CN111360524B - 智能扣件螺栓定扭机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺栓定扭领域，具体公开了智能扣件螺栓定扭机器人，包括处理模块、信息采集模块、驱动模块、行走机构、伸缩机构和定扭机构；信息采集模块用于采集轨道图像信息并发送至处理模块；处理模块用于根据轨道图像信息判断是否到达指定位置，如果达到指定位置，处理模块用于向驱动模块发送停止行走指令，驱动模块用于根据停止行走指令控制行走机构停止运动；处理模块还用于向驱动模块发送下降指令，驱动模块还用于根据下降指令控制伸缩机构下降，伸缩机构用于在下降时带动定扭机构向下运动；处理模块还用于向驱动模块发送定扭启动指令，驱动模块还用于根据定扭启动指令控制定扭机构转动。采用本发明的技术方案能够自动进行螺栓的定扭。

Description

智能扣件螺栓定扭机器人

技术领域

本发明涉及螺栓定扭领域，特别涉及智能扣件螺栓定扭机器人。

背景技术

铁轨轨枕与铁轨之间通过扣件及螺栓紧固连接，按照标准要求，螺栓在紧固时，拧紧力矩必须达到一定的数值，但目前市面上的内燃型机动扳手缺少定扭矩的功能或部分具有定扭矩功能的机动扳手定扭矩的精度较低。传统的机械传动扳手主要是通过弹簧来控制扭矩，误差比较大，而且弹簧长时间的工作容易产生变形，从而产生更大的误差。因此，现有的扳手很难满足铁路高质量、高标准的快速发展要求。

为了解决上述问题，申请人提交了公开号为CN107984204A的发明申请：一种电动轨枕螺栓机动扳手及定扭控制方法，电动轨枕螺栓机动扳手主要包括以下构件：发电模块、驱动模块、旋转模块、定扭模块、操纵模块和显示模块。电动轨枕螺栓机动扳手的定扭控制方法主要包括以下步骤：1)在控制电路板中设置拧紧扭矩M0。在控制电路板中设定初始扭矩值M1。2)电机将动力传递至减速机。减速机降低传动轴的转速，增加传动轴的扭矩。3)根据显示控制器显示的M的数值，控制电路板判断M和M0的大小关系。若M＝M0,则完成单个螺栓的拧紧。

采用上述技术方案可实现高精度定扭矩的功能要求、也可降低轨枕螺栓作业过程中的成本、提高轨枕螺栓拧紧的效率。但是，上述的电动轨枕螺栓机动扳手需要人工进行操作，智能化程度还不够高，工作强度较大，不能有效的节约人力资源。

为此，需要一种能自动进行螺栓定扭的扣件螺栓定扭机器人。

发明内容

本发明提供了智能扣件螺栓定扭机器人，能够自动进行螺栓的定扭。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

智能扣件螺栓定扭机器人，包括处理模块、信息采集模块、驱动模块、行走机构、伸缩机构和定扭机构；

信息采集模块用于采集轨道图像信息并发送至处理模块；

处理模块用于根据轨道图像信息判断是否到达指定位置，如果达到指定位置，处理模块用于向驱动模块发送停止行走指令，驱动模块用于根据停止行走指令控制行走机构停止运动；处理模块还用于向驱动模块发送下降指令，驱动模块还用于根据下降指令控制伸缩机构下降，伸缩机构用于在下降时带动定扭机构向下运动；处理模块还用于向驱动模块发送定扭启动指令，驱动模块还用于根据定扭启动指令控制定扭机构转动。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，处理模块可以根据轨道图像信息自动判断是否行走到指定的位置，在到达指定位置时，控制行走机构停止运动，然后通过伸缩机构让定扭机构下降与螺栓接触，定扭机构开始转动后能自动对铁轨上的螺栓进行拧紧。本方案在不需要人进行操控的情况下，能自主的完成整个螺栓的拧紧，能有效提高工作效率而且能节约人力成本，降低工作强度。

进一步，所述信息采集模块还用于采集定扭机构的扭矩信息并发送至处理模块；处理模块还用于判断扭矩信息是否等于预设的扭矩值；如果不等于预设的扭矩值，处理模块还用于向驱动模块发送扭矩调节指令，驱动模块还用于根据扭矩调节指令调节定扭机构的转速。

处理模块能根据定扭机构的扭矩信息对定扭机构进行实时的调整，保证定扭机构在拧紧螺栓时，扭矩始终保持固定。

进一步，所述处理模块还用于判断扭矩信息是否等于预设的停止值，如果等于，处理模块还用于向驱动模块发送定扭停止指令，驱动模块还用于根据定扭停止指令控制定扭机构停止转动；处理模块还用于向驱动模块发送上升指令，驱动模块还用于根据上升指令控制伸缩机构上升，伸缩机构用于在上升时带动定扭机构向上运动。

