CN110386164A - 一种铁路货运智能摘钩系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于实现铁路货运解体车厢连接车钩的自动摘钩的系统和方法。系统包括数据中心、客户端、现场监控单元、感知设备和摘钩机器人。工作中，现场监控单元与数据中心实时通信，通过编组站综合自动化系统接口获取解体作业通知单和机车参数等信息，同时分析感知设备采集的信息，给摘钩机器人下达摘钩指令，然后摘钩机器人的各个单元协调配合，完成摘钩任务。本发明构思巧妙、结构合理、使用便捷、调整灵活、通用性强、易于维护，显著的提高了铁路货运编组站工作效率，可广泛用于各种电气化铁路建设中。

Description

一种铁路货运智能摘钩系统及方法

技术领域

本专利涉及铁路货运车厢重新编组技术领域，具体涉及一种用于实现铁路货运驼峰编组站解体车厢连接车钩的自动摘钩的系统和方法。

背景技术

现有技术中，货运编组站摘钩工作是由人工完成的，摘钩工作人员依据作业单的要求，随机车边走边记录车厢通过数量，凭经验找到合适的摘钩位置，通过手握摘钩手柄将钩舌销提开，使得压紧的车钩在钩车自身重力的驱动下自动开启，完成摘钩工作。

人工摘钩存在诸多弊端，例如工况复杂、劳动强度大，考虑到人身安全限度等因素，解体车列的最大推送速度只能达到6～7km/h，限制了驼峰编组站工作效率的进一步提高；特别是在风、霜、雨、雪、雾等恶劣天气下，容易导致作业单污损、丢失，再加上人员工作紧张，经常会发生数错车厢、解体车厢排序错误，溜放编码顺序与预订计划不符等，造成错钩、漏钩的现象，进一步导致安全事故；为了排除错钩、漏钩等错误，需要抽调相关工作岗位上的其他工作人员协助寻找错钩车厢，重新拉回推峰段进行编组作业，降低了驼峰解体效率。

发明内容

针对目前技术的不足，本发明提出一种铁路货运智能摘钩系统，替代摘钩人员完成列车的自动摘钩，提高编组站车辆编组工作效率并消除工人操作安全隐患。

本发明采用的技术手段如下：

一种铁路货运智能摘钩系统，包括：

数据中心，实现编组站自动摘钩系统的接口管理和数据存储服务；

客户端，显示摘钩系统及摘钩机器人的工作状态，并支持工作人员手动控制摘钩机器人；

现场监控单元，与数据中心实时通信，获取解体作业通知单和机车参数信息，同时分析感知设备和摘钩机器人采集的信息，进而控制摘钩机器人完成摘钩任务；

感知设备，采集摘钩机器人的工作环境信息和记录待摘钩车厢的通过数及机车运行速度，供现场监控单元做数据分析；

摘钩机器人，实现具体的摘钩操作。

进一步地，所述数据中心包括通信服务器、消息服务器、应用服务器和数据库服务器；

所述通信服务器负责实现与编组站综合自动化系统及现场监控单元的接口通信；

所述消息服务器作为消息服务中间件；

所述应用服务器负责实现与客户端的接口通信；

所述数据库服务器用来实现系统的数据存储。

进一步地，所述客户端包括PC监控终端、移动监控终端和打印机。

进一步地，所述的现场监控单元包括：

主工作组及从工作组，所述主、从工作组互为冗余结构，且分别接入编组站主、从网络；

冗余UPS模块，给所述主、从工作组供电并在外部电源失电后继续维持所述主、从工作组工作。

进一步地，所述感知设备包括部署在驼峰附近的支架上的传感器阵列、部署在机车运行轨道推送部分两侧的计轴器以及部署在机车运行轨道溜放部分两侧的计轴器。

进一步地，所述摘钩机器人包括控制单元、摄像机、行走单元、垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元；

所述控制单元实时分析摄像机采集的视频数据，同步与现场监控单元通过无线通信交换数据，控制摘钩机器人各单元动作；

所述摄像机实时采集待摘车钩视频信息、车号编码视频信息，并将视频数据传输到控制单元做数据分析，同时通过无线方式传输到现场监控单元；

所述行走单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩机器人行走；所述的垂直位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在垂直方向的升降移动；

所述水平位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在水平方向的横向移动；

所述的摘钩单元接收控制单元的控制命令来完成摘钩操作。

进一步地，所述摘钩机器人数量根据编组站推峰机车轨道数量来配置。

本发明还提供了一种铁路货运智能摘钩系统的工作方法，具体包括如下步骤：

步骤1：现场监控单元与数据中心保持实时通信，通过其编组站综合自动化系统接口获取解体作业通知单和机车运行参数；

步骤2：当接收到摘钩任务时，现场监控单元给摘钩机器人下达摘钩指令，摘钩机器人工作就位，同步通过感知设备采集当前工作环境，记录待摘钩车厢通过数、机车运行速度，直至到达待摘车钩车厢；

