CN109367573A - 一种列车上水机器人应急反馈系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于列车自动上水技术领域，具体提供了一种列车上水机器人应急反馈系统及方法，当机器人与障碍物发生碰撞时，碰撞传感器将碰撞信号传送至控制柜中的单片机，单片机一方面控制继电器对机器人进行断电，另一方面将处理后的碰撞信号传送至中控室的PC机，PC机对碰撞事故等级进行判定，若为普通碰撞，则恢复供电，并将车站全局相机对焦碰撞区域，指导机器人进行轨迹优化，并继续执行上水操作，若为严重碰撞，则扬声器发出碰撞警报，通知值班人员前往现场检修。采用列车上水机器人替代人工进行上水，可有效提升上水效率，减轻上水工人劳动强度，当列车上水机器人发生故障时，应急反馈系统有效降低故障的危害程度，保障了列车的安全运行，提高了上水机器人的安全可靠性。

Description

一种列车上水机器人应急反馈系统及方法

技术领域

本发明属于列车自动上水技术领域，具体涉及一种列车上水机器人应急反馈系统及方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，近年来工业机器人在码垛、车间装配、焊接、喷涂等领域都得到了较大的普及，但在铁路行业，工业机器人的应用并不常见，尤其是在旅客列车上水领域，依靠人工的上水方式在“智慧铁路”的发展趋势下，其数据无法同步，自控水平低下，安全隐患大，效率低等弊端愈发凸显。

现有技术没有系统地将车站或列车整备所的上水装置、上水管网、传感系统、控制系统结合在一起，只对自动上水装置进行论述，且既有专利中大多涉及某种上水装置，其智能程度与可靠性远低于本发明所提出的智能上水机器人。如发明专利201610636239.7公布了一种列车自动上水机器人，该方法包括横移装置、转轴、伸缩臂、上水管道和上水接头等，其工作原理是通过伸缩臂与横移装置将上水管与列车上水口对接并上水，该方法只是简单地设计了整个上水系统末端的上水装置，且功能单一，当上水机器人发生故障时无法应急处理，不能及时有效的保障列车及上水机器人的安全。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中列车上水机器人故障应急的问题。

为此，本发明提供了一种列车上水机器人应急反馈系统，包括故障反馈模块、备用电源、单片机、断电制动器、中控室PC机及全局相机；

所述故障反馈模块用于实时监测上水机器人的异常情况并将所述异常情况反馈给所述单片机；

所述单片机根据所述异常情况控制备用电源的开启，所述备用电源与所述断电制动器电连接，所述断电制动器得电后将所述关节抱死，所述单片机将所述异常情况发送给中控室PC机；

所述全局相机用于监控所述上水机器人的工作状态并反馈至所述中控室PC机；

所述中控室PC用于判断所述异常类别并进行报警显示。

优选地，所述故障反馈模块包括传感器及断电制动器，所述单片机根据所述传感器的信息控制所述断电制动器的状态，所述传感器包括霍尔传感器、温度传感器及力矩传感器，所述霍尔传感器用于监测机器人各关节的位置，温度传感器用于监测各关节的温度，力矩传感器用于监测各关节的力矩。

优选地，所述应急反馈系统还包括扬声器，所述扬声器与所述单片机电连接。

优选地，所述异常类别包括关节温度异常，所述关节温度异常通过温度传感器得到。

优选地，所述异常类别包括运动轨迹错乱，所述运动轨迹错乱包括碰撞、负载异常及电源断电，所述碰撞通过霍尔传感器检测得到，所述负载异常通过力矩传感器得到，所述电源断电通过电流检测得到。

优选地，所述备用电源包括电量检测单元，所述电量检测单元用于检测所述备用电源的电量，当所述备用电源电量低于预设值时控制所述备用电源与外部电源连接，当所述备用电源电量充满时控制所述备用电源与外部电源断开。

