CN107291081A - 轨道车辆检修小车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轨道车辆检修小车，所检修的轨道车辆包括：动车组、机车、地铁等；所述检修小车，实际就是轨道车辆维修检测的机器人，包括：检修机器人、机器人控制系统、机器人升降装置、小车行走驱动装置、小车控制系统、小车温控装置、小车滑润装置、图像采集装置、图像分析系统、故障分析系统、动力供给装置、小车防护装置、安全保护装置；其中机器人升降装置固定在小车上，机器人本体安装在机器人升降装置上；图像采集装置安装在机器人手臂上；小车上可安装一台或两台机器人本体和机器人升降装置。所述小车行走装置用于移动机器人本体和图像采集装置，在轨道车辆下方行走在自制的轨道上，对车辆检修部位进行快速的图像采集。
Description
技术领域
本发明涉及轨道车辆检修技术领域，更为具体地说，涉及动车组、地铁、机车等轨道车辆的检修。
背景技术
动车组、地铁等轨道车辆的安全性、可靠性、质量稳定性是我国轨道车辆持续发展并领跑世界的关键，而车辆检修是保持轨道车辆稳定性、安全性、可靠性的持久保障；而“轨道车辆检修小车”的应用，能更高效更稳定的保障动车组等轨道车辆的安全、稳定、可靠，同时可提供车辆检修记录的追溯，为动车组等轨道车辆故障预测与健康管理系统提供基础数据。
目前检修方式以用人的眼睛看、用手摸，手电筒照、用尺子量这种传统作业方式，此方式存在工作量大、时间紧张、工作效率低、作业质量无法保证、对人员素质及责任心要求高等问题。同时以上海虹桥动车所为例，每日需检修64-75列，可用检修轨道14条，每检修班组4人同时作业，根据CRH380B作业指导书规定，一列8编制动车组标准人工检修用时应为150分钟，但由于可用检修轨道只有12条，作业人员无法增加，但检修数量却不断的增加，同时为保证动车组正常开行，因此将检修时间压缩为90分钟。由此可见，影响检修作业整体效果的最大因素是检修效率低下问题，即无法快速增长的检修能力与快速增加的动车组保有量之间的矛盾。因此在无法快速增加有限的作业轨道和人员配属的情况下，提高作业效率，提高作业质量，改善检修工具，加快以“人检”向“机检”改变是迫在眉睫的事情。而用轨道车辆检修小车进行检修作业相比人工检修作业，检修时间预计提高3倍，检修人员数量缩减4倍，检修质量提高10倍，检修范围提高20%，环境安全性提高80%，数据管理提高100%，同时可满足《全路动车段（所）布局中长期规划》的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道车辆检修小车的技术方案，用来解决背景技术中所介绍的现有轨道车辆人工检修作业效率低下、可靠性低等问题。
本发明提供了如下技术方案，一种轨道车辆检修小车，包括：信息采集模块、直线移动模组、检修机器人本体、机器人升降装置、小车滑润装置、小车定位和检测装置、小车控制分析系统、动力供给装置、小车温控装置、小车防护装置、小车行走驱动装置、安全保护装置、小车承载底盘、小车行走轨道；其中,
采集模块安装在直线移动模组上，直线移动模组安装在检修机器人本体前端，检修机器人本体安装在机器人升降装置上；
信息采集模块通过直线移动模组实现平移用于实现采集轨道车辆的待检修部位的图像信息、温度信息、声波信息；
机器人升降装置用于升降机器人本体实现不同高度不同姿态的机器人检修作业。
机器人升降装置和小车行走驱动装置都安装在小车承载底盘上；
小车行走驱动装置用于驱动小车在小车行走轨道上行走；实现轨道车辆检修小车移动检修作业。
所述信息采集模块和小车定位和检测装置包括：图像信息采集模块、声波信息采集模块、温度信息采集模块中的一种或多种组合；其中，所述图像信息采集模块为三维信息采集模块和二维信息采集模块中的一种或两种相组合，三维信息采集模块采用激光三角法原理，包括：用于产生投射待检修区域内结构光图像的面阵式相机，和用于采集待检修区域二维图像信息的线阵式相机；面阵式相机照射于轨道车辆上待检修部位的成像区域，而且面阵式相机的成像方向与结构光光源的投射方向之间设有夹角，通过反射光在信息采集模块1中检测装置上的成像位置变化，从而通过激光三角法的原理经过计算得出图形中各密集点的深度尺寸；从而得到待检部位的三维图像；线阵式相机照射于轨道车辆上待检修部位的成像区域，成相出二维图像。通过检修机器人本体共六轴旋转动作，机器人升降装置和小车行走驱动装置的升降和平移动作，可实现轨道车辆待检测区域的全部/部分覆盖。