步骤3：摘钩机器人基于摄像机的图像分析，定位待摘车钩，并使其行走速度与机车的运行速度保持一致，确保摘钩机器人与机车相对静止；

步骤4：摘钩机器人基于摄像机的图像分析，控制垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元协同工作，完成摘钩；

步骤5：摘钩机器人基于摄像机的图像分析，控制垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元协同工作，完成护钩，直至两列车厢脱钩；

步骤6：摘钩机器人复位；

步骤7：现场监控单元通过感知设备溜放部分计轴器来记录待摘钩车厢的通过数，复核车厢数目来确认摘钩车厢是否正确，若摘钩错误，则实时反馈报警消息，等待报警解除后进行下一次的摘钩任务，若摘钩正确，则等待下一次的摘钩任务。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过控制摘钩机器人自动摘钩，替代摘钩人员完成列车的自动摘钩，消除工人操作安全隐患，进一步有效缩短平均推峰解体时间，提高编组站车辆编组工作效率；

2、本系统数据中心、现场监控单元等关键设备采用双机热备方式进行工作，同时系统具备自身状态监测和故障报警功能，有效提高了系统工作的可靠性；

3、本系统支持部署多套摘钩机器人实现并行摘钩，进一步提升编组站工作效率；

4、本发明构思巧妙、结构合理、使用便捷、调整灵活、通用性强、易于维护，显著的提高了铁路货运编组站工作效率，也可用于其他铁路货运车厢摘钩场合，可广泛用于各种电气化铁路建设中。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是铁路货运自动摘钩系统组成图。

图2是铁路货运自动摘钩系统数据中心结构图。

图3是铁路货运自动摘钩系统现场监控单元结构图。

图4是铁路货运自动摘钩系统工作流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1-3所示，本发明提供了一种铁路货运智能摘钩系统，包括：数据中心、客户端、现场监控单元、感知设备和摘钩机器人。

数据中心用于实现编组站自动摘钩系统的接口管理和数据存储服务，具体包括通信服务器、消息服务器、应用服务器和数据库服务器。通信服务器负责实现与编组站综合自动化系统及现场监控单元的接口通信；消息服务器作为消息服务中间件；应用服务器负责实现与客户端的接口通信；数据库服务器用来实现系统的数据存储。所述通信服务器、消息服务器、应用服务器和数据库服务器可分开部署，也可部署在同一台服务器计算机中，支持主备冗余部署。

客户端用于显示摘钩系统及摘钩机器人的工作状态，并支持工作人员手动控制摘钩机器人，以及打印报表、工作单等业务资料。具体包括PC监控终端、移动监控终端和打印机。

现场监控单元，与数据中心实时通信，获取解体作业通知单和机车参数信息，同时分析感知设备和摘钩机器人采集的信息，进而控制摘钩机器人完成摘钩任务。具体包括：主工作组及从工作组，所述主、从工作组互为冗余结构，且分别接入编组站主从网络；冗余UPS模块，给所述主、从工作组供电并在外部电源失电后继续维持所述主、从工作组工作。

感知设备，采集摘钩机器人的工作环境信息和记录待摘钩车厢的通过数及机车运行速度，供现场监控单元做数据分析。具体包括由风速传感器、雨量传感器和雪深传感器构成的传感器阵列，以及推送部分计轴器和溜放部分计轴器，传感器阵列部署在驼峰附近的支架上，推送部分计轴器和溜放部分计轴器部署在机车运行轨道的两侧。所述感知设备通过硬线接口接入现场监控单元；所述的风速、雨量、雪深传感器数量根据驼峰编组站的驼峰数量来配置；所述的推送部分、溜放部分计轴器数量根据编组站推峰机车轨道数量来配置。

摘钩机器人，实现具体的摘钩操作。具体包括控制单元、摄像机、行走单元、垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元，用来实现具体的摘钩操作；所述的控制单元与现场监控单元通过无线通信交换数据；所述的摄像机用来实时采集待摘车钩视频信息，并将视频数据通过无线方式传输到现场监控单元；所述的行走单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩机器人行走；所述的垂直位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在垂直方向的升降移动；所述的水平位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在水平方向的横向移动；所述的摘钩单元接收控制单元的控制命令来完成摘钩操作；所述的摘钩机器人数量根据编组站推峰机车轨道数量来配置。