本发明还提供了一种列车上水机器人应急反馈方法，包括：

单片机接收到异常信号，并将所述异常信号发送给中控室PC机；

备用电源开启供电，断电制动器制动上水机器人保持姿态不变；

中控室PC机判断事故等级，若为普通碰撞，则断开备用电源，断电制动器制动取消，上水机器人恢复工作，若为严重碰撞，则发出碰撞警报并显示出来。

优选地，若所述中控室PC机判断事故等级为普通碰撞时，将所述普通碰撞发送给所述单片机，所述单片机对上水机器人进行轨迹优化，避免下次再发生同样位置的碰撞。

优选地，若所述中控室PC机判断事故等级为严重碰撞时，将所述严重碰撞的信号发送给所述单片机，所述单片机控制扬声器发出警报。

本发明的有益效果：本发明提供的这种列车上水机器人应急反馈系统及方法，当机器人与障碍物发生碰撞时，碰撞传感器将碰撞信号传送至控制柜中的单片机，单片机一方面控制继电器对机器人进行断电，另一方面将处理后的碰撞信号传送至中控室的PC机，PC机对碰撞事故等级进行判定，若为普通碰撞，则恢复供电，并将车站全局相机对焦碰撞区域，指导机器人进行轨迹优化，并继续执行上水操作，若为严重碰撞，则扬声器发出碰撞警报，通知值班人员前往现场检修。采用列车上水机器人替代人工进行上水，可有效提升上水效率，减轻上水工人劳动强度，当列车上水机器人发生故障时，应急反馈系统有效降低故障的危害程度，保障了列车的安全运行，提高了上水机器人的安全可靠性。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明列车上水机器人应急反馈系统及方法的原理框图；

图2是本发明列车上水机器人应急反馈系统及方法的流程图。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。

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；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种列车上水机器人应急反馈系统，包括故障反馈模块、备用电源、单片机、断电制动器、中控室PC机及全局相机；

所述故障反馈模块用于实时监测上水机器人的异常情况并将所述异常情况反馈给所述单片机；

所述单片机根据所述异常情况控制备用电源的开启，所述备用电源与所述断电制动器电连接，所述断电制动器得电后将所述关节抱死，所述单片机将所述异常情况发送给中控室PC机；

所述全局相机用于监控所述上水机器人的工作状态；

所述中控室PC用于判断所述异常类别并进行报警显示。

由此可知，如图1和图2所示，一种列车上水机器人应急反馈系统，包括故障反馈模块、备用电源、单片机、断电制动器、中控室PC机及全局相机。所述机器人故障反馈模块包括霍尔传感器、温度传感器、力矩传感器、单片机、PC机、继电器、断电制动器和扬声器。在一个具体的实施场景中，单片机为STM32F407系列的单片机，还可以是其他现有的型号。所述霍尔传感器、温度传感器和力矩传感器位于机器人各关节中，即每个关节中均设有上述三种传感器，各传感器通过信号总线与位于机器人控制柜中的单片机的串口连接，单片机与位于车站中控室的PC机连接。所述断电制动器安装在机器人各关节中，继电器安装在机器人底座或控制柜中，断电后机器人所有关节均掉电。该应急反馈系统还包括断电制动器和备用发电机，其中断电制动器与机器人故障反馈模块中的断电制动器共用，备用发电机设在车站的发电机房，外界供电被切断后发电机能自动启动。传感器安装在机器人臂杆和关节外表面。所述单片机、继电器、断电制动器、PC机和扬声器和机器人故障反馈模块中的设备共用。所述全局相机安装在车站顶棚底、梁底或柱子上，具体安装台数根据车站规模确定，其原则是全局相机的叠加视野能覆盖车站所有到发线的停车范围。

具体的，所述碰撞反馈模块中的扬声器与PC机连接，安装在中控室和值班室。

具体的，所述全局相机为高清相机。高清相机布置在车站各个角落，保证所有相机能全面覆盖整个机器人的全部姿态，高清相机与中控室PC机连接，值班人员在中控室内通过中控室PC机来观察现场机器人作业情况，当机器人不动时则去现场检修。

具体的，所述霍尔传感器用于监测机器人各关节的位置信息，温度传感器用于监测各关节的温度，力矩传感器用于监测各关节的力矩。

具体的，所述控制柜中设有直流电源，用于为存储关键控制信息供电，当外界供电正常时，直流电源保持充电状态，当外界突然断电时，直流电源为控制柜中的关键器件进行供电。

具体的，所述上水机器人将上水头部与列车注水口对接时，不视为碰撞事故。可以在接口处安装压力传感器，当对接时，接口处的压力传感器感知到压力，且速度传感器此时也检测到关节速度突变，单片机通过两个传感器综合信息便可得知是上水机器人将上水头部与列车注水口对接。

本发明所述机器人故障反馈模块的实施流程如下：机器人常见故障包括运动轨迹错乱、关节温度过高导致电路或器件烧坏、机器人负载过大导致电机损坏。其中运动轨迹可通过各关节中的霍尔传感器监测，关节温度可通过各关节中的温度传感器监测，机器人各关节所承受负载可通过各关节中的力矩传感器监测。当机器人发生以上故障时，相应传感器监测到异常信号，并将信号通过信号总线传送至控制柜中的单片机进行简单处理，单片机对信号处理后一方面将信号发送至中控室中的PC机上，另一方面控制继电器断电，各关节掉电后在断电制动器的限制下将保持现有位姿。中控室PC机收到故障信号后对故障类别进行判断，若故障类型为运动轨迹错乱，则对轨迹进行调整与优化，若调整后轨迹正常，则机器人继续执行上水操作，若轨迹仍然异常，则发出未知故障警报，通知值班人员进行检修，并通过扬声器通知值班人员；若故障类型为关节温度异常，还需进一步判断关节内器件是否被烧毁，若器件已被烧毁，则发出器件烧毁警报，通知值班人员，若器件未烧毁，则暂停机器人所有操作，冷却后进一步判断关节内温度，若温度正常，则继续执行上水操作，否则发出未知故障警报，通知值班人员；若故障类型为负载异常，则调整相应机器人上水管电磁阀开度，并进一步判断负载是否回归正常，若负载正常，机器人继续上水，若负载仍然异常，发出未知故障警报，通知值班人员检修；若机器人发生其他故障，PC机发出未知故障警报，通知值班人员检修。

