CN110181538B - 高铁车体定位系统及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高铁车体定位系统，包括：固定位测量单元、机器人末端测量单元、机器人单元、上位机；所述机器人单元包括机器人本体、机器人控制柜、机器人导轨；机器人控制柜连接机器人本体；两条机器人导轨相隔一个距离平行设置，在每条机器人导轨上设有机器人本体；各机器人本体通过机械臂连接一个机器人末端测量单元；在两条机器人导轨内侧，设有两条与机器人导轨平行的车体导轨，用于承载车体；所述固定位测量单元安装在车体停留位置的前侧；固定位测量单元用于定位车体在车体导轨长度方向的位置。本发明还相应提供了一种高铁车体的测量方法。本发明解决了车体的定位以及测量问题。

Description

高铁车体定位系统及测量方法
技术领域
本发明涉及大型零部件定位技术领域，尤其涉及一种高铁车体定位系统及测量方法。
背景技术
轨道交通车辆作为重大装备以突出的技术优势已经成为中国数字化、智能化高端制造业的国家名片。高负荷、多环境和多动态的特点决定了其对车体表面的涂装要求非常严格。轨道交通车辆车体表面大部分是复杂曲面，且对过渡细节处有严格要求，其制造水平代表着国家制造业的核心竞争力。目前高铁车体打磨、涂装大部分采用人工手动作业的方式，受限于个人技能水平，方式不规范，不可控的偶然性因素众多造成效率低下，打磨、涂装质量差异明显等问题。此外，工人工作环境极其恶劣和成本费用较高问题也亟需解决。随着机器人技术的发展，机器人打磨以及涂装系统取代人工手动模式是必然趋势。目前机器人打磨以及涂装系统还有部分技术问题亟待解决，如大型零部件的定位问题。大型零部件的定位以及相对于机器人的位置定位精度决定着后续作业的精度和效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高铁车体定位系统及测量方法，为车体后续自动化加工提供了基础。本发明采用的技术方案是：
一种高铁车体定位系统，包括：固定位测量单元、机器人末端测量单元、机器人单元、上位机；
所述机器人单元包括机器人本体、机器人控制柜、机器人导轨；机器人控制柜连接机器人本体；
两条机器人导轨相隔一个距离平行设置，在每条机器人导轨上设有机器人本体；各机器人本体通过机械臂连接一个机器人末端测量单元；
在两条机器人导轨内侧，设有两条与机器人导轨平行的车体导轨，用于承载车体；
所述固定位测量单元安装在车体停留位置的前侧；固定位测量单元用于定位车体在车体导轨长度方向的位置；
所述上位机分别连接固定位测量单元、机器人末端测量单元、机器人控制柜、机器人导轨。
进一步地，固定位测量单元包括固定支架和安装在固定支架上的固定位位移传感器。
进一步地，高铁车体定位系统还包括气体和/或粉尘检测单元；上位机连接气体和/或粉尘检测单元；
气体和/或粉尘检测单元包括可燃气体传感器和/或粉尘浓度传感器。
进一步地，机器人末端测量单元包括测量单元支架、连接支架、气缸、保护盒、密封盖板、机器人位移传感器；
测量单元支架通过连接支架连接机械臂，在测量单元支架上安装有保护盒，所述机器人位移传感器安装在保护盒中，保护盒前端开口，并设置可活动的密封盖板；保护盒上安装气缸，所述气缸连接密封盖板，以带动密封盖板活动，使得保护盒前端开口封闭或打开。
进一步地，测量单元支架上安装有喷枪。
一种高铁车体的测量方法，包括以下步骤：
步骤S1，车体到位后，先检测环境可燃气体浓度和粉尘浓度，满足防爆要求则进入下一步，否则需要进行通风；
步骤S2，获取固定位测量单元的测量数据，计算得到车体在车体导轨长度方向的位置；
步骤S3，控制机器人末端测量单元执行测量程序，根据机器人末端测量单元的测量数据，计算得到车体相对于机器人本体的精确位置，并进一步确定车体的相关坐标和相对于机器人导轨方向的偏斜角度。
进一步地，对于所述确定车体的相关坐标和相对于机器人导轨方向的偏斜角度，机器人末端测量单元需要按特定的测量路径进行测量；
特定的测量路径包括a1、a2和a3三条路径；
对于第一测量路径a1，机器人末端测量单元先横向移动，机器人位移传感器跨越车体侧面上一个门框或窗框的竖边界后竖向移动一个距离，再横向折回，在两次跨越门框或窗框竖边界时，机器人位移传感器的测量数据出现两次跳变，记录此时机器人位移传感器的输出；就得到代表门框或窗框一竖边界的两个边界点；
对于第二测量路径a2，机器人末端测量单元先竖向移动，机器人位移传感器跨越车体侧面上一个门框或窗框的横边界后横向移动一个距离，再竖向折回，在两次跨越门框或窗框的横边界时，机器人位移传感器的测量数据出现两次跳变，记录此时机器人位移传感器的输出；就得到代表门框或窗框一横边界的两个边界点；
根据所得到各边界点在机器人基坐标系下的坐标，结合预先建立的车体理论模型，就能得到当前车体在机器人基坐标系下的坐标；
