CN109532943B - 列车全自动上水控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车上水，提供一种列车全自动上水控制方法，在列车进站停靠后，采用远程管理层获取列车的型号与车厢缺水信息，且将其传输至现场监控层，且利用上水机器人的精确定位缺水车厢的注水口，以控制上水机器人的上水接头与缺水车厢的注水口对接，进而再控制上水管网对该对应缺水车厢自动上水，上水完成后，上水机器人恢复至原位姿。本发明的上水控制方法中，利用上水机器人以使整个上水过程达到无人化操作的目的，不但可以提高车站上水工作的安全性，而且可以大大降低上水成本，提高上水效率。

Description

列车全自动上水控制方法

技术领域

本发明涉及列车上水，尤其涉及一种列车全自动上水控制方法。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种列车全自动上水控制方法，旨在用于解决现有列车上水比较麻烦，且安全性不高的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种列车全自动上水控制方法，包括以下步骤：

列车进站停靠，远程管理层与进站列车进行交互，获取列车的型号以及各节车厢缺水信息，且将该信息传输至现场监控层；

所述现场监控层接收所述远程管理层的缺水信息且通过上水机器人精确定位缺水车厢的注水口，所述上水机器人的上水接头与缺水车厢的注水口对接；

所述现场监控层控制上水管网向对应缺水车厢上水，且在上水完成后，所述上水机器人恢复至原位姿。

进一步地，所述上水机器人为移动式上水机器人，所述远程管理层计算出车厢注水口的推算坐标且将其传输至现场监控层，所述现场监控层控制所述上水机器人移动至推算坐标，而在上水完成后，所述上水机器人移动至原位置。

进一步地，在计算推算坐标时，远程管理层的计算机调出相应的列车信息，并引导全局相机将镜头指向相应停车股道，全局相机通过调整角度搜索列车，当全局相机中出现符合要求的图像信息时停止搜索，对图像进行轮廓特征提取，以获取列车的二维坐标信息，将二维坐标信息传输至所述远程管理层以计算出车厢注水口的推算坐标信息。

进一步地，所述上水机器人在移动至推算坐标的过程中，采用设置于所述上水接头附近的红外距离传感器辅助定位。

进一步地，在上水过程中，当现场监控层获取对应车厢的溢流信息时，上水完成，现场监控层的PLC控制器控制上水管网的上水支管对应控制阀关闭，同时打开上水管网的回水支管对应的控制阀，上水支管开始回水。

进一步地，所述PLC控制器内预设回水时间，且当回水时间结束后，所述回水支管对应的控制阀自动关闭。

进一步地，在列车停车范围内的股道两侧布设光纤槽，列车上水完成后，多余的水通过水箱的溢流管滴落至所述光纤槽，进而引起所述光纤槽内的弹性薄膜振动，并促使位于其正下方的柔性护套光纤产生应变，光纤解调仪根据光纤中的后向瑞利散射光对应变位置进行定位，并将位置信息通过以太网传输至中控室的监控计算机上，监控计算机根据该时刻站台停靠的车辆信息及发生溢流的位置信息判断发生溢流的车厢编号，并发送相应的关阀指令，关闭对应上水支管的控制阀。

进一步地，所述上水机器人为固定式上水机器人，所述上水机器人上设置有可水平旋转的立杆，在立杆上设置有2#CCD相机，在列车停靠后，控制立杆旋转，当车厢注水口出现在2#CCD相机视野中后，2#CCD相机停止转动，机械臂根据2#CCD相机定位的坐标参数将上水接头向注水口方向移动，在移动过程中，当设置于上水接头处的1#CCD相机视野中搜索到相应的注水口后，机械臂以1#CCD相机定位的坐标参数为准，将上水接头与列车注水口对接。

进一步地，当注水口处采用盖板封堵时，所述上水机器人安设有盖板启闭机构，所述上水接头与注水口对接前，先采用所述盖板启闭机构打开所述盖板，且在上水完成后，所述盖板启闭机构将所述盖板扣合至注水口。

进一步地，在上水过程中以及所述上水机器人调整位姿的过程中，采用应急处理模块始终监测所述上水机器人出现的故障信息，且当出现故障时，向所述远程管理层反馈该故障信息且通过安全控制器处理该故障信息。

本发明具有以下有益效果：

本发明的上水控制方法中，采用上水机器人，使得上水全过程可实现无人化操作，避免上水工人在股道间穿梭，消除行车及人员安全隐患；对于铁路运营单位，人力资源短缺现象愈发明显，未来人工成本将不断攀升，上水机器人可实现“机器代人”的目标，机器人使用寿命可达10～15年，后期运行维护费用远低于人工费；上水机器人上水效率高，且通过多种传感器协同控制上水量，可有效避免人工上水过程中水箱溢流现象，节约水资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的上水管网的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的上水管组与回水管组配合的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的控制流程；

图5为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的专用臂杆的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的专用臂杆的轴视图；