通过判断扭矩信息是否等于预设的停止值，能知晓当前螺栓是否已经拧紧；扭矩信息等于预设的停止值时，表明螺栓已经拧紧，在螺栓拧紧后，伸缩机构上升，伸缩机构在上升时带动定扭机构向上运动，使定扭机构复位，为拧下一批螺栓做准备。

进一步，所述处理模块还用于在伸缩机构完成上升后，向驱动模块发送行走指令，驱动模块用于根据行走指令控制行走机构运动。

在拧完指定位置的螺栓后，行走机构运动，能使整个机器人自动前往指定位置；也就是能持续对分布在整条铁轨上的螺栓进行拧紧。

进一步，所述信息采集模块包括图像采集单元和扭矩采集单元；图像采集单元用于采集轨道图像信息，处理模块用于将轨道图像信息与预设的指定位置图像进行匹配，当匹配成功时，判断为已到达指定位置；扭矩采集单元用于采集定扭机构的扭矩信息。

通过将轨道图像信息与预设的指定位置图像进行匹配，能快速的知晓是否到达指定的位置。

进一步，还包括存储模块，存储模块用于存储轨道图像信息以及扭矩信息。

将存储轨道图像信息以及扭矩信息存储后，能够为后期的数据分析提供足够的数据源。

进一步，所述定扭机构包括工作头套筒，工作头套筒具有一端面、一开放口和一锁紧孔，开放口自端面沿轴线向内延伸，锁紧孔自开放口的底部沿着轴线向内延伸，开放口截面为喇叭形；锁紧孔截面为六边形。

现有技术中，为了使定扭机构能完成螺栓的拧紧，需要使工作头套筒准确的对准螺栓，这就对对准的精度提出了很高的要求。本优选方案中，开放口大于螺栓的表面，能很好的将螺栓罩住，升降机构持续下降，工作头套筒保持对螺栓向下的压力，工作头套筒在转动过程中，锁紧孔就能自动和螺栓对齐，使锁紧孔进入螺帽内，螺帽就能在锁紧孔的带动下转动。

进一步，所述信息采集模块还包括压力采集单元，压力采集单元用于采集伸缩机构的压力信息并发送至处理模块；处理模块用于在压力信息达到第一阈值时向驱动模块发送定扭启动指令，驱动模块还用于根据定扭启动指令控制定扭机构转动。

当伸缩机构带动定扭机构下降时，定扭机构的工作头套筒与螺栓相抵，伸缩机构继续下降会遇到较大的阻力，阻力会被压力采集单元当做压力信息进行采集；反过来通过判断压力信息是否达到第一阈值，也就能知晓工作头套筒是否与螺栓相抵；在工作头套筒与螺栓相抵时，定扭机构转动，便能对螺栓进行拧紧操作。

进一步，所述处理模块用于在压力信息到达第一阈值时向驱动模块发送减速指令，驱动模块用于根据减速指令控制伸缩机构减小下降的速度。

伸缩机构能持续推动定扭机构下降，使定扭机构能逐渐将螺栓向下拧紧。

进一步，扭矩采集单元采用扭矩传感器。

通过扭矩传感器能准确采集扭矩信息。

附图说明

图1为智能扣件螺栓定扭机器人实施例一的逻辑框图；

图2为智能扣件螺栓定扭机器人实施例二工作头套筒的纵剖图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：开放口1、锁紧孔2。

实施例一

本实施例的智能扣件螺栓定扭机器人，如图1所示，包括处理模块、信息采集模块、驱动模块、行走机构、伸缩机构、定扭机构和机架。

信息采集模块包括图像采集单元、扭矩采集单元和压力采集单元。本实施例中图像采集单元采用摄像头、扭矩采集单元采用扭矩传感器、压力采集单元采用压力传感器。

本实施中，行走机构包括行走电机和行走轮，行走电机和行走轮均通过螺栓固定在机架底部；本实施例中行走轮为四个，两个行走轮与一侧的铁轨接触，另外两个行走轮与另一侧的铁轨接触。行走电机用于带动行走轮在铁轨上移动，实现机器人的整体移动。通过行走电机带动行走轮转动属于现有技术，这里不再赘述。

