CN109367574B - 一种列车多接口快速上水系统及方法 - Google Patents
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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多接口快速上水系统及方法，通过机器人的多自由度运动配合视觉系统来实现自动定位对接水管，实现列车上水自动化操作。将智能工业机器人引入旅客列车上水领域，实现上水全过程机械化与自动化，达到“机器代人”这一目的，工业机器人定位精度高，全自动连接、上水及脱管使得上水效率大大提高，以此满足列车在短时间内停留上水需求；另一方面，可有效避免传统上水人工的自身安全隐患以及自动回卷型上水栓的“卡管”隐患。
Description
技术领域
本发明属于列车自动上水技术领域，具体涉及一种列车多接口快速上水系统及方法。
背景技术
目前常用的旅客列车上水栓包括传统上水栓和自动回卷型上水栓，前者在上水结束后需要上水工人将上水管从列车上水口上拔出并收回原位，自动回卷型上水栓则能在上水结束后自动脱落并回卷。上述两种上水栓均要依靠上水工人将上水管插入每节车厢的上水口，对人工依赖程度较大。一方面，股道间来回穿梭的上水工自身安全难以得到保障，另一方面，上水工人自身劳动强度较大，且上水效率低下。此外，目前市场上自动回卷型上水栓质量良莠不齐，回卷过程中“卡管”现象时有发生，为行车带来安全隐患。
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，自动控制水平低下，安全隐患大，效率低等弊端愈发凸显。
现有列车上水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，对该装置如何识别上水口位置、如何确定上水时间等都未进行说明。同样的，实用新型专利200920307174.7公布了一种铁路旅客列车自动上水装置，该方法包括AC/DC模块、液位开关、上水开关、继电器和供水电磁阀，其工作原理是将装置的进水管与车站上水管连接，闭合上水开关后，上水阀门得电，装置开始上水，当列车水箱中水位达到预设值后，供水电磁阀掉电，供水结束，该方法也只涉及列车上水装置，且仅能实现上水结束后阀门自动关闭的功能，装置与列车上水口的连接与脱落仍需人工完成。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中列车上水智能化程度低的问题。
为此，本发明提供了一种列车多接口快速上水系统，包括水箱、水管、控制柜及至少一个执行单元，所述执行单元包括机械臂、末端执行器及图像识别装置，所述末端执行器及所述图像识别装置均固定连接在所述机械臂末端，所述末端执行器上设有上水管阀门，所述图像识别装置与所述控制柜电连接，所述控制柜用于控制所述机械臂的位置状态以及上水管阀门的开关，所述末端执行器设有至少一个接口，所述水箱与所述末端执行器的接口之间通过水管连通，所述接口用于给列车上水。
优选地，所述末端执行器包括上水管接头，所述上水管接头的一端用于与列车注水口对接，另一端与所述水箱通过水管连通。
优选地，所述末端执行器还包括真空管接头，所述真空管接头与所述上水管接头平行布置，所述真空管接头的一端用于与列车溢流口对接，另一端与真空发生器连接。
优选地，所述真空发生器包括真空罐、真空泵、真空干管及真空支管，所述真空泵与所述真空罐连接，所述真空罐与所述真空干管连接，所述真空干管与所述真空支管连接，所述真空支管与所述真空管接头连接。
优选地，所述真空支管内安装有流态检测装置，所述流态检测装置包括湿度传感器或水浸探测器，所述湿度传感器或水浸探测器与所述控制柜电连接。
优选地，所述机械臂为多个，多个所述机械臂均布在列车两边。
优选地，还包括变频供水设备，所述水箱与所述变频供水设备连接。
优选地，所述机械臂底端设有导轨，所述导轨与列车平行设置。
优选地，所述系统还包括断电保护模块，所述断电保护模块用于监测电源状态并反馈给所述控制柜。
本方法还提供了一种列车多接口快速上水方法，包括以下步骤：
当列车进站停靠后，控制柜控制机械臂移动至列车注水口附近；