对于第三测量路径a3，机器人末端测量单元横向移动一段距离，在此移动过程中，机器人位移传感器保持同一高度横向水平移动，不跨越车体侧面门框或窗框，测得车体侧面连续面上的一条水平直线的多点测量数据；然后根据测得的多点的测量数据进行直线拟合，比较拟合的直线与机器人导轨所表示的理论直线之间的夹角。
本发明的优点在于：本发明解决了车体的定位以及测量问题。车体的定位以及相对于机器人的位置精度决定着后续自动化作业的精度和效率。本发明可以实现车体精确定位，为后续自动化加工提供了基础。本发明具有自动化程度高、安全稳定、高效率的特点，可以显著提升产品加工效率。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的机器人末端测量单元示意图。
图3为本发明的测量方法示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出的一种高铁车体定位系统，如图1所示，包括：固定位测量单元100、机器人末端测量单元200、机器人单元300、上位机400和气体和/或粉尘检测单元500；
所述机器人单元300包括机器人本体310、机器人控制柜320、机器人导轨330；机器人控制柜320连接机器人本体310；机器人控制柜320设置在机器人导轨330旁；
两条机器人导轨330相隔一个距离平行设置，在每条机器人导轨330上设有机器人本体310；各机器人本体310通过机械臂连接一个机器人末端测量单元200；
在两条机器人导轨330内侧，设有两条与机器人导轨平行的车体导轨，用于承载车体600；车体600进入车体导轨后，机器人末端测量单元200就可以从车体两侧测量车体侧面，并通过机械臂的移动和转动，测量车体顶面；
如图2所示，机器人末端测量单元200包括测量单元支架205、连接支架210、气缸220、保护盒225、密封盖板230、机器人位移传感器240；
测量单元支架205通过连接支架210连接机械臂，在测量单元支架205上安装有保护盒225，所述机器人位移传感器240安装在保护盒225中，保护盒225前端开口，并设置可活动的密封盖板230；保护盒225上安装气缸220，所述气缸220连接密封盖板230，以带动密封盖板230活动，使得保护盒前端开口封闭或打开；
测量单元支架205上可安装喷枪250，在喷涂作业开始前，可通过气缸220动作，密封盖板230封闭保护盒前端开口，保护机器人位移传感器240；
所述固定位测量单元100安装在车体600停留位置的前侧；固定位测量单元100包括固定支架和安装在固定支架上的固定位位移传感器；固定位测量单元100用于定位车体在车体导轨长度方向的位置；
气体和/或粉尘检测单元500包括可燃气体传感器和/或粉尘浓度传感器，可燃气体传感器用于检测现场的可燃气体浓度，粉尘浓度传感器用于检测现场的粉尘浓度；保证作业环境达到防爆要求；
所述上位机400分别连接固定位测量单元100、机器人末端测量单元200、机器人控制柜320、机器人导轨330以及气体和/或粉尘检测单元500；
高铁车体的测量方法，包括以下步骤：
步骤S1，车体到位后，先检测环境可燃气体浓度和粉尘浓度，满足防爆要求则进入下一步，否则需要进行通风；
步骤S2，获取固定位测量单元100的测量数据，计算得到车体在车体导轨长度方向的位置；
步骤S3，控制机器人末端测量单元200执行测量程序，根据机器人末端测量单元200的测量数据，计算得到车体相对于机器人本体的精确位置，并进一步确定车体的相关坐标和相对于机器人导轨方向的偏斜角度。
此步骤中，控制机器人末端测量单元200可以先测量车体侧面、顶面的数据；得到车体相对于机器人本体的精确位置；
为了确定车体的相关坐标和相对于机器人导轨方向的偏斜角度，机器人末端测量单元200需要按特定的测量路径进行测量；
如图3所示，特定的测量路径包括a1、a2和a3三条路径；
对于第一测量路径a1，机器人末端测量单元200横向移动，机器人位移传感器240跨越车体侧面上一个门框或窗框的竖边界后竖向移动一个距离，再横向折回，在两次跨越门框或窗框竖边界时，机器人位移传感器240的测量数据出现两次跳变，记录此时机器人位移传感器240的输出；就得到代表门框或窗框一竖边界的两个边界点；（因为两点可确定一条边界线）
对于第二测量路径a2，机器人末端测量单元200竖向移动，机器人位移传感器240跨越车体侧面上一个门框或窗框的横边界后横向移动一个距离，再竖向折回，在两次跨越门框或窗框的横边界时，机器人位移传感器240的测量数据出现两次跳变，记录此时机器人位移传感器240的输出；就得到代表门框或窗框一横边界的两个边界点；
根据所得到各边界点在机器人基坐标系下的坐标，结合预先建立的车体理论模型，就能得到当前车体在机器人基坐标系下的坐标；车体理论模型是预先建立的，车体的长度、宽度，以及车体上各门框、窗口数据均包含在该模型中；