图7为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的专用臂杆与上水支管采用管箍配合的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的专用臂杆与上水支管采用支撑环配合的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的上水机器人采用双执行器的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的上水机器人为固定式的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的固定式机器人的1#云台的结构示意图

图12为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的全局相机与列车配合的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的移动式机器人的1#云台的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的移动式机器人与运动轴组件配合的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的溢流检测单元在股道上的布置结构示意图；

图16为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的光纤槽的结构示意图；

图17为本发明实施例提供的列车上水机器人系统的上水方法流程图。

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。

参见图1以及图2，本发明实施例提供一种列车上水机器人系统，包括远程管理层、现场监控层以及设备层；其中远程管理层主要是用于与进站列车进行信息的交互，进而可以获取列车的型号以及各节车厢的缺水信息，且将该信息传输至现场监控层，该远程管理层可以为车站的中控室，其包括远程控制计算机以及服务器，当列车进站后，列车向远程管理层发送缺水信息，同时远程管理层还能够获取该列车的型号以及停靠站台的位置；而现场监控层则是用于接收远程管理层的缺水信息以及设备层采集的定位信息，且能够根据缺水信息以及定位信息控制设备层相应的设备工作以达到对列车上水的目的，现场监控层为设备层的控制中心，设备层的各设备均由现场监控层来控制工作，同时其还与远程管理层实现信息的交互，对此远程管理层的网络交换机可以通过以太网将信息传输至现场监控层；设备层包括上水机器人1以及上水管网2，这两者为系统的主要执行部件，两者均由现场监控层来控制工作，其中上水机器人1主要是用于精确定位列车缺水车厢的水箱注水口以及用于将上水接头12与对应的缺水车厢的水箱注水口对接连通，由此上水机器人1的主要目的是与缺水车厢的水箱注水口进行精准对接，其可以相当于当前上水方式中的人工这块，一般在本系统中，上水机器人1具有多组，能够保证与进站列车的各节缺水车厢一一对应，而上水管网2则是系统的上水工作的最终执行部分，其至少部分结构是安装于对应的上水机器人1上，通过上水机器人1能够将上水管网2与缺水车厢的水箱注水口连通，进而实现对缺水车厢的上水动作，而上水机器人1的对接缺水车厢注水口动作与上水管网2的上水动作均由现场监控层来控制。在本发明中，上水全过程均可实现无人化操作，由上水机器人1完全替代当前的上水工人，进而可以有效避免在股道间有上水工人穿行，大大提高上水工人的安全以及列车在车站内的行驶安全，不但能够有效控制上水成本，而且上水效率也大大提高。

参见图2以及图3，本发明实施例还提供一种上水管网2，可以应用于上述的系统中，具体地，上水管网2包括上水管组21，上水管组21包括上水干管211以及上水支管212，其中上水干管211与上水机器人1之间为一对多关系，上水干管211一端连通至水源，另一端则沿股道间排水沟侧壁铺设，而上水支管212则与上水机器人1为一一对应关系，上水支管212安设于对应上水机器人1上，其一端与上水干管211连通，另一端则可由上水机器人1作用连通至缺水车厢的注水口，由此水源的水经上水干管211流动至上水支管212，再经由上水支管212注入缺水车厢的水箱内。具体地，上水机器人1包括可由现场监控层控制动作的机械臂11以及安设于机械臂11上且可与列车缺水车厢的水箱注水口对接的上水接头12，上水支管212与上水接头12连通。在本实施例中，上水支管212为上水软管，其沿机械臂11的延伸方向敷设且敷设于机械臂11的外侧，且与机械臂11同步动作，当上水接头12与水箱注水口对接后，上水支管212的端部与水箱注水口连通。上水支管212包括伸缩管以及直管，据上水机器人1具体的关节数和臂杆数，确定上水支管212的伸缩管数量和直管数量，直管和伸缩管内径可以在以下范围选定：25～40mm。在机械臂11上设置有臂杆套管和关节套管，通过臂杆套管和关节套管夹紧直管和伸缩管，进而能限制直管和伸缩管沿轴向与机械臂11发生相对滑动，且直管和伸缩管在检修时可在不拆卸机械臂11的条件下通过调整臂杆套管的加紧程度将上水支管212从上水机器人1底座下方抽出及插入。