控制柜通过图像识别装置调整机械臂末端的末端执行器上的上水管接头与列出注水口对接，且调整机械臂末端的末端执行器上的真空管接头与列车溢流口对接；
对接完成后开启上水管阀门及真空发生器，水箱内的水通过水管到达末端执行器后进入到列出注水口，且真空发生器通过真空管连接至真空管接头并对列车溢流口内抽真空；
当真空管上的流态检测装置检测到流态发生变化后并将流态变化信息传递给控制柜，控制柜控制上水管阀门及真空发生器关闭，然后退出上水管接头及真空管接头。
本发明的有益效果：本发明提供的这种列车多接口快速上水系统及方法，通过机器人的多自由度运动配合视觉系统来实现自动定位对接水管，实现列车上水自动化操作。将智能工业机器人引入旅客列车上水领域，实现上水全过程机械化与自动化，达到“机器代人”这一目的，工业机器人定位精度高，全自动连接、上水及脱管使得上水效率大大提高，以此满足列车在短时间内停留上水需求；另一方面，可有效避免传统上水人工的自身安全隐患以及自动回卷型上水栓的“卡管”隐患。
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是本发明列车多接口快速上水系统及方法的模块连接图；
图2是本发明列车多接口快速上水系统及方法的第一实施例原理示意图；
图3是本发明列车多接口快速上水系统及方法的第二实施例原理示意图；
图4是本发明列车多接口快速上水系统及方法的第三实施例原理示意图；
图5是本发明列车多接口快速上水系统及方法的第四实施例原理示意图。
附图标记说明：水箱1，变频供水设备11，水管2，上水干管21，上水支管22，控制柜3，执行单元4，机械臂41，末端执行器42，上水管接头421，真空管接头422，真空发生器5，真空罐51，真空泵52，真空干管53，真空支管54，卡箍6，线缆7，图像识别装置8。
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、完整地描述，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。
实施例一：
一种列车多接口快速上水系统，包括水箱1、水管2、控制柜3及至少一个执行单元4，所述执行单元4包括机械臂41、末端执行器42及图像识别装置8，所述末端执行器42及所述图像识别装置8均固定连接在所述机械臂41末端，所述末端执行器42上设有上水管阀门，所述图像识别装置8与所述控制柜3电连接，所述控制柜3用于控制所述机械臂41的位置状态以及上水管阀门的开关，所述末端执行器42设有至少一个接口，所述水箱1与所述末端执行器42的接口之间通过水管2连通，所述接口用于给列车上水。
由此可知，如图1所示，当列车进站需要上水时，控制柜3控制执行单元4运动至列车注水口附近，然后通过图像识别装置8进一步定位对准注水口并接上执行单元4通过水管2与水箱1连接，开启上水管阀门便可对列车进行注水。根据列车的水箱注水口的位置来选取执行单元4的个数，且根据列车接口的个数来选择末端执行器42的接口的个数，当列车两边同时需要多个执行单元4来上水时，每个注水口对应一个执行单元4，当注水口旁还有溢流口时，执行单元4末端安装上水管接头421和真空管接头422，若只有注水口则只安装上水管接头421。
进一步地，所述末端执行器42包括上水管接头421，所述上水管接头421的一端用于与列车注水口对接，另一端与所述水箱1通过水管2连通。末端执行器42还包括真空管接头422，所述真空管接头422与所述上水管接头421平行布置，所述真空管接头422的一端用于与列车溢流口对接，另一端与真空发生器5连接。真空发生器5包括真空罐51、真空泵52、真空干管53及真空支管54，所述真空泵52与所述真空罐51连接，所述真空罐51与所述真空干管53连接，所述真空干管53与所述真空支管54连接，所述真空支管54与所述真空管接头422连接。真空支管54内安装有流态检测装置，所述流态检测装置包括湿度传感器或水浸探测器，所述湿度传感器或水浸探测器与所述控制柜3电连接。