对于第三测量路径a3，机器人末端测量单元200横向移动一段距离，在此移动过程中，机器人位移传感器240保持同一高度横向水平移动，不跨越车体侧面门框或窗框，测得车体侧面连续面上的一条水平直线的多点测量数据；然后根据测得的多点的测量数据进行直线拟合，比较拟合的直线与机器人导轨所表示的理论直线之间的夹角；若该夹角为0，则表明车体相对于机器人导轨方向的偏斜角度为0；该夹角越接近于0越好。
最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高铁车体的测量方法，适用于一种高铁车体定位系统，所述高铁车体定位系统包括：固定位测量单元(100)、机器人末端测量单元(200)、机器人单元(300)、上位机(400)；
所述机器人单元(300)包括机器人本体(310)、机器人控制柜(320)、机器人导轨(330)；机器人控制柜(320)连接机器人本体(310)；
两条机器人导轨(330)相隔一个距离平行设置，在每条机器人导轨(330)上设有机器人本体(310)；各机器人本体(310)通过机械臂连接一个机器人末端测量单元(200)；
在两条机器人导轨(330)内侧，设有两条与机器人导轨平行的车体导轨，用于承载车体(600)；
所述固定位测量单元(100)安装在车体(600)停留位置的前侧；固定位测量单元(100)用于定位车体在车体导轨长度方向的位置；
所述上位机(400)分别连接固定位测量单元(100)、机器人末端测量单元(200)、机器人控制柜(320)、机器人导轨(330)；
其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，车体到位后，先检测环境可燃气体浓度和粉尘浓度，满足防爆要求则进入下一步，否则需要进行通风；
步骤S2，获取固定位测量单元(100)的测量数据，计算得到车体在车体导轨长度方向的位置；
步骤S3，控制机器人末端测量单元(200)执行测量程序，根据机器人末端测量单元(200)的测量数据，计算得到车体相对于机器人本体的精确位置，并进一步确定车体的相关坐标和相对于机器人导轨方向的偏斜角度。
2.如权利要求1所述的高铁车体的测量方法，其特征在于，
对于所述确定车体的相关坐标和相对于机器人导轨方向的偏斜角度，机器人末端测量单元(200)需要按特定的测量路径进行测量；
特定的测量路径包括a1、a2和a3三条路径；
对于第一测量路径a1，机器人末端测量单元(200)先横向移动，机器人位移传感器(240)跨越车体侧面上一个门框或窗框的竖边界后竖向移动一个距离，再横向折回，在两次跨越门框或窗框竖边界时，机器人位移传感器(240)的测量数据出现两次跳变，记录此时机器人位移传感器(240)的输出；就得到代表门框或窗框一竖边界的两个边界点；
对于第二测量路径a2，机器人末端测量单元(200)先竖向移动，机器人位移传感器(240)跨越车体侧面上一个门框或窗框的横边界后横向移动一个距离，再竖向折回，在两次跨越门框或窗框的横边界时，机器人位移传感器(240)的测量数据出现两次跳变，记录此时机器人位移传感器(240)的输出；就得到代表门框或窗框一横边界的两个边界点；
根据所得到各边界点在机器人基坐标系下的坐标，结合预先建立的车体理论模型，就能得到当前车体在机器人基坐标系下的坐标；
对于第三测量路径a3，机器人末端测量单元(200)横向移动一段距离，在此移动过程中，机器人位移传感器(240)保持同一高度横向水平移动，不跨越车体侧面门框或窗框，测得车体侧面连续面上的一条水平直线的多点测量数据；然后根据测得的多点的测量数据进行直线拟合，比较拟合的直线与机器人导轨所表示的理论直线之间的夹角。
3.如权利要求1所述的高铁车体的测量方法，其特征在于，
固定位测量单元(100)包括固定支架和安装在固定支架上的固定位位移传感器。
4.如权利要求1所述的高铁车体的测量方法，其特征在于，
所述高铁车体定位系统还包括气体和/或粉尘检测单元(500)；上位机(400)连接气体和/或粉尘检测单元(500)；
气体和/或粉尘检测单元(500)包括可燃气体传感器和/或粉尘浓度传感器。
5.如权利要求1所述的高铁车体的测量方法，其特征在于，
机器人末端测量单元(200)包括测量单元支架(205)、连接支架(210)、气缸(220)、保护盒(225)、密封盖板(230)、机器人位移传感器(240)；
测量单元支架(205)通过连接支架(210)连接机械臂，在测量单元支架(205)上安装有保护盒(225)，所述机器人位移传感器(240)安装在保护盒(225)中，保护盒(225)前端开口，并设置可活动的密封盖板(230)；保护盒(225)上安装气缸(220)，所述气缸(220)连接密封盖板(230)，以带动密封盖板(230)活动，使得保护盒前端开口封闭或打开。
6.如权利要求1所述的高铁车体的测量方法，其特征在于，
测量单元支架(205)上安装有喷枪(250)。
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