一般来说，上述的水源即为车站的生活用水，具体是通过变频供水设备22将车站的生活水箱或者生活水池内的水抽取至上水干管211，再由上水干管211导入上水支管212内。变频供水设备22设在车站给水加压站内，生活水箱埋设在室外时，可采用钢筋混凝土结构，设在室内时，可采用组合式不锈钢水箱或装配式钢板水箱，变频供水设备22始终对车站给水干管进行加压，因此上水干管211中的水具有一定压力，进而通过该水压将上水支管212内的水注入列车水箱内。上水干管211从车站供水管网中引出，且沿股道间排水沟侧壁敷设，通过管箍及支架固定在上水机器人1附近。上水干管211与上水支管212之间具有两种连接方式，其中一种就是上水支管212直接通过一三通阀连通，另一种则是上水支管212与上水干管211之间通过一连接管213连通。无论是采用哪种方式，上水支管212与上水干管211均设置有控制阀214，控制阀214一般采用电磁阀，其均电连接至现场监控层，通过现场监控层控制打开，其中上水干管211的控制阀应位于上水干管211的进水口一端，用于控制上水干管211的通断，相应地上水支管212的控制阀214也应位于上水支管212的进水口一端，当该上水机器人1需要上水时，则打开上水支管212的控制阀，而当其不需要上水时，则关闭该控制阀。在连接管213内设置有止回阀215，通过止回阀215可以避免上水过程中出现倒流现象，另外在连接管213内还应设置有流量传感器216，通过流量传感器216则可以监控对应上水机器人1的每次上水水量，且还可以在连接管213处设置有手动阀217，通常情况下该手动阀217是处于打开状态，只是在需要检修或者上水支管212对应的控制阀214出现故障时，可以手动关闭手动阀，由此，沿上水支管212的水流方向，手动阀217、流量传感器216以及止回阀215依次设置。

再次参见图2以及图3，优化上述实施例，上水管网2还包括有回水管组23，回水管组23包括一端可连通至回用水箱234的回水干管231以及一端连通至上水支管212底部的回水支管232，回水支管232的另一端连通至回水干管231，回水支管232与上水支管212一一对应，回水支管232与对应的上水支管212之间通过控制阀233连接，当然该控制阀233也应是电磁阀，其与上水支管212的控制阀214可以为单独的两个，即其中控制阀214控制上水支管212的通断，另一控制阀233控制回水支管232的通断，或者上水支管212与回水支管232共用一个控制阀，则该控制阀为三通阀，当上水时，回水支管232关闭，上水支管212打开，而当上水完成后，上水支管212关闭，回水支管232打开，这种控制方式均由现场监控层控制。回水支管232内回流的水均汇聚至回水干管231，再由回水干管231排至回用水箱234，其中回水干管231可以不设置动力元件，其整体沿其内的回水方向向下倾斜设置，回水干管231内的回流水在重力作用下汇聚至回用水箱234内，一般回水干管231的倾斜角度为2‰～5‰，过小不利于回流水的流向控制，而过大则会增加回用水箱234的深度。由此，通过设置回水管组23，一方面可以起到收集上水支管212内回流水的作用，另一方面可以有效避免上水支管212内积存的水在外界温度较低的情况出现结冰的情况。针对这种情况，当上水支管212与上水干管211之间采用连接管213连通时，在连接管213的外侧还包裹有保温层，必要的情况下还可以在保温层与连接管213之间还增设有发热件，比如电热丝，电热丝也由现场监控层来控制，对此即使连接管213内出现结冰时，也可以通过发热件升温融化。一般，在回水干管231远离回用水箱234的一端设置有通气管235，通气管235具有向上延伸的弯折部，且于弯折部的上端设置有通气帽236，这主要是用于对回水干管231排气，避免在回水过程中，回水干管231内的压力过大，进而使得回水比较困难。在通气帽处还可以增设有防虫网，避免飞虫等进入回水干管231，进而造成堵塞。另外，在布置上水干管211与回水干管231时，上水干管211、回水干管231在车站每两条到发线之间均应设置，即每条上水干管211和回水干管231负责其两侧列车的上水与回水。对于回用水箱234中的水则可以用作它用，比如可以绿化以及清洗之类。

具体的上水管网2的工作如下：列车进站后，每节车厢对应一台上水机器人1，上水机器人1将上水接头12与列车注水口对接，上水支管212对应的控制阀214打开，以使上水支管212与上水干管211连通，当然在此状态，回水支管232对应的控制阀关闭，上水干管211中的水在压力作用下通过上水支管212进入列车水箱，上水完成后，上水支管212对应的控制阀214关闭，且控制回水支管232的控制阀233打开，列车注水管和上水支管212中的水通过回水支管232和回水干管231回流至车站回用水箱234。回流时间可通过现场监控层的定时器预先设定，回流结束后上水机器人1将上水接头12由列车注水口处拔除，并收回原位。

参见图1、图3以及图4，本发明实施例还提供一种上水机器人1，其也可以应用于上述的系统中，现场监控层包括PLC控制器以及机器人控制柜，其中PLC控制器用于与远程管理层进行交互，即远程管理层获取的列车缺水信息通过网络传输至PLC控制器，PLC控制器则控制机器人控制柜上述的上水管网2自动工作，即PLC控制器为上水机器人1的自动控制中心，上述的各控制阀均由PLC控制器控制工作，所述PLC控制器也可采用DSP处理器替代，通过DSP处理器实现数据处理，另外现场监控层还包括有示教器以及无线通信终端，通过示教器用于后期工作人员更改上水机器人1的控制程序，无线通信终端则用于现场监控层的无线通信，而机器人控制柜用于控制机械臂11动作以使上水接头12与对应的缺水车厢的水箱注水口对接，机器人控制柜是具体的执行控制部分，PLC控制器下达指令后，通过通信交换机传输至机器人控制柜，再由机器人控制柜控制上水机器人1工作。一般来说，机器人控制柜与上水机器人1一一对应，一个机器人控制柜控制一个上水机器人1，而PLC控制器则可以控制多个机器人控制柜。