由此可知，如图1至图2所示，当列车进站停靠后，相应股道两侧的机械臂41启动，其通过图像识别装置8和臂杆的运动将末端执行器42移动至列车注水口附近，其中，末端执行器42连接有上水管接头421及真空管接头422，控制柜3根据图像识别装置8的反馈信息进一步移动末端执行器42，使得上水管接头421及真空管接头422分别与列车注水口及列车溢流口对接，当对接完毕后，开启上水管阀门，具体地，打开上水管阀门，水箱1内的水流经上水管接头421对列车车厢注水，同时开启真空管阀门，通过真空管接头422对列车水箱进行抽气，以进一步加快上水速率。当列车车厢水箱加满水后，多余的水被真空支管54抽出到真空干管53，位于真空支管54或真空干管53上的流态监测装置监测到相应的流态的变化，并将信号反馈至控制柜，控制柜发出上水终止命令，关闭上水阀门和真空管阀门，然后收回上水管接头421和真空管接头422，并保持初始位姿，上水结束。
优选的方案，还包括变频供水设备11，所述水箱1与所述变频供水设备11连接。其中，水箱1通过变频供水设备11后再连接上水干管21，上水干管21与上水支管22连接，上水支管22与上水管接头421连接。真空泵52连接真空罐51，真空罐51再连接真空干管53，真空干管53连接真空支管54，真空支管54连接真空管接头422。真空干管53与上水干管21之间通过钢筋混凝土套管套接，上水支管22与真空支管54之间通过卡箍6连接。
优选地，机械臂41底端设有导轨，所述导轨与列车平行设置。由此可知，机械臂41沿着列车轨道方向移动，方便水管对接。具体地，机械臂41具有多个自由度，可以任意调整姿态。
优选地，所述系统还包括断电保护模块，所述断电保护模块用于监测电源状态并反馈给所述控制柜3。当车站或列车整备所突然断电时，机器人自动锁定并保持断电前位姿状态不变，机器人可由人工将其调整至初始姿态。上水软管可由人工取下并进行人工上水。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，不同点在于，如图3所示，多个机械臂41位于列车的同一侧，上水原理与实施例一相同。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，不同点在于，如图4所示，机械臂41末端的末端执行器42上只有上水管接头421，上水时，只需将上水管接头421对准列车注水口即可，然后通过列车车厢内水位检测仪得知列车水位，若满了，则关闭水管即可。
实施例四：
本实施例与实施例三基本相同，不同点在于，如图5所示，多个机械臂41位于列车的同一侧，上水原理与实施例三相同。
本发明的有益效果：本发明提供的这种列车多接口快速上水系统及方法，通过机器人的多自由度运动配合视觉系统来实现自动定位对接水管，实现列车上水自动化操作。将智能工业机器人引入旅客列车上水领域，实现上水全过程机械化与自动化，达到“机器代人”这一目的，工业机器人定位精度高，全自动连接、上水及脱管使得上水效率大大提高，以此满足列车在短时间内停留上水需求；另一方面，可有效避免传统上水人工的自身安全隐患以及自动回卷型上水栓的“卡管”隐患。
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 (3)
1.一种列车多接口快速上水系统，其特征在于：包括水箱(1)、水管(2)、控制柜(3)及至少一个执行单元(4)，所述执行单元(4)包括机械臂(41)、末端执行器(42)及图像识别装置(8)，所述末端执行器(42)及所述图像识别装置(8)均固定连接在所述机械臂(41)末端，所述末端执行器(42)上设有上水管阀门，所述图像识别装置(8)与所述控制柜(3)电连接，所述控制柜(3)用于控制所述机械臂(41)的位置状态以及上水管阀门的开关，所述末端执行器(42)设有至少一个接口，所述水箱(1)与所述末端执行器(42)的接口之间通过水管(2)连通，所述接口用于给列车上水；
当列车进站需要上水时，控制柜(3)控制执行单元(4)运动至列车注水口附近，然后通过图像识别装置(8)进一步定位对准注水口并接上执行单元(4)通过水管(2)与水箱(1)连接，开启上水管阀门便可对列车进行注水；根据列车的水箱注水口的位置来选取执行单元(4)的个数，且根据列车接口的个数来选择末端执行器(42)的接口的个数，当列车两边同时需要多个执行单元(4)来上水时，每个注水口对应一个执行单元(4)，当注水口旁还有溢流口时，执行单元(4)末端安装上水管接头(421)和真空管接头(422)，若只有注水口则只安装上水管接头(421)；
