CN109532944B - 一种列车上水机器人多级定位上水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车上水技术领域，提供了一种列车上水机器人多级定位上水系统，包括列车上水机器人、一级定位组件、二级定位组件、三级定位组件以及控制中心；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，结合列车的列车信息推算出需要加水的车厢的推算坐标，控制列车上水机器人朝推算坐标处移动；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的控制柜；列车上水机器人的控制柜接收到定位信息后，驱使注水部完成任务。本发明通过多级定位上水，解放了劳动力。

Description

一种列车上水机器人多级定位上水系统

技术领域

本发明涉及列车上水技术领域，具体为一种列车上水机器人多级定位上水系统。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种列车上水机器人多级定位上水系统，通过多级定位上水，解放了劳动力，一方面节省了人工成本，另一方面还消除了安全隐患。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种列车上水机器人多级定位上水系统，包括列车上水机器人，其特征在于，还包括一级定位组件、二级定位组件、三级定位组件以及控制中心；

所述一级定位组件，用于初步定位当前进站列车的停车位置信息；

所述控制中心，用于接收所述一级定位组件传来的停车位置信息，并结合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朝所述推算坐标处移动；

所述二级定位组件，用于在移动的过程中定位到需要加水的车厢后，控制所述列车上水机器人停止移动；

所述三级定位组件，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的控制柜；

所述列车上水机器人的控制柜接收到所述定位信息后，驱使其注水部对接对应的车厢上的注水口并完成注水任务。

进一步，所述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，所述全局相机用于对列车图像进行轮廓特征提取。

进一步，所述一级定位组件还包括第一图像采集卡，所述第一图像采集卡对所述轮廓特征进行处理，将其转化为第一数据信息；所述控制中心包括图像处理系统，所述图像处理系统接收所述第一数据信息并处理为二维坐标信息。

进一步，所述二级定位组件包括第一距离传感器，所述第一距离传感器用于对移动距离进行判断。

进一步，所述三级定位组件包括双目相机、云台以及底座，所述列车上水机器人包括可朝需要加水的车厢的注水口处移动的机械臂，所述机械臂的一端安装在所述底座上，所述云台安装在所述机械臂远离所述底座的一端，所述双目相机安装在所述云台上；所述云台用于搜索注水口，并对找到的所述注水口图像进行轮廓特征提取，并将轮廓特征转换为三维坐标。

进一步，所述三级定位组件还包括电动转轴以及立柱，所述立柱安装在所述机械臂上，所述电动转轴安装在所述立柱上，所述云台安装在所述电动转轴上；所述电动转轴能够在垂直于机械臂的平面上旋转。

进一步，所述三级定位组件还包括第二距离传感器，所述第二距离传感器设于所述双目相机之间。

进一步，所述双目相机均为CCD相机。

进一步，所述列车上水机器人的所述控制柜包括手眼转换与逆运动分析模块，所述手眼转换与逆运动分析模块用于根据所述控制柜接收的定位信息为所述机械臂设定运动轨迹。

进一步，所述列车上水机器人的注水部包括可与注水口对接的上水头部，所述上水头部安设于所述机械臂的端部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种列车上水机器人多级定位上水系统，通过多级定位上水，解放了劳动力，一方面节省了人工成本，另一方面还消除了安全隐患。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种列车上水机器人多级定位上水系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种列车上水机器人多级定位上水系统的三级定位组件的主视视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种列车上水机器人多级定位上水系统的三级定位组件的俯视视角的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种列车上水接头的结构示意图；

图5为图4列车上水接头中的上水夹具的结构示意图；

图6为图5上水夹具的受力示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种列车上水接头的结构示意图；

图8和图9为图7列车上水接头中的上水夹具的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的柔性内壁包覆层外设有上水夹具的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种列车上水机器人多级定位上水系统中的列车上水机器人的结构示意图。