安装在检修机器人本体前端的直线移动模组和采集装置，通过直线移动模组移动采集装置实现移动扫描所述轨道车辆的待检修部位。
小车定位和检测装置安装在小车防护装置上，小车防护装置与小车承载底盘相连接；小车定位和检测装置在小车上的相对位置固定可靠。小车定位和检测装置用于检测轨道车辆检修小车相对轨道车辆的相对位置关系，并计算出相对位置坐标，同时通过检修机器人本体、机器人升降装置、小车行走驱动装置进行位置改变或补偿，从而实现信息采集装置与轨道车辆待检区域的相对位置准确。
小车定位和检测装置为激光测距仪或线阵式智能相机或面阵式智能相机或相互组合的部件组合；用于发射激光或结构光投射到轨道车辆转向架轮盘或主轴或其它结构件上，通过轨道车辆检修小车上小车行走驱动装置进行驱动小车行走，从而得出车辆的横截面位置信息数据，并通过自动分析计算轨道车辆待检修位置信息。
所述检修机器人本体为六轴或七轴自由度机器人；其本体重量少于80KG，其工件范围在650mm-1150mm之间，其第六轴负载重量在5KG-12KG之间。
在轨道车辆检修小车安装2台或1台检修机器人本体，并且采用单独的机器人升降装置进行升降动作；可同时或分别对轨道车辆进行检修动作。
所述机器人升降装置为实现机器人高度方向上的平移动作，通过伺服电机驱动，丝杆与导轨相结合的形式，负载重量大，定位精度高，结构刚性足，震动摆动少等特征。
小车行走驱动装置包含：小车行走轮、导向轮和伺服驱动单元、传动齿轮；小车行走轮和导向轮安装在小车行走轨道组件下方。小车行走驱动装置采用的传动结构为伺服驱动齿轮旋转，齿轮与小车行走轨道组件上安装的高精度齿条相啮合，从而达到驱动车辆检修小车高精度直线移动的目的。
小车行走轨道组件，轨道车辆检修小车在小车行走轨道上行走，其轨道采用重轨机械加工而成，包含轨道、轨道调平和连接组件、驱动用高精度齿条等组成，可确保轨道车辆检修小车直线行走的精度要求。
小车控制分析系统包括但不限于：无线收发装置、小车及机器人动作控制程序、图像采集软件、图像无线传输及筛选软件、图像识别分析软件、故障分析软件、平台信息软件、主控制平台软件、智能检修平台软件、温度分析软件、声波分析软件、触摸操作平台软件、自动充电控制软件。
动力供给装置，动力供给装置采用非接触式供电方式由锂电池组、逆变器和充电桩组成，而且充电方式即可采用自动充电也可采用手充电两种方式。
锂电池组采用高端电池电芯和控制模块组成，控制模块主要控制电池充电和放电以及电池特性监控，同时可对电池过充电保护、过放电保护、短路保护、放电过流保护、充电过流保护、温度保护、静置保护等。
充电桩采用手动充电和自动充电两种充电方式，充电模式可设置自动充满模式、时间模式、预约模式，通讯协议可兼容《GBT 27930-2011》，《GBT 27930-2015》，充电桩保护功能：输入过/欠压，输出过压、过流、短路、防雷、紧急停止、电池极性检测与保护等功能。逆变器可将电池输出的低电压转化成220V和380V两种电压供小车电力。
小车滑润装置和小车温控装置，小车滑润装置可实现传动组件自动注油，小车温控装置可实现小车内部温度控制在35度以内。
附图说明
图1是本发明实施例示出的第一种轨道车辆检修小车的结构示意图，包括主视图a和左视图b；
图2是本发明实施例示出的第二种轨道车辆检修小车的结构示意图，包括主视图a和左视图b；
图3是本发明实施例示出的一种轨道车辆检修小车的架构示意图；
图4是本发明实施例示出的手自一体充电桩结构示意图；
图5是本发明实施例示出的第二种轨道车辆检修小车的结构示全图；
图1至图5中各结构及其附图球标的对应关系如下：
1-信息采集模块、2-直线移动模组、3-检修机器人本体、4-机器人升降装置、5-小车滑润装置、6-小车定位和检测装置、7-小车控制分析系统、8-动力供给装置、9-小车温控装置、10-小车防护装置、11-小车行走驱动装置、12-安全保护装置、13-小车承载底盘、14-小车行走轨道组件。