参见图5、图6、图7以及图10，具体地，上水机器人1包括机器人本体以及底座13，机器人本体安设于底座13上，其中机器人本体包括机械臂11，机械臂11包括专用臂杆，专用臂杆包括第一主臂杆111和第一内衬臂杆112，第一主臂杆111和第一内衬臂杆112均为中空直筒状，第一内衬臂杆112通过伸缩驱动机构113沿第一主臂杆111的轴线方向伸缩套设在第一主臂杆111内，第一内衬臂杆112的末端沿其周向设置有若干个用于固定上水接头12的支撑螺栓114。该上水机器人1的专用臂杆在工作时，其第一内衬臂杆112通过伸缩驱动机构113驱动从第一主臂杆111中伸出，上水支管212通过管箍115固定在上水接头12一端的外壁后，上水支管212沿第一内衬臂杆112内敷设，第一内衬臂杆112的内径略大于上水支管212的外径，上水支管212可从第一内衬臂杆112中插入或抽出，同时连着上水接头12的端部伸入第一内衬臂杆112内，随后第一内衬臂杆112伸出第一主臂杆111一端上的支撑螺栓114调节松紧度对上水接头12进行固定，从而使得上水支管212从第一内衬臂杆112的中空结构中穿过，既能防止上水支管212在日晒雨淋下老化又能避免上水支管212在上水机器人1臂杆运动过程中与臂杆、电源线或信号线互相缠绕；同时通过设置第一内衬臂杆112实现上水支管212安装过程中与第一主臂杆111之间相互隔离，使得上水支管212漏水后水会沿第一内衬臂杆112从上水机器人1的底座13流出，不会对上水机器人1内部元器件造成损害。

参见图6以及图7，其中具体的，第一主臂杆111和第一内衬臂杆112均可选用钛合金、不锈钢、铸铁或碳纤维材料。伸缩驱动机构113可采用齿轮齿条传动组件或滚珠丝杆传动组件，齿轮齿条或滚珠丝杆传动方式为现有成熟技术，其具体结构此处不再赘述，而该齿轮齿条传动组件或滚珠丝杆传动组件与该专用臂杆安装时，齿轮齿条传动组件或滚珠丝杆传动组件安装在第一主臂杆111和第一内衬臂杆112之间，具体的，齿条沿第一内衬臂杆112的轴线方向固定在第一内衬臂杆112外壁上，齿轮穿过第一主臂杆111与齿条连接，从而通过齿轮驱动齿条沿第一内衬臂杆112的轴线方向移动而带动第一内衬臂杆112运动；对于滚珠丝杆组件驱动是将其螺杆设置在第一主臂杆111和第一内衬臂杆112之间，螺杆上的活动平台与第一内衬臂杆112固定连接，通过活动平台在螺杆上的移动而带动第一内衬臂杆112运动；由于第一内衬臂杆112伸缩量较小，因而齿轮齿条传动组件和滚珠丝杆传动组件均可采用小型结构，不会影响水上机器人的正常工作。

参见图8，本实施例中第一内衬臂杆112在第一主臂杆111中的安装位置可根据实际需要进行设计，第一内衬臂杆112位于第一主臂杆111轴线的一侧，且第一内衬臂杆112的外侧壁与第一主臂杆111的内侧壁连接；另一种布置方式中，第一内衬臂杆112与第一主臂杆111同轴布置，第一内衬臂杆112和第一主臂杆111之间沿其轴向同轴间隔设置有若干个支撑环116，支撑环116的外侧壁固定在第一主臂杆111的内侧壁上，第一内衬臂杆112与支撑环间隙配合，伸缩驱动机构113设置在第一内衬臂杆112与支撑环之间，第一内衬臂杆112可沿其轴向作伸缩运动，支撑环116用于防止第一内衬臂杆112在外界弯矩作用下沿非轴向运动。

参见图9，针对上述结构，专用臂杆主要是用于实现将上水接头12与列车的水箱注水口对接，使得上水支管212与水箱注水口连通，而实际上上水机器人1还应能够自动打开或者关闭水箱注水口的盖板，其可以具有多种实施方式，比如与上水接头12相邻布置且用于启闭注水口盖板的盖板启闭机构14，盖板启闭机构14包括真空吸盘141、与真空吸盘141连接的抽真空结构以及用于驱动真空吸盘141靠近或远离注水口盖板的吸盘驱动结构。

本实施例提供的上水机器人1，通过设置盖板启闭机构14，具有注水口盖板启闭功能及自动上水功能，可适用于各种列车的自动上水操作，有效地提高列车上水效率。采用真空吸盘141开闭列车注水口盖板，柔性的真空吸盘141不会对列车外表面及注水口盖板产生损伤，安全性高。