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。

请参阅图1和图11，本发明实施例提供一种列车上水机器人多级定位上水系统，包括列车上水机器人100，其特征在于，还包括一级定位组件、二级定位组件、三级定位组件以及控制中心；所述一级定位组件，用于初步定位当前进站列车2的停车位置信息；所述控制中心，用于接收所述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100朝所述推算坐标处移动；所述二级定位组件，用于在移动的过程中定位到需要加水的车厢后，控制所述列车上水机器人100停止移动；所述三级定位组件，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100的控制柜3；所述列车上水机器人100的控制柜3接收到所述定位信息后，驱使其注水部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100数量不多时的情况，通过本方法，设置少量的列车上水机器人100即可完成整辆列车的上水工作，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，二级定位组件时通过控制中心推算出来的推算坐标将列车上水机器人100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100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。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1、图2、图3以及图11，所述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1，所述全局相机1用于对列车图像进行轮廓特征提取。所述一级定位组件还包括第一图像采集卡，所述第一图像采集卡对所述轮廓特征进行处理，将其转化为第一数据信息；所述控制中心包括图像处理系统，所述图像处理系统接收所述第一数据信息并处理为二维坐标信息。在本实施例中，列车进站后即停靠在股道上，因此预先在股道上方，即车站顶棚底或梁底安装全局相机1，具体安装数目根据车站规模确定，各全局相机1叠加后视野能够包含所有到发线的停车范围。当列车进站后，全局相机1启动，通过调整角度来寻找列车，当全局相机1中出现列车时就停止寻找，此时通过全局相机1对该趟列车的轮廓特征进行提取。当然，除了通过全局相机1扫描全貌图像以外，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，因此可以根据该辆车的型号计算出需要加水的车厢的二维坐标。该第一图像采集卡设于所述列车上水机器人100的控制柜3中，它与上述的全局相机1通过信号线4连接，用于将图像信息转化为第一数据信息。此处的第一图像采集卡和第一数据信息中的“第一”，是为了与后面的图像采集卡和数据信息进行区分。

作为本发明实施例的优化方案，所述列车信息具体包括停靠位置、编组数、每节车厢长度、注水口与车厢之间的相对位置关系以及水箱容积。在本实施例中，所述停靠位置，它能够反映列车进入的股道以及停止的大致位置；所述编组数，它是车厢的数量；所述每节车厢长度，它能够方便列车上水机器人100快速地得知需要加水的车厢的位置；注水口与车厢之间的相对位置，它能够加快列车上水机器人100寻找相应的注水口的位置的速度；水箱容积，能够便于列车上水机器人100对水箱中水量的把控。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2和图3，所述二级定位组件包括第一距离传感器8，所述第一距离传感器8用于对移动距离进行判断。在本实施例中，通过第一距离传感器8能够在列车上水机器人100在移动的过程中进行辅助定位。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅2、图3和图11，所述三级定位组件包括双目相机5、云台10以及底座，所述列车上水机器人100包括可朝需要加水的车厢的注水口处移动的机械臂7，所述机械臂7的一端安装在所述底座上，所述云台10安装在所述机械臂7远离所述底座的一端，所述双目相机5安装在所述云台10上，它能够获取三维图像信息，以便于最终转换为三维坐标；所述云台10用于搜索注水口，并对找到的所述注水口图像进行轮廓特征提取，并将轮廓特征转换为三维坐标。所述三级定位组件还包括电动转轴11以及立柱，所述立柱安装在所述机械臂7上，所述电动转轴11安装在所述立柱上，所述云台10安装在所述电动转轴11上；所述电动转轴11能够在垂直于机械臂7的平面上旋转。在本实施例中，所需要的结构部分具体包括：机械臂7、云台10、双目相机5、上水头部6，其中双目相机5设在云台10上。在云台10下方设有电动转轴11，电动转轴11的下方设有支柱12，支柱12安装在机械臂7上，该电动转轴11可以在垂直于机械臂7的平面上旋转一定的角度，以调整云台10的方向，实现俯仰调节，以加快定位的速度。三维坐标也是由上述的控制中心(即PC机)中的图像处理系统处理后得出。

进一步优化上述方案，所述三级定位组件还包括第二距离传感器9，所述第二距离传感器9设于所述双目相机5之间。采用第二距离传感器9探测所述机械臂7前进的距离，以防止撞到所述注水口。在本实施例中，此处采用的第二距离传感器9可以跟上述的第一距离传感器8为同一特征，此处分第一第二只是为了方便引用描述。当然，为不同的距离传感器也是可以的。优选的，该距离传感器的数量可以有两个，均设于两个相机之间。它可以是红外距离传感器、超声波距离传感器或其他距离传感器。