下面通过一个具体的应用实例，对本发明的技术方案做进一步说明：

如图1所示，一种铁路货运智能摘钩系统，具体包括数据中心、客户端、现场监控单元、感知设备和摘钩机器人。接下来分别详细介绍各个模块的工作原理。

如图2所示，数据中心包括通信服务器、消息服务器、应用服务器和数据库服务器，部署在编组站信息机房，用来实现编组站自动摘钩系统的接口管理和数据存储服务；所述的通信服务器负责实现编组站综合自动化系统与现场监控单元的接口通信；所述的消息服务器作为消息服务中间件；所述的应用服务器负责实现与客户端的接口通信，将各现场监控单元的实时工作状态显示在客户端，并接收转发客户端操作人员的控制指令；所述的数据库服务器用来实现系统的数据存储；本实施例中，编组站部署一套数据中心，所述通信服务器、消息服务器、应用服务器、数据库服务器由一台服务器计算机来实现，选用IBM服务器，存储器选用磁盘阵列。

客户端包括PC监控终端、移动监控终端和打印机，用来显示摘钩系统及摘钩机器人的工作状态，并支持工作人员手动控制摘钩机器人。本实施例中，所述PC监控终端选用工作站，所述移动监控终端选用PAD平板电脑实现，所述打印机采用HP打印机实现。

现场监控单元如图3所示，作为较佳的实施方式，主要包括监控主机A、监控主机B、视频服务器A、视频服务器B、交换机A、交换机B和冗余UPS模块；所述的两台监控主机网口1分别通过两台交换机接入编组站的主备网络；所述的两台监控主机网口2直接连接，相互向对方传输自己的工作状态信息，同一时刻只有一台监控主机输出控制摘钩机器人，另一台监控主机只做计算不做输出控制，当检测到控制输出的监控主机出现问题的时候，另一台监控主机开始执行输出命令，并在PC监控终端和移动监控终端输出报警提示信息；所述的两台监控主机通过硬线接口采集风速、雨量、雪深传感器和计轴器的数据；所述的两台视频服务器分别接入两台交换机，用来实时分析摘钩机器人采集的视频数据，并将分析结果反馈给监控主机；所述的冗余UPS模块支持双路220V电源输入，市电中断后供现场监控单元内部设备供电；本实施例中，每个驼峰部署一套现场监控单元，其中监控主机、视频服务器由工业计算机实现，交换机采用工业管理型交换机实现，冗余UPS模块采用标准机架式220VUPS。

感知设备如图3所示，包括风速、雨量、雪深传感器、推送部分计轴器和溜放部分计轴器，分别部署在驼峰附近的支架上和机车运行轨道的两侧，用来采集摘钩机器人的工作环境信息和记录待摘钩车厢的通过数及机车运行速度，在本实施例中，每个驼峰部署一套风速、雨量、雪深传感器，每条机车运行轨道推送部分和溜放部分各部署一套计轴器，均采用工业级传感器实现。

摘钩机器人如图1所示，包括控制单元、摄像机、行走单元、垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元，用来实现具体的摘钩操作；所述的控制单元实现视频数据的实时分析计算，与现场监控单元通过无线通信交换数据；所述的摄像机用来实时采集待摘车钩视频信息，并将视频数据传输到控制单元进行分析，同时通过无线方式传输到现场监控单元；所述的行走单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩机器人行走；所述的垂直位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在垂直方向的升降移动；所述的水平位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在水平方向的横向移动；所述的摘钩单元接收控制单元的控制命令来完成摘钩操作，在本实施例中，每条机车运行轨道部署两套摘钩机器人，轮流执行摘钩任务，所述控制单元由基于ARM加DSP架构的处理模块、工业级PLC搭载无线通讯模块实现，所述摄像机选用工业级户外用无线高清摄像机，所述垂直位移单元、所述水平位移单元和所述摘钩单元采用驱动电机及配套设备实现。

本实施例的另一方面还提供了一种铁路货运智能摘钩系统的工作方法，如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤1：现场监控单元与数据中心保持实时通信，通过其编组站综合自动化系统接口获取解体作业通知单和机车运行参数，涵盖机车运行速度、车厢规格尺寸、摘钩规格尺寸等；

步骤2：当接收到摘钩任务时，现场监控单元控制摘钩机器人工作就位，同步通过感知设备风速、雨量、雪深传感器、推送部分计轴器来采集当前工作环境，记录待摘钩车厢通过数、机车运行速度，直至到达待摘车钩车厢；

步骤3：控制单元控制摘钩机器人的行走速度与机车的运行速度保持一致，确保摘钩机器人与机车相对静止；

步骤4：控制单元基于摘钩机器人摄像机的图像分析，控制摘钩机器人的垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元协同工作，完成摘钩；