上述的真空吸盘141优选为是平型真空吸盘。

上述上水机器人1中，上水接头12、接头驱动结构、真空吸盘141及吸盘驱动结构均设置于上水机器人1的机械臂11上。采用上水机器人1进行注水口盖板启闭及实现上水接头12与列车上水口的对接和分离，操作性强，自动化程度高，上水效率高。该上水机器人1的机械臂11具有多自由度，自由度数量可根据实际情况进行设计，本实施例中，采用4～6自由度的机械臂11实现上述上水功能。机械臂11的自由度结构是现有技术，此处不作详述。假定机械臂11具有6个自由度时，则具有6个关节，上水机器人1每个关节处设一台交流伺服驱动器和一台谐波减速器，其中各关节的交流伺服驱动器由六关节伺服驱动器组中的对应驱动器控制，谐波减速器用于对交流伺服电机进行减速，在机器人控制柜内设置有1#运动控制器，通过1#运动控制器可以实现对各关节的交流伺服驱动器的控制，当然该1#运动控制器也可安设于上水机器人1的底座13上。

再次参见图9，在另一种实施方式中，采用双执行器的形式，在这种结构形式中，机械臂11包括第一机械臂11a、第二机械臂11b以及横杆17，第一机械臂11a的下端与机器人底座13转动连接，第一机械臂11a的上端与横杆17连接；两个第二机械臂11b的一端均与横杆17连接，两个第二机械臂11b另一端分别连接有第一末端执行器15和第二末端执行器16；第一末端执行器15上设有上水接头12，上水接头12与上水支管212连通；第二末端执行器16上设有用于对列车水箱抽气的真空管接头161，真空管接161头与真空软管162连通。本实施例提供的上水机器人1与列车车厢一一对应，即每节车厢对应一台上水机器人1，上水机器人1固定在相邻两条到发线股道之间，到并与股道保持安全距离，每台上水机器人1可负责其临近的两条到发线上列车的上水工作；上水机器人1通过上水接头12和真空管接头161配合，在上水接头12上水的同时，真空管接头161对列车水箱进行抽气，使列车水箱内气压降低，有效提升上水速率；上水全过程可实现无人化操作，避免上水工人在股道间穿梭，消除行车及人员安全隐患。真空管接头161可以替换成真空吸盘141，通过真空吸盘141可以将注水口的盖板打开或者关闭，具体是在上水之前，先采用真空吸盘141吸附在盖板上以打开盖板，再将上水接头12对接注水口，且在上水完成后，再采用真空吸141盘将盖板封堵注水口。

参见图10，一般来说，在机械臂11靠近上水接头12处设置有用于精确定位对应缺水车厢的水箱注水口的视觉定位组件3，而上水机器人1可以采用两种形式，一种是固定式，另一种则为移动式，针对不同行驶的上水机器人1，视觉定位组件3具有不同的形式。

参见图10以图11，当为固定式时，则按照列车水箱的分布情况来布置，各上水机器人1按照股道的长度方向依次间隔设置，当列车停靠后，各上水机器人1与列车的各水箱一一对应。视觉定位组件3包括1#CCD相机31、1#云台32、1#手动转轴、1#LED光源33、2#CCD相机34、2#LED光源35、2#云台36、2#手动转轴、电动转轴、立杆37。1#云台32固定在机械臂11末端臂杆上，云台上装有两台1#CCD相机31和一个1#LED光源33，其中1#LED光源33安装在两台1#CCD相机31之间，1#云台32上设有1#手动转轴，可用于手动调节1#CCD相机31及1#云台32俯仰角。立杆37固定在机器人底座13上，立杆37顶部从下至上依次是电动转轴、2#云台36(含2#手动转轴)、2#CCD相机34和2#LED光源35。电动转轴可沿水平方向转动，其最大转角α不小于166°，通过调节2#云台36中的2#手动转轴，可调节2#CCD相机34的俯仰角。机器人控制柜中除设有机械臂11的控制装置外，还设有图像采集卡，图像采集卡与各相机通过信号线连接。

列车进站停靠后，位于立杆37上的2#CCD相机34通过电动转轴在水平方向旋转，以寻找对应车厢的注水口，当注水口出现在2#CCD相机34视野中后，2#CCD相机34停止转动，机械臂11根据2#CCD相机34定位的坐标参数将末端上水接头12向列车注水口方向移动，在移动过程中，当1#CCD相机31视野中搜索到相应的注水口后，机械臂11以1#CCD相机31定位的坐标参数为准，将上水接头12与列车注水口对接，开始注水，注水完成后机械臂11收回原位。特别的，当外界光照条件较差时，可打开1#LED光源33和2#LED光源35。