作为本发明实施例的优化方案，所述双目相机5均为CCD相机。当然除了采用CCD相机以外，还可以采用如红外相机等只要能够采取图像的相机即可。

作为本发明实施例的优化方案，将轮廓特征转换为三维坐标的方式具体为：采用第二图像采集卡对轮廓特征进行处理，将其转化为第二数据信息；采用所述控制中心中的图像处理系统接收所述第二数据信息并处理为三维坐标信息。在本实施例中，该第二图像采集卡与上述的第一图像采集卡相同，均是为了将图像信息转化为数据信息以供图像处理系统接收并处理，它也是存在于控制柜3中。

作为本发明实施例的优化方案，所述列车上水机器人100的所述控制柜3包括手眼转换与逆运动分析模块，所述手眼转换与逆运动分析模块用于根据所述控制柜3接收的定位信息为所述机械臂7设定运动轨迹。在本实施例中，当得到三维坐标后，就能够通过手眼转换以及逆运动分析进行轨迹规划，以得到机械臂7运动的路径，机械臂7照着该路径运动，即可准确地将注水部对接到需要注水的车厢上的注水口中并完成注水任务。当完成注水任务后，机械臂7再原路放回，到达初始位置，等待下次动作指令。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图11，所述列车上水机器人100的注水部包括可与注水口对接的上水头部6，所述上水头部6安设于所述机械臂7的端部。在本实施例中，该上水头部6跟着机械臂7一起移动，它可以与注水口进行对接注水。

优化上述上水头部6，其包括接头壳体301，所述接头壳体301的出口端向外凸出设置有上水端套302，所述上水端套302为能够套装至列车注水口上的柔性环状件。

易于理解地，上述上水端套302的内壁直径大于列车注水口的外壁直径，以保证该上水端套302能够套入列车注水口上。一般地，列车注水口为圆柱直管，上述上水端套302可对应采用圆柱状结构；在另外的实施例中，其也可为沿上水方向直径逐渐增大的圆台状结构，且其最小内径以大于列车注水口外径为宜。该上水端套302自接头壳体301的出口端向外凸出设置，也即沿接头壳体301的轴向该上水端套302连接于接头壳体301的出口侧，在上水头部6与列车注水口对接时，该上水端套302先套入列车注水口至与列车注水口外壁或列车注水口周围水箱壳体接触。

本实施例提供的列车上水头部6，在接头壳体301出口端设置柔性的上水端套302，当上水头部6与列车注水口对接后，通过沿接头壳体301轴向施加一定的压力，可使上水端套302发生压缩变形，从而实现上水过程中的密封。

进一步优化上述列车上水头部6的结构，如图4-图9，所述上水端套302之外设有用于将其夹紧在所述列车注水口上的上水夹具303，一方面保证上水端套302与列车注水口的可靠连接，另一方面，在上述使上水端套302沿轴向被压缩的基础上，还可进一步地使上水端套302沿径向发生压缩变形，从而有效地保证上水过程中的密封性，防止上水过程中漏水现象的发生。

上述的上水夹具303可以为手动夹具，如设置管箍，通过人工控制管箍的松紧即可。在本实施例中，优选为采用自动夹紧和松脱的上水夹具303；具体地，以下例举几种上水夹具303的实施例：

(1)如图4-图6，所述上水夹具303包括具有环形内腔的柔性环箍3032以及嵌置于所述环箍3032内腔中的多个电磁铁3031，各所述电磁铁3031沿所述环箍3032内腔的周向间隔布置，且每相邻两所述电磁铁3031的相互靠近的磁极异名。优选地，上述柔性环箍3032为柔性复合薄膜结构，由柔性复合薄膜围设形成其环箍3032内腔，各电磁铁3031均被柔性复合薄膜包覆；该柔性复合薄膜优选为具有一定的厚度，而且能够收缩变形，同时当外力消失时能够还原为原来的形状尺寸，例如其可采用橡胶软管或硅胶软管等。