定扭机构包括定扭电机、减速器和工作头套筒。定扭电机包括输出轴，减速器包括输入端与输出端；定扭电机的输出轴与减速器的输入端通过联轴器固定连接，减速器的输出端与工作头套筒通过联轴器固定连接。定扭电机用于驱动减速器转动，减速器用于驱动工作头套筒转动。本实施例中，减速器的减速比为30:1，在其他实施例中，也可以根据实际情况进行调整，例如20:1。

本实施例中，升降机构包括两个平行导向轨道、升降动力组、螺杆丝杠和升降件。两个平行导向轨道竖直固定于机架上；升降动力组包括升降电机、动力输出轴、动力输出齿轮、同步齿形带及动力输入齿轮；升降电机可以实现正转和反转，通过动力输出轴，动力输出齿轮，同步齿形带，可以把升降电机的动力传动到动力输入齿轮上；动力输入齿轮安装在螺杆丝杠的上末端，带动螺杆丝杠顺时针转动和逆时针转动；根据丝杠与螺纹相对运动原理，可实现升降件的上升和下降运动。本实施例中定义为升降电机正转时为下降，反转是为上升。

定扭电机通过螺栓固定在升降件上，升降件上升或下降时，定扭电机也会上升和下降，定扭机构整体上也就会上升和下降。具体的升降手段可以根据实际情况选择，本实施例只提供了一种依靠螺杆丝杠实现升降的方式作为参考，在其他实施例中也可以采用电动、气动、液动等方式实现升降，具体例如电动伸缩杆。

图像采集单元用于采集轨道图像信息并发送至处理模块；处理模块用于将轨道图像信息与预存的指定位置图像进行匹配，如果匹配成功，判断为已到达指定位置，如果未匹配成功，判断为未到达指定位置。指定位置指需要拧紧的螺栓所在的位置，指定位置图像中包含定位参照物，本实施例中定位参照物为需要拧紧的螺栓，在其他实施例中也可以采用轨枕、扣件等。

驱动模块包括行走电机驱动单元、定扭电机驱动单元和升降电机驱动单元。如果达到指定位置，处理模块还用于向行走电机驱动单元发送停止行走指令，行走电机驱动单元用于根据停止行走指令控制行走电机停止运动。

处理模块还用于在行走电机停止运动后向升降电机驱动单元发送下降指令，升降电机驱动单元还用于根据下降指令控制升降电机正转，升降件用于在下降时带动定扭机构向下运动。

压力采集单元用于采集升降机构在下降过程中受到的来自螺栓的压力信息并发送至处理模块。处理模块用于在压力信息达到第一阈值时向定扭电机驱动单元发送定扭启动指令，定扭电机驱动单元还用于根据定扭启动指令控制定扭电机转动。

处理模块还用于在压力信息到达第一阈值时向升降电机驱动单元发送减速指令，升降电机驱动单元用于根据减速指令控制升降电机减小正转速度。

扭矩采集单元用于采集工作头套筒的扭矩信息并发送至处理模块。处理模块还用于判断扭矩信息是否等于预设的扭矩值；如果不等于预设的扭矩值，处理模块还用于向定扭电机驱动单元发送扭矩调节指令，定扭电机驱动单元还用于根据扭矩调节指令调节定扭电机的转速。本实施例中，扭矩的调节范围为80N·m-350N·m；扭矩值可以根据实际情况设定为80N·m、120N·m、150N·m、200N·m、250N·m、300N·m或350N·m。

处理模块还用于判断扭矩信息是否等于预设的停止值，如果等于，处理模块还用于向定扭电机驱动单元发送定扭停止指令，定扭电机驱动单元还用于根据定扭停止指令控制定扭电机停止转动；处理模块还用于向升降电机驱动单元发送上升指令，升降电机驱动单元还用于根据上升指令控制升降电机反转，升降件用于在上升时带动定扭机构向上运动。

处理模块还用于在升降机构完成上升后，向行走电机驱动单元发送行走指令，行走电机驱动单元用于根据行走指令控制行走电机转动。

工作时：处理模块根据轨道图像信息自动判断是否行走到指定的位置，在到达指定位置时，控制行走机构停止运动，然后通过伸缩机构让定扭机构下降，当定扭机构工作头套筒与螺栓相抵时，工作头套筒转动，并持续向下运动，对螺栓进行拧紧。在螺栓拧紧的过程中，处理模块基于预设的扭矩值、扭矩信息对定扭电机的转速进行调节，使扭矩保持稳定；当扭矩信息等于预设的停止值时，表明螺栓已拧紧；处理模块控制定扭电机停止转动，拧紧工作结束。升降机构的升降电机反转，升降机构带动定扭机构向上运动；升降机构完成上升后，行走机构的行走电机转动，带动整个机器人前往下一个指定位置，持续对分布在整条铁轨上的螺栓进行拧紧。