本发明所述断电反馈模块的实施流程如下：当车站突然停电时，正在进行上水操作的机器人在断电制动器限制下保持既有位姿不变，此时车站备用发电机自动启动，上水机器人恢复供电后在既有位姿基础上继续执行上水操作。

本发明的有益效果：本发明提供的这种列车上水机器人应急反馈系统及方法，当机器人与障碍物发生碰撞时，碰撞传感器将碰撞信号传送至控制柜中的单片机，单片机一方面控制继电器对机器人进行断电，另一方面将处理后的碰撞信号传送至中控室的PC机，PC机对碰撞事故等级进行判定，若为普通碰撞，则恢复供电，并将车站全局相机对焦碰撞区域，指导机器人进行轨迹优化，并继续执行上水操作，若为严重碰撞，则扬声器发出碰撞警报，通知值班人员前往现场检修。采用列车上水机器人替代人工进行上水，可有效提升上水效率，减轻上水工人劳动强度，当列车上水机器人发生故障时，应急反馈系统有效降低故障的危害程度，保障了列车的安全运行，提高了上水机器人的安全可靠性。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种列车上水机器人应急反馈系统，其特征在于：包括故障反馈模块、备用电源、单片机、断电制动器、中控室PC机及全局相机；

所述故障反馈模块用于实时监测上水机器人的异常情况并将所述异常情况反馈给所述单片机；

所述单片机根据所述异常情况控制备用电源的开启，所述备用电源与所述断电制动器电连接，所述断电制动器得电后将所述关节抱死，所述单片机将所述异常情况发送给中控室PC机；

所述全局相机用于监控所述上水机器人的工作状态并反馈至所述中控室PC机；

所述中控室PC用于判断所述异常类别并进行报警显示。

2.根据权利要求1所述的列车上水机器人应急反馈系统，其特征在于：所述故障反馈模块包括传感器及断电制动器，所述单片机根据所述传感器的信息控制所述断电制动器的状态，所述传感器包括霍尔传感器、温度传感器及力矩传感器，所述霍尔传感器用于监测机器人各关节的位置，温度传感器用于监测各关节的温度，力矩传感器用于监测各关节的力矩。

3.根据权利要求1所述的列车上水机器人应急反馈系统，其特征在于：所述应急反馈系统还包括扬声器，所述扬声器与所述单片机电连接。

4.根据权利要求1所述的列车上水机器人应急反馈系统，其特征在于：所述异常类别包括关节温度异常，所述关节温度异常通过温度传感器得到。

5.根据权利要求4所述的列车上水机器人应急反馈系统，其特征在于：所述异常类别包括运动轨迹错乱，所述运动轨迹错乱包括碰撞、负载异常及电源断电，所述碰撞通过霍尔传感器检测得到，所述负载异常通过力矩传感器得到，所述电源断电通过电流检测得到。

6.根据权利要求1所述的列车上水机器人应急反馈系统，其特征在于：所述备用电源包括电量检测单元，所述电量检测单元用于检测所述备用电源的电量，当所述备用电源电量低于预设值时控制所述备用电源与外部电源连接，当所述备用电源电量充满时控制所述备用电源与外部电源断开。

7.一种列车上水机器人应急反馈方法，其特征在于，包括：

单片机接收到异常信号，并将所述异常信号发送给中控室PC机；

备用电源开启供电，断电制动器制动上水机器人保持姿态不变；

中控室PC机判断事故等级，若为普通碰撞，则断开备用电源，断电制动器制动取消，上水机器人恢复工作，若为严重碰撞，则发出碰撞警报并显示出来。

8.根据权利要求7所述的列车上水机器人应急反馈方法，其特征在于：若所述中控室PC机判断事故等级为普通碰撞时，将所述普通碰撞发送给所述单片机，所述单片机对上水机器人进行轨迹优化，避免下次再发生同样位置的碰撞。

9.根据权利要求7所述的列车上水机器人应急反馈方法，其特征在于：若所述中控室PC机判断事故等级为严重碰撞时，将所述严重碰撞的信号发送给所述单片机，所述单片机控制扬声器发出警报。