具体地，如图6示出了各电磁铁3031通电时的受力情况，当各电磁铁3031通电时，相邻电磁铁3031之间由于以异名磁极的方式布置，可以相互吸引，最终可使各电磁铁3031排列成的磁铁圈收缩变小，柔性环箍3032随之收缩变形，使上水端套302夹紧列车注水口。各电磁铁3031失电时，在柔性环箍3032的复原作用下，实现各电磁铁3031复位。

各所述电磁铁3031均优选为是圆弧形电磁铁3031，且各所述电磁铁3031呈均匀间隔布置，保证每个电磁铁3031受到的磁作用力的合力指向环箍3032中心，使得各电磁铁3031始终以圆形磁铁圈的形式排布，保证上水端套302与列车注水口之间的夹紧效果。

(2)如图7-图9，所述上水夹具303包括箍紧件3034及与所述箍紧件3034的活动部连接以用于驱使所述箍紧件3034抱紧或松开的电磁铁组件。

上述箍紧件3034可为抱箍，包括两个半片箍板，半片箍板具有两个翼板，每侧相对的两个翼板分别设有电磁铁且该两个翼板之间通过复位弹簧连接，两个电磁铁得电时，该两个电磁铁相吸并克服复位弹簧的弹力作用而使得两个翼板相互靠近，从而使抱箍抱紧，各电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下使抱箍松脱。

在本实施例中，如图8和图9，所述箍紧件3034为喉箍3034，于箍带上开设有穿设孔，所述箍带的其中一端穿过所述穿设孔并使所述箍带围设成环，所述电磁铁组件包括分别固定在所述箍带的两个端部的两个活动电磁铁3036以及分别固定在所述箍带外带面上的两个固定电磁铁3035，两所述活动电磁铁3036位于两所述固定电磁铁3035之间且分别靠近两所述固定电磁铁3035，每一所述固定电磁铁3035与相邻的所述活动电磁铁3036的相互靠近的磁极异名且通过连接绳3038连接。具体地，该箍带的其中一端的宽度小于其它部分箍带的宽度，从而该窄端带体可以穿过上述的穿设孔；窄端带体有一定的长度，保证其能相对于穿设孔活动而实现所围设成的喉口大小的调节。在不通电状态下，固定电磁铁3035与相邻的活动电磁铁3036相互远离，二者之间的连接绳3038处于紧绷状态，各电磁铁得电时，固定电磁铁3035与相邻的活动电磁铁3036之间相互吸引而靠近，使喉箍3034收缩夹紧上水端套302。

进一步优选地，如图8，所述喉箍3034上设有滑动罩3037，所述滑动罩3037与所述喉箍3034的外带面围设形成用于限定所述活动电磁铁3036沿所述箍带周向滑移的滑动腔，各电磁铁均收容于所述滑动腔内。可以理解地，为配合喉箍3034缩放的特点，上述滑动罩3037可以在中间位置处(即沿喉箍3034周向的该滑动罩3037的中间位置处，也即位于两个活动电磁铁3036之间)断开为可相对滑动的结构，或者设置为可折叠波纹板，等等，此处不作详述。通过设置滑动罩3037，用以限定活动电磁铁3036与固定电磁铁3035之间沿特定的方向相对运动，可以保证喉箍3034的夹紧效果。

可以理解地，上述电磁铁的导线可以在接头壳体301外壁上走线，并进一步从列车上水机器人100的机械臂7内走线。

接续上述列车上水头部6的结构，如图4、图7和图10，上述接头壳体301内壁设有柔性内壁包覆层304，可以进一步地提高上水头部6与列车注水口对接后的密封性，以及减小接头壳体301与列车注水口之间的碰撞摩擦。优选为上述上水端套302与该柔性内壁包覆层304为一体结构，即上水端套302为该柔性内壁包覆层304向外延伸形成，或者说上水端套302延伸至渐扩段3011内且与渐扩段3011内壁固连，保证密封可靠性。上述的柔性内壁包覆层304与接头壳体301之间可采用粘接的方式固定。进一步优选地，上述柔性内壁包覆层304在壳体出口端处能沿径向相对于渐扩段3011内壁活动，即与渐扩段3011内壁不粘接在一起，优选为二者之间具有一定的间隙，便于上水端套302能沿径向夹紧列车注水口。