步骤5：控制单元基于摘钩机器人摄像机的图像分析，控制摘钩机器人的垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元协同工作，完成护钩，直至两列车厢脱钩；

步骤6：控制单元控制摘钩机器人复位；

步骤7：现场监控单元通过感知设备溜放部分计轴器来记录待摘钩车厢的通过数，复核车厢数目来确认摘钩车厢是否正确，若摘钩错误，则实时反馈报警消息，等待报警解除后进行下一次的摘钩任务，若摘钩正确，则等待下一次的摘钩任务。

本发明利用摘钩机器人控制单元现场控制机器人动作，降低了由上位机控制机器人带来的延迟，大大提高了系统响应的实时性，构思巧妙、结构合理、使用便捷、调整灵活、通用性强、易于维护，显著的提高了铁路货运编组站工作效率，可广泛用于各种电气化铁路建设中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，包括：

数据中心，实现编组站自动摘钩系统的接口管理和数据存储服务；

客户端，显示摘钩系统及摘钩机器人的工作状态，并支持工作人员手动控制摘钩机器人；

现场监控单元，与数据中心实时通信，获取解体作业通知单和机车参数信息，同时分析感知设备和摘钩机器人采集的信息，进而控制摘钩机器人完成摘钩任务；

感知设备，采集摘钩机器人的工作环境信息和记录待摘钩车厢的通过数及机车运行速度，供现场监控单元做数据分析；

摘钩机器人，实现具体的摘钩操作。

2.根据权利要求1所述的铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，所述数据中心包括通信服务器、消息服务器、应用服务器和数据库服务器；

所述通信服务器负责实现与编组站综合自动化系统及现场监控单元的接口通信；

所述消息服务器作为消息服务中间件；

所述应用服务器负责实现与客户端的接口通信；

所述数据库服务器用来实现系统的数据存储。

3.根据权利要求1所述的铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，所述客户端包括PC监控终端、移动监控终端和打印机。

4.根据权利要求1所述的铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，所述的现场监控单元包括：

主工作组及从工作组，所述主、从工作组互为冗余结构，且分别接入编组站主、从网络；

冗余UPS模块，给所述主、从工作组供电并在外部电源失电后继续维持所述主、从工作组工作。

5.根据权利要求1所述的铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，所述感知设备包括部署在驼峰附近的支架上的传感器阵列、部署在机车运行轨道推送部分两侧的计轴器以及部署在机车运行轨道溜放部分两侧的计轴器。

6.根据权利要求1所述的铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，所述摘钩机器人包括控制单元、摄像机、行走单元、垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元；

所述控制单元实时分析摄像机采集的视频数据，同步与现场监控单元通过无线通信交换数据，控制摘钩机器人各单元动作；

所述摄像机实时采集待摘车钩视频信息、车号编码视频信息，并将视频数据传输到控制单元做数据分析，同时通过无线方式传输到现场监控单元；

所述行走单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩机器人行走；所述的垂直位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在垂直方向的升降移动；

所述水平位移单元接收控制单元的控制命令来驱动摘钩单元在水平方向的横向移动；

所述的摘钩单元接收控制单元的控制命令来完成摘钩操作。

7.根据权利要求6所述的铁路货运智能摘钩系统，其特征在于，所述摘钩机器人数量根据编组站推峰机车轨道数量来配置。

8.一种铁路货运智能摘钩系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：现场监控单元与数据中心保持实时通信，通过其编组站综合自动化系统接口获取解体作业通知单和机车运行参数；

步骤2：当接收到摘钩任务时，现场监控单元给摘钩机器人下达摘钩指令，摘钩机器人工作就位，同步通过感知设备采集当前工作环境，记录待摘钩车厢通过数、机车运行速度，直至到达待摘车钩车厢；

步骤3：摘钩机器人基于摄像机的图像分析，定位待摘车钩，并使其行走速度与机车的运行速度保持一致，确保摘钩机器人与机车相对静止；

步骤4：摘钩机器人基于摄像机的图像分析，控制垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元协同工作，完成摘钩；

步骤5：摘钩机器人基于摄像机的图像分析，控制垂直位移单元、水平位移单元和摘钩单元协同工作，完成护钩，直至两列车厢脱钩；

步骤6：摘钩机器人复位；

步骤7：现场监控单元通过感知设备溜放部分计轴器来记录待摘钩车厢的通过数，复核车厢数目来确认摘钩车厢是否正确，若摘钩错误，则实时反馈报警消息，等待报警解除后进行下一次的摘钩任务，若摘钩正确，则等待下一次的摘钩任务。