具体实施方式
为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图描述实施案例：
该发明实施例提供的轨道车辆检修小车，解决了背景技术中所述的人工检修车辆待检修部位的方式，效率低下等问题。
为了使轨道车辆检修技术领域的相关人员更好地理解该发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加清晰易懂，下面将结合附图来对该实施例中的技术内容作进一步详细说明。
参考附图1所示，图1是本发明一示例性实施例图示的第一种轨道车辆检修小车的结构图。如图1所示，轨道车辆检修小车包括：信息采集模块1、直线移动模组2、检修机器人本体3、机器人升降装置4、小车定位和检测装置6、小车控制分析系统7、小车动力供给装置8、小车行走驱动装置11、小车承载底盘13、小车行走轨道组件14等。
轨道车辆检修小车能够对轨道车辆的各个待检修部位进行检修，车辆进入检修库内检修区域，车号识别系统自动识别轨道车辆型号，传输给检修小车，检修小车自动调取该车辆所对应的检修程序；通过小车定位和检测装置自动检测出轨道车辆在检修库内检修区域的位置坐标（包括车辆前进方向和高度方向、宽度方向）；通过小车行走驱动装置11驱动检修小车移动至轨道车辆各检修部位的下方或检修机器人3可达的位置；通过机器人升降装置4与检修机器人本体3相互配合动作，带动信息采集模块1、直线移动模组2移动至轨道车辆各检修部位；通过直线移动模组2带动信息采集模块1快速直线移动扫描待检修部位，通过信息采集模块1将待检修部位的检修信息采集下来；通过实时数据传输给小车控制分析系统7，对采集的检修信息进行分析，再后将分析诊断结果用直观的图形表达方式展现在检修操作屏上。
其中，序号标1-12各部分装置设置于小车承载底盘13上，且信息采集模块1、直线移动模组2、检修机器人本体3、机器人升降装置4分别相连接。
小车动力供给装置8为动力源，为检修机器人本体3、机器人升降装置4、小车行走驱动装置11提供等电力供给，以确保所有检修动作的实现和信息数据的采集分析。
小车行走驱动装置11安装在小车承载底盘13下，能驱动轨道车辆检修小车运动，使检修机器人本体3到达指定的待检修位置，从而快速准确地对轨道车辆进行检修作业；同时在检修过程中，小车行走驱动装置11和机器人升降装置4能够根据车辆待检修部位的位置坐标、检修面积等驱动检修机器人3进行位置移动。
其中，所述小车行走驱动装置11包括：行走轮和导向轮和伺服驱动单元、传动齿轮，伺服驱动单元中伺服电机、精密减速机、齿轮分别相连接，实现精确旋转动作。
上述小车行走驱动装置11中伺服驱动单元包括高精度伺服电机和伺服驱动器，伺服驱动器能够通过脉冲精确控制伺服电机的转速和旋转角度、转矩等，从而实现传动齿轮的精确旋转；传动齿轮与小车行走轨道组件14上安装的精密齿条相啮合，齿条固定在轨道上，通过传动齿轮的精确旋转来实现轨道车辆检修小车的直线移动。因此能够控制检修小车的准确地移动，并通过检修机器人3与直线移动模组2、信息采集模块1相互配合，准确地对轨道车辆的待检修部位进行信息采集。
直线移动模组2、检修机器人本体3、机器人升降装置4分别相连接，且都是采用伺服传动的结构，直线移动模组2和机器人升降装置4实现的是直线移动；检修机器人本体由六个旋转轴组成，各轴传动精度误差≤0.01，通过各关节的相互协调配合可实现旋转和平移动作。由此组成的八轴传动结构具有：移动范围大、角度变化快、移动速度快、移动精度高、动作稳定可靠、适应性和通用性强等特点。由此可见安装在直线移动模组2上的信息采集模块1可达位置的范围大、定位精度高，所采集的待检信息准确。
同时，信息采集模块1在采集至待检修部位的信息后通过实现数据传输给小车控制分析系统7中所包含的图像比对软件和故障分析软件，图像比对和故障分析软件将其与预存的检修部位正常标准信息进行信息匹配比对分析，如果匹配度不能满足标准要求，则判定该待检修部位存在故障，然后自动将故障信息以图形加说明的方式传输给到检修操作屏上；然后驱使相关检修人员进行维修或轨道车辆检修小车自动对该待检修部位进行检修。
