伺服电机进行校准；每个所述机械手上设有距离检测装置，所述距离检测装置用于检测所述机械手相对于所述龙门框架的移动距离，所述距离检测装置与所述副控制器连接，以使所述副控制器根据所述距离检测装置检测的移动距离对所述机械手的手部位置进行校准。