进一步优选地，如图4、图7和图10，所述接头壳体301包括沿上水方向渐扩延伸至壳体出口端的渐扩段3011。采用渐扩式的上水头部6，可以适应不同的列车注水口型号，实现安全、便捷的上水过程，消除因上水头部6与列车注水口型号不匹配造成的水资源浪费现象。进一步地，如图4、图7和图10，该接头壳体301还包括与上述渐扩段3011小直径端连接的等径段3012，该等径段3012可通过固定结构(如管箍、套环等)固定在列车上水机器人100上，且与上水软管200对接。由于该等径段3012不与列车注水口对接，因此可不设上述的柔性内壁包覆层304。

作为优选的实施方式，如图10，于柔性内壁包覆层304外套装有至少一组上述的上水夹具303，柔性内壁包覆层304的远离壳体出口端的一端与接头壳体301内壁固连。该上水夹具303的结构此处不作赘述。基于该结构，除上水端套302可夹紧列车注水口外，内部的柔性内壁包覆层304也可夹紧列车注水口，实现多层夹紧密封，显著地提高密封效果，减少水资源浪费。尤其地，对于上述接头壳体301包括渐扩段3011的结构，可以避免列车注水口外壁与接头壳体301内壁之间冲水鼓胀而影响注水效果及上水密封性。

另外，如图4，上述接头壳体301外壁上还包覆有外壁橡胶包覆层305，可以较好地保护上水头部6。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种列车上水机器人多级定位上水系统，包括列车上水机器人，其特征在于，还包括一级定位组件、二级定位组件、三级定位组件以及控制中心；

所述一级定位组件，用于初步定位当前进站列车的停车位置信息；

所述控制中心，用于接收所述一级定位组件传来的停车位置信息，并结合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朝所述推算坐标处移动；

所述二级定位组件，用于在移动的过程中定位到需要加水的车厢后，控制所述列车上水机器人停止移动；

所述三级定位组件，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的控制柜；

所述列车上水机器人的控制柜接收到所述定位信息后，驱使其注水部对接对应的车厢上的注水口并完成注水任务；

所述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，所述全局相机用于对列车图像进行轮廓特征提取。

2.如权利要求1所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述一级定位组件还包括第一图像采集卡，所述第一图像采集卡对所述轮廓特征进行处理，将其转化为第一数据信息；所述控制中心包括图像处理系统，所述图像处理系统接收所述第一数据信息并处理为二维坐标信息。

3.如权利要求1所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述二级定位组件包括第一距离传感器，所述第一距离传感器用于对移动距离进行判断。

4.如权利要求1所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述三级定位组件包括双目相机、云台以及底座，所述列车上水机器人包括可朝需要加水的车厢的注水口处移动的机械臂，所述机械臂的一端安装在所述底座上，所述云台安装在所述机械臂远离所述底座的一端，所述双目相机安装在所述云台上；所述云台用于搜索注水口，并对找到的所述注水口图像进行轮廓特征提取，并将轮廓特征转换为三维坐标。

5.如权利要求4所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述三级定位组件还包括电动转轴以及立柱，所述立柱安装在所述机械臂上，所述电动转轴安装在所述立柱上，所述云台安装在所述电动转轴上；所述电动转轴能够在垂直于机械臂的平面上旋转。

6.如权利要求4所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述三级定位组件还包括第二距离传感器，所述第二距离传感器设于所述双目相机之间。

7.如权利要求4所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述双目相机均为CCD相机。

8.如权利要求4所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述列车上水机器人的所述控制柜包括手眼转换与逆运动分析模块，所述手眼转换与逆运动分析模块用于根据所述控制柜接收的定位信息为所述机械臂设定运动轨迹。

9.如权利要求4所述的一种列车上水机器人多级定位上水系统，其特征在于，所述列车上水机器人的注水部包括可与注水口对接的上水头部，所述上水头部安设于所述机械臂的端部。

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