参见图10、图12以及图13，当为移动式上水机器人1时，视觉定位组件3包括一级定位组件、二级定位组件以及三级定位组件，无需采用固定式结构中的立杆37；一级定位组件，用于初步定位当前进站列车的停车位置信息；控制中心，用于接收一级定位组件传来的停车位置信息，并结合列车的列车信息推算出需要加水的车厢的推算坐标，并控制列车上水机器人1朝推算坐标处移动；二级定位组件，用于在移动的过程中定位到需要加水的车厢后，控制列车上水机器人1停止移动；三级定位组件，用于对相应的车厢上的注水口进行定位，并将定位信息发送至列车上水机器人1的机器人控制柜；机器人控制柜接收到所述定位信息后，驱使其上水接头12对接对应的车厢上的注水口并完成注水任务。本实施例适用于列车上水机器人1数量不多时的情况，通过本方法，设置少量的上水机器人1即可完成整辆列车的上水工作，当然上水机器人1的个数与列车水箱的个数一一对应，具体的，需要通过三级定位来实现。其中，一级定位组件是在列车进站时就对其停车位置进行定位，二级定位组件通过远程管理层推算出来的推算坐标将列车上水机器人1定位到需要加水的车厢附近，三级定位组件最终定位到注水口的位置使得列车上水机器人1完成注水任务。通过这三级定位，使得整个注水过程全自动运行，不仅节省了人力成本，而且还解决了安全隐患。一级定位组件包括在列车停车的股道的上方布设全局相机38，所述全局相机38用于对列车图像进行轮廓特征提取；二级定位组件包括红外距离传感器39，红外距离传感器39用于对移动距离进行判断；三级定位组件包括双目相机，具体即为采用类似于上述的两个1#CCD相机31，用于上水接头12与注水口对接，红外距离传感器39位于两个1#CCD相机31之间。

参见图14，另外针对移动式上水机器人1，还应设置有运动轴组件，运动轴组件包括运动轴底座13、运动轴导轨18、支撑件和移动件19，运动轴底座13设置在车站股道间排水沟的盖板上，运动轴导轨18安装在运动轴底座13上，支撑件底部通过移动件连接在运动轴导轨18上，上水机器人1的底座13设置在支撑件上表面，该运动轴组件的长度根据车站或客车整备所不同车型车厢停靠范围进行确定，使得每节车厢对应一段运动轴组件，该运动轴组件可分定制运动轴组件和模块式运动轴组件两种，其中模块式运动轴组件具有标准长度，可根据不同车站的具体需求进行拼接，而对于部分现场条件复杂的车站，可根据其具体情况进行定制运动轴组件(长度、宽度作适当调整)，而上水机器人1通过移动件可沿运动轴导轨在运动轴底座13上移动，其在运动轴底座13上的移动范围内可实现对不同停靠位置的车厢进行上水；机器人控制柜设置在运动轴组件一端部排水沟的盖板上，机器人控制柜通过电缆与上水机器人1电连接，通过机器人控制柜的信号输出控制上水机器人1的移动及上水操作。本实施例提供的这种上水机器人1结构简单，上水效率高，上水工作范围大，上水机器人1可在运动轴组件上移动进行上水，较现有固定式上水设备具有更大的工作范围，且能允许不同车次列车停靠位置存在一定差异，能适应不同型号列车的上水需求。其中移动件19与运动轴导轨18之间采用齿轮齿轨的配合形式，两者相互啮合，其中运动轴导轨18的齿轨沿股道的长度方向延伸，移动件19采用2#运动控制器控制移动件工作，具体地移动件19的移动通过2#运动控制器对滚轮伺服驱动器的控制来实现，滚轮伺服驱动器控制交流伺服电机，减速器用于对交流电机进行减速，其中2#运动控制器也位于机器人控制柜内。

参见图14-图16，本发明实施例还应设置有溢流检测单元4，用于监测上水过程中对应缺水车厢的水箱是否出现溢流，且在溢流时将溢流信息传输至现场监控层。对于溢流检测单元具有两种形式，其中一种是通过列车向现场监管层发出溢流信息，具体是列车上设置有溢流检测传感器，当出现溢流时该溢流检测传感器将该溢流信息无线传输至现场监管层，现场监管层的PLC控制器控制上水管网2停止上水。而在另一种实施方式是基于分布式光纤，包括柔性护套光纤42、刚性护套光纤43、光纤槽44、光纤支架45、弹性薄膜46、光纤解调仪47。光纤解调仪47布置在各车站的控制室，刚性护套光纤43分别从光纤解调仪47的1～3通道引出，并以光缆的形式埋地敷设，引至车站到发线一侧。在到发线列车停车范围内，将三条光纤从光缆中引出，取消最外层刚性护套，使之成为柔性护套光纤42，并沿光纤槽44中敷设。光纤槽44平行于股道并位于列车溢流管41下方。光纤槽44仅在列车停车范围内的股道两侧布设，在列车停车范围外光纤恢复最外层的刚性护套，并继续以光缆形式就近沿涵洞或套管穿越股道，在股道另一侧沿股道平行敷设，在列车停车范围内，取消最外层刚性护套41，使之成为柔性护套光纤42，并沿光纤槽44中敷设。离开列车停车范围后，三条光纤以光缆形式回到控制室中的光纤解调仪47上，形成监测回路。列车上水完成后，多余的水通过溢流管41以及车厢另一侧的上水管网2溢出，并跌落在位于溢流管以及车厢另一侧的上水管网2正下方光纤槽44弹性薄膜46上，弹性薄膜46产生微小振动，并促使位于其正下方的柔性护套光纤42产生应变，光纤解调仪47根据光纤中的后向瑞利散射光对应变位置进行定位，并将位置信息通过以太网传输至中控室的监控计算机(远程管理层)上，监控计算机根据该时刻站台停靠的车辆信息及发生溢流的位置信息判断发生溢流的车厢编号，并发送相应的关阀指令，关闭对应上水支管212的控制阀。以上各信号通过光纤传输，传播速度快，全程自动控制。