所述末端执行器(42)包括上水管接头(421)，所述上水管接头(421)的一端用于与列车注水口对接，另一端与所述水箱(1)通过水管(2)连通；
所述末端执行器(42)还包括真空管接头(422)，所述真空管接头(422)与所述上水管接头(421)平行布置，所述真空管接头(422)的一端用于与列车溢流口对接，另一端与真空发生器(5)连接；
所述真空发生器(5)包括真空罐(51)、真空泵(52)、真空干管(53)及真空支管(54)，所述真空泵(52)与所述真空罐(51)连接，所述真空罐(51)与所述真空干管(53)连接，所述真空干管(53)与所述真空支管(54)连接，所述真空支管(54)与所述真空管接头(422)连接；
所述真空支管(54)内安装有流态检测装置，所述流态检测装置包括湿度传感器或水浸探测器，所述湿度传感器或水浸探测器与所述控制柜(3)电连接；
当列车进站停靠后，相应股道两侧的机械臂启动，其通过图像识别装置和臂杆的运动将末端执行器移动至列车注水口附近，其中，末端执行器连接有上水管接头及真空管接头，控制柜根据图像识别装置的反馈信息进一步移动末端执行器，使得上水管接头及真空管接头分别与列车注水口及列车溢流口对接，当对接完毕后，开启上水管阀门；具体地，打开上水管阀门，水箱(1)内的水流经上水管接头(421)对列车车厢注水，同时开启真空管阀门，通过真空管接头(422)对列车水箱进行抽气，以进一步加快上水速率；当列车车厢水箱加满水后，多余的水被真空支管(54)抽出到真空干管(53)，位于真空支管(54)或真空干管(53)上的流态监测装置监测到相应的流态的变化，并将信号反馈至控制柜，控制柜发出上水终止命令，关闭上水阀门和真空管阀门，然后收回上水管接头(421)和真空管接头(422)，并保持初始位姿，上水结束；
所述列车多接口快速上水系统还包括变频供水设备(11)，所述水箱(1)与所述变频供水设备(11)连接；其中，水箱(1)通过变频供水设备(11)后再连接上水干管(21)，上水干管(21)与上水支管(22)连接，上水支管22与上水管接头(421)连接；真空泵(52)连接真空罐(51)，真空罐(51)再连接真空干管(53)，真空干管(53)连接真空支管(54)，真空支管(54)连接真空管接头(422)；真空干管(53)与上水干管(21)之间通过钢筋混凝土套管套接，上水支管(22)与真空支管(54)之间通过卡箍(6)连接；
所述机械臂(41)底端设有导轨，所述导轨与列车平行设置；机械臂(41)沿着列车轨道方向移动，方便水管对接，具体地，机械臂(41)具有多个自由度，可以任意调整姿态；
所述列车多接口快速上水系统还包括断电保护模块，所述断电保护模块用于监测电源状态并反馈给所述控制柜(3)；当车站或列车整备所突然断电时，机器人自动锁定并保持断电前位姿状态不变，机器人可由人工将其调整至初始姿态，上水软管可由人工取下并进行人工上水。
2.根据权利要求1所述的列车多接口快速上水系统，其特征在于：所述机械臂(41)为多个，多个所述机械臂(41)均布在列车两边。
3.一种列车多接口快速上水方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的列车多接口快速上水系统，包括以下步骤：
当列车进站停靠后，控制柜(3)控制机械臂(41)移动至列车注水口附近；
控制柜(3)通过图像识别装置(8)调整机械臂(41)末端的末端执行器(42)上的上水管接头(421)与列出注水口对接，且调整机械臂(41)末端的末端执行器(42)上的真空管接头(422)与列车溢流口对接；
对接完成后开启上水管阀门及真空发生器(5)，水箱(1)内的水通过水管(2)到达末端执行器(42)后进入到列出注水口，且真空发生器(5)通过真空管连接至真空管接头(422)并对列车溢流口内抽真空；
当真空管上的流态检测装置检测到流态发生变化后并将流态变化信息传递给控制柜(3)，控制柜(3)控制上水管阀门及真空发生器(5)关闭，然后退出上水管接头(421)及真空管接头(422)。
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