为了更精准、更高效地采集轨道车辆的待检修部位的检修信息，可以采用一种或多种不同的检修方式来检测待检修部位的信息，因此信息采集模块1和小车定位和检测装置6包括：图像信息采集模块、声波信息采集模块、温度信息采集模块中的一种或多种组合；其中，所述图像信息采集模块为三维信息采集模块和二维信息采集模块中的一种或两种相组合，三维信息采集模块采用激光三角法原理，包括：用于产生投射待检修区域内结构光图像的面阵式相机，和用于采集待检修区域二维图像信息的线阵式相机；面阵式相机照射于轨道车辆上待检修部位的成像区域，而且面阵式相机的成像方向与结构光光源的投射方向之间设有夹角，通过反射光在信息采集模块1中检测装置上的成像位置变化，从而通过激光三角法的原理经过计算得出图形中各密集点的深度尺寸；从而得到待检部位的三维图像；线阵式相机照射于轨道车辆上待检修部位的成像区域，成相出二维图像。例如可以用于对轨道车辆的转向架部位进行快速检测，对转向架螺丝的松脱、丢失等位置变化、形状变化、颜色变化进行快速识别。
图2所示，作为一种优先选择的实例案例，该轨道车辆检修小车除了图1所示的各个结构模块外，在图1所示的检修小车上加装了信息采集模块1、直线移动模组2、检修机器人本体3、机器人升降装置4各一套；其目的在于轨道车辆检修小车的检修时间缩短了一倍；其检修可达范围也得到了提高。
小车控制分析系统7作为中央控制系统，能够分别控制检修机器人本体3、机器人升降装置4、小车行走驱动装置11的所有动作的实现，以及信息采集模块1、小车定位和检测装置6、信息分析诊断71、PLC控制系统72、HMI人机操作界面73、小车动力供给装置8、手自一体充电桩81之间的通讯和接收、下发指令。
图4所示是本发明一示例性实施例示出的一种手自一体充电桩的结构示意图，如图4所示，手自一体式充电桩包括：手动充电和自动充电装置，以及无线通讯设备；无线通讯设备用于充电桩与轨道车辆检修小车之间的信号传输，小车到达充电位置后发送信号给充电桩，进行信号握手对接，然后控制自动充电设备将充电枪自动插入检修小车充电口内进行充电。充电枪与充电口之间配有信号确认，和充电枪到位确认等通讯和判断，确保充电稳定可靠。
Claims (13)
1.一种轨道车辆检修小车，其特征在于，包括：
信息采集模块（1）、直线移动模组（2）、检修机器人本体（3）、机器人升降装置（4）、小车滑润装置（5）、小车定位和检测装置（6）、小车控制分析系统（7）、动力供给装置（8）、小车温控装置（9）、小车防护装置（10）、小车行走驱动装置（11）、安全保护装置（12）、小车承载底盘（13）、小车行走轨道组件（14）；其中,采集模块（1）安装在直线移动模组（2）上，直线移动模组（2）安装在检修机器人本体（3）前端，检修机器人本体（3）安装在机器人升降装置（4）上；
信息采集模块（1）通过直线移动模组（2）实现平移用于实现采集轨道车辆的待检修部位的图像信息、温度信息、声波信息；
机器人升降装置用于升降机器人本体实现不同高度不同姿态的机器人检修作业;
机器人升降装置（4）和小车行走驱动装置（11）都安装在小车承载底盘（13）上；
小车行走驱动装置用于驱动小车在小车行走轨道（14）上。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，所述信息采集模块（1）和小车定位和检测装置（6），包括：图像信息采集模块、声波信息采集模块、温度信息采集模块中的一种或多种组合；其中，所述图像信息采集模块为三维信息采集模块和二维信息采集模块中的一种或两种相组合，三维信息采集模块采用激光三角法原理，包括：用于产生投射待检修区域内结构光图像的面阵式相机，和用于采集待检修区域二维图像信息的线阵式相机；面阵式相机照射于轨道车辆上待检修部位的成像区域，而且面阵式相机的成像方向与结构光光源的投射方向之间设有夹角，通过反射光在信息采集模块（1）中检测装置上的成像位置变化，从而通过激光三角法的原理经过计算得出图形中各密集点的深度尺寸；从而得到待检部位的三维图像；线阵式相机照射于轨道车辆上待检修部位的成像区域，成相出二维图像;