参见图4以及图14，本发明实施例提供的系统还包括有应急处理模块，用于反馈上水机器人1出现的故障信息且处理该故障信息，包括有安全控制器，上述的1#运动控制器以及2#运动控制器均由安全控制器控制。上水机器人1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、上水机器人1负载过大导致电机损坏。其中运动轨迹可通过设置于上水机器人1各关节中的霍尔传感器监测，霍尔传感器与磁编码器配合能够监测上水机器人1对应关节的位置信息，进而通过各关节的位置信息确定机械臂11整体的运动轨迹，关节温度可通过各关节中的温度传感器监测，上水机器人1各关节所承受负载可通过各关节中的力矩传感器监测，在机器人控制柜内还设置有数据采集卡，霍尔传感器、磁编码器、温度传感器以及力矩传感器采集的数据信息传输至数据采集卡，数据采集卡采集的数据信息传输至现场监控层。当上水机器人1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数据采集卡进行简单处理，信号处理后一方面将信号发送至远程管理层的监控计算机上，另一方面控制上水机器人1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。监控计算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，则上水机器人1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，则暂停上水机器人1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，则调整相应上水机器人1上水支管212的控制阀开度，并进一步判断负载是否回归正常，若负载正常，上水机器人1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；若上水机器人1发生其他故障，监控计算机发出未知故障警报，通知值班人员检修。

参见图1、图2、图12、图13以及图17，本发明实施例还提供一种列车全自动上水控制方法，其应用于上述的系统，主要是针对移动式上水机器人1，具体包括以下步骤：

列车进站停靠，远程管理层可以根据进站的列车的型号以及列车停靠的位置推算出列车需要加水车厢的注水口的推算坐标，同时还可以获取列车的车厢缺水信息，至于缺水信息包括哪节车厢缺水，还可以包括缺水量为多少，远程管理层将获取的推算坐标以及车厢缺水信息发送至现场监控层，具体是发送至现场监控层的PLC控制器，其中远程管理层在获取列车型号以及列车停靠的位置信息主要是通过设置于站顶的全局相机38来获取，当列车进站后，远程管理层的计算机调出相应的列车信息(包括停靠位置、编组数、每节车厢长度、注水口与车厢的相对位置关系、水箱容积等)，并引导全局相机38将镜头指向相应停车股道，全局相机38通过调整角度搜索列车，当全局相机38中出现符合要求的图像信息时停止搜索，对图像进行轮廓特征提取，并将轮廓特征转换为二维坐标信息，二维坐标信息即推算坐标信息，再将其传输至远程管理层的计算机，还可以只是扫描列车停止后的列车的头尾两处的位置，由于注水口在列车的固定位置，因此可以根据该辆列车的型号计算出需要加水的车厢的注水口的推算坐标；

现场监控层的PLC控制器根据推算坐标控制机器人控制柜的2#运动控制器工作，进而由2#运动控制器控制对应的上水机器人1移动至上述推算坐标位置，在该移动过程中通过红外距离传感器39进行辅助定位，红外距离传感器39设置于上水机器人1的上水接头12附近，通过红外距离传感器39监测上水机器人1与对应车厢之间的距离以识别相应的车厢，以使上水机器人1的末端执行器到达相应的车厢的注水口附近，红外距离传感器39是初步定位对应车厢的注水口；

通过上水机器人1的上水接头12附近的CCD相机识别对应车厢的注水口，精确定位车厢的注水口，1#CCD相机31为两个，前述的红外距离传感器39位于这两个1#CCD相机31之间，上水机器人1调整至相应的位姿，以使上水接头12能够与对应车厢的注水口对接，且根据列车的类型不同上水接头12与注水口的对接方式也不同，假定注水口处设置有盖板，比如动车，则可以采用上水机器人1先打开盖板，再将上水支管212插入注水口内，以使上水管网2与注水口连通，假定为普通列车，注水口处没有设置盖板时，则可以直接将上水支管212插入注水口内；

PLC控制器开始控制上水干管211与上水支管212的控制阀打开，采用变频供水设备22对上水干管211供水，水依次经上水干管211以及上水支管212进入车厢水箱内，且当车厢水箱产生溢流时，表明该水箱上水完成，具体是PLC控制器接收到溢流信息后，关闭上水支管212对应的控制阀，且打开回水支管232对应的控制阀，上水支管212内存留的水开始由回水支管232回流至回水干管231，回水时间可以在PLC控制器预设，且当预设时间完成后表明回水完成，PLC控制器控制回水支管232对应的控制阀关闭；

PLC控制器控制上水机器人1工作，以使上水支管212的末端由注水口内拔出且恢复至原状态，此时根据列车类型的不同进行区分，当为动车时上水机器人1还将盖板扣合至注水口上，且控制上水机器人1恢复至原姿态，2#运动控制器控制机器人回至原位置，且在该列车所有的水箱均上水完成后，控制变频供水设备22不再对上水干管211供水，上水干管211对应的控制阀关闭。

在上述过程中，可以有效实现整个上水过程的无人化，不但可以保证站内的安全性，降低人工成本，而且能够提高上水效率，上水时间大大缩短。当然，在另外一种实施方式中，比如上水机器人1为固定式时，则上水机器人1无需沿股道的长度方向移动，具体是在上水前与上水后上水机器人1均不会移动，进而使得定位方式也具有较大的差别，具体可参考上述系统中固定式上水机器人1的定位过程，在此不再赘述。另外，在上水时处产生应急故障时，本发明实施例提供的上水方法可以由应急处理模块进行反馈处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种列车全自动上水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

列车进站停靠，远程管理层与进站列车进行交互，获取列车的型号以及各节车厢缺水信息，且将该信息传输至现场监控层，所述上水机器人为移动式上水机器人，所述远程管理层计算出车厢注水口的推算坐标且将其传输至现场监控层，所述现场监控层控制所述上水机器人移动至推算坐标，而在上水完成后，所述上水机器人移动至原位置，在计算推算坐标时，远程管理层的计算机调出相应的列车信息，并引导全局相机将镜头指向相应停车股道，全局相机通过调整角度搜索列车，当全局相机中出现符合要求的图像信息时停止搜索，对图像进行轮廓特征提取，以获取列车的二维坐标信息，将二维坐标信息传输至所述远程管理层以计算出车厢注水口的推算坐标信息；

所述现场监控层接收所述远程管理层的缺水信息且通过上水机器人精确定位缺水车厢的注水口，所述上水机器人的上水接头与缺水车厢的注水口对接；

所述现场监控层控制上水管网向对应缺水车厢上水，且在上水完成后，所述上水机器人恢复至原位姿。

2.如权利要求1所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：所述上水机器人在移动至推算坐标的过程中，采用设置于所述上水接头附近的红外距离传感器辅助定位。

3.如权利要求1所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：在上水过程中，当现场监控层获取对应车厢的溢流信息时，上水完成，现场监控层的PLC控制器控制上水管网的上水支管对应控制阀关闭，同时打开上水管网的回水支管对应的控制阀，上水支管开始回水。

4.如权利要求3所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：所述PLC控制器内预设回水时间，且当回水时间结束后，所述回水支管对应的控制阀自动关闭。

5.如权利要求3所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：在列车停车范围内的股道两侧布设光纤槽，列车上水完成后，多余的水通过水箱的溢流管滴落至所述光纤槽，进而引起所述光纤槽内的弹性薄膜振动，并促使位于其正下方的柔性护套光纤产生应变，光纤解调仪根据光纤中的后向瑞利散射光对应变位置进行定位，并将位置信息通过以太网传输至中控室的监控计算机上，监控计算机根据所述光纤槽内的弹性薄膜振动时刻站台停靠的车辆信息及发生溢流的位置信息判断发生溢流的车厢编号，并发送相应的关阀指令，关闭对应上水支管的控制阀。

6.如权利要求1所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：所述上水机器人为固定式上水机器人，所述上水机器人上设置有可水平旋转的立杆，在立杆上设置有2#CCD相机，在列车停靠后，控制立杆旋转，当车厢注水口出现在2#CCD相机视野中后，2#CCD相机停止转动，机械臂根据2#CCD相机定位的坐标参数将上水接头向注水口方向移动，在移动过程中，当设置于上水接头处的1#CCD相机视野中搜索到相应的注水口后，机械臂以1#CCD相机定位的坐标参数为准，将上水接头与列车注水口对接。

7.如权利要求1所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：当注水口处采用盖板封堵时，所述上水机器人安设有盖板启闭机构，所述上水接头与注水口对接前，先采用所述盖板启闭机构打开所述盖板，且在上水完成后，所述盖板启闭机构将所述盖板扣合至注水口。

8.如权利要求1所述的列车全自动上水控制方法，其特征在于：在上水过程中以及所述上水机器人调整位姿的过程中，采用应急处理模块始终监测所述上水机器人出现的故障信息，且当出现故障时，向所述远程管理层反馈该故障信息且通过安全控制器处理该故障信息。

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