通过检修机器人本体（3）共六轴旋转动作，机器人升降装置（4）和小车行走驱动装置（11）的升降和平移动作，可实现轨道车辆待检测区域的全部/部分覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，安装在检修机器人本体（3）前端的直线移动模组（2）和采集装置（1），通过直线移动模组（2）移动采集装置（1）实现移动扫描所述轨道车辆的待检修部位。
4.根据权利要求1或2所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，小车定位和检测装置（6）安装在小车防护装置（10）上，小车防护装置（10）与小车承载底盘（13）相连接；小车定位和检测装置（6）在小车上的相对位置固定可靠；小车定位和检测装置（6）用于检测轨道车辆检修小车相对轨道车辆的相对位置关系，并计算出相对位置坐标，同时通过检修机器人本体（3）、机器人升降装置（4）、小车行走驱动装置（11）进行位置改变或补偿。
5.根据权利要求4述的轨道车辆检修小车，其特征在于，小车定位和检测装置（6）为激光测距仪或线阵式智能相机或面阵式智能相机或相互组合的部件组合；用于发射激光或结构光投射到轨道车辆转向架轮盘或主轴或其它结构件上，通过轨道车辆检修小车上小车行走驱动装置（11）进行驱动小车行走，从而得出车辆的横截面位置信息数据，并通过自动分析计算轨道车辆待检修位置信息。
6.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，所述检修机器人本体（3）为六轴或七轴自由度机器人；其本体重量少于80公斤，其工件范围在650mm-1150mm之间，其第六轴负载重量在5KG-12KG之间。
7.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，在轨道车辆检修小车上安装2台或1台检修机器人本体（3），并且采用单独的机器人升降装置（4）进行升降动作；可同时或分别对轨道车辆进行检修动作。
8.根据权利要求7所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，所述机器人升降装置（4）为实现机器人高度方向上的平移动作，通过伺服电机驱动，丝杆与导轨相结合的形式。
9.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，小车行走驱动装置（11）包含：小车行走轮、导向轮和伺服驱动单元、传动齿轮；小车行走轮和导向轮安装在小车行走轨道组件（14）下方;
小车行走驱动装置（11）采用的传动结构为伺服驱动齿轮旋转，齿轮与小车行走轨道组件（14）上安装的高精度齿条相啮合。
10.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，还包括：小车行走轨道组件（14），轨道车辆检修小车在小车行走轨道上行走，其轨道采用重轨机械加工而成，包含轨道、轨道调平和连接组件、驱动用高精度齿条等组成，轨道车辆检修小车直线行走。
11.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，还包括：小车控制分析系统（7）包括但不限于：无线收发装置、小车及机器人动作控制程序、图像采集软件、图像无线传输及筛选软件、图像识别分析软件、故障分析软件、平台信息软件、主控制平台软件、智能检修平台软件、温度分析软件、声波分析软件、触摸操作平台软件、自动充电控制软件。
12.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，还包括：动力供给装置（8），动力供给装置（8）采用非接触式供电方式由锂电池组、逆变器和自动充电桩组成，而且充电方式即可采用自动充电也可采用手充电两种方式。
13.根据权利要求1所述的轨道车辆检修小车，其特征在于，还包括：小车滑润装置（5）和小车温控装置（9），小车滑润装置（5）可实现传动组件自动注油，小车温控装置（9）可实现小车内部温度控制在35度以内。
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