实施例二

本实施例和实施例一的区别在于，如图2所示，工作头套筒的底部具有一端面、一开放口1和一锁紧孔2，开放口1自端面沿轴线向内延伸，锁紧孔2自开放口1的底部沿着轴线向内延伸，开放口1截面为喇叭形；锁紧孔2截面为六边形。

本实施例中，开放口1位于端面处的直径为锁紧孔2直径的1倍，开放口1轴向的长度大于或等于锁紧孔2轴向的长度。

实施例三

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中还包括存储模块，存储模块用于存储轨道图像信息以及扭矩信息。

实施例四

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中为了便于描述，正向行走时位于前方的行走轮记为第一行走轮，后方的行走轮记为第二行走轮；第一行走轮上安装有第一振动传感器和第一霍尔传感器；第二行走轮上安装有第二振动传感器和第二霍尔传感器。

第一振动传感器、第一霍尔传感器、第二振动传感器和第二霍尔传感器均与处理模块信号连接。处理模块用于从第一振动传感器获取第一振动信号，从第一霍尔传感器获取第一转动信号，从第二振动传感器获取第二振动信号，从第二霍尔传感器获取第二转动信号。

处理模块还用于在获取到第一振动信号的同时，开始基于第一转动信号计算第一行走轮的第一行使距离，以及基于第二转动信号计算第二行走轮的第二行驶距离；当第一行使距离和第二行使距离同时达到预定距离X时，处理模块还用于判断是否获取到第二振动信号，当获取到第二振动信号时，处理模块还用于判断第一振动信号和第二振动信号是否均处于预设的振动范围内，如果处于预设的振动范围内，处理模块还用于记录此处为钢轨接缝处；处理模块还用于在经过钢轨接缝处后的第一个指定位置时，向驱动模块发送保养指令。本实施例中，预定距离X为第一行走轮轴心至第二行走轮轴心的距离。

本实施例还包括喷油机构，喷油机构用于向螺栓喷防锈油。喷油机构可以通过电动液压机进行挤压的方式实现喷防锈油，此处为现有技术，这里不再赘述。驱动模块与喷油机构信号连接，驱动机构用于在接收到保养指令时，控制喷油机构喷防锈油。

虽然目前高铁已经开始普及无缝钢轨，但是仍然有部分线路，钢轨之间会有间隙，也就是存在接缝处。处于接缝处的钢轨振动会强于原理接缝处的部分，而处于接缝处的螺栓受到的振动也更强，更容易出现问题，这里的螺栓如果不加以重点保养，其使用寿命容易低于其他位置螺栓的使用寿命。而螺栓容易受到生锈等影响，生锈后的螺栓再加上长期受到振动的影响，会进一步使得使用寿命减少。为了延长接缝处的螺栓的寿命，需要对其进行重点保养，在拧螺栓的第一时间做防锈处理就能有效降低螺栓生锈的可能性。

本实施例中，当第一行走轮经过钢轨的接缝处时，会产生振动，随后当第二行走轮经过钢轨的接缝处，也会产生振动。通过第一振动信号和第二振动信号能识别出钢轨接缝处，处理模块在经过钢轨接缝处后的第一个指定位置时，向驱动模块发送保养指令，就能对最靠近接缝处的螺栓进行重点的保养。而处理模块基于第一转动信号计算第一行走轮的第一行使距离，以及基于第二转动信号计算第二行走轮的第二行驶距离；可以得知第一行使距离和第二行使距离是否同时达到预定距离X，以及判断第一振动信号和第二振动信号是否均处于预设的振动范围内，能够确认引起第一行走轮和第二行走轮振动的是钢轨的接缝处还是其他干扰，使得对接缝处的检测的准确性高。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于，包括处理模块、信息采集模块、驱动模块、行走机构、伸缩机构和定扭机构；

行走机构包括行走电机和行走轮，行走轮为四个，行走电机用于带动行走轮在铁轨上移动；

信息采集模块用于采集轨道图像信息并发送至处理模块；

处理模块用于根据轨道图像信息判断是否到达指定位置，如果达到指定位置，处理模块用于向驱动模块发送停止行走指令，驱动模块用于根据停止行走指令控制行走电机停止工作；处理模块还用于向驱动模块发送下降指令，驱动模块还用于根据下降指令控制伸缩机构下降，伸缩机构用于在下降时带动定扭机构向下运动；处理模块还用于向驱动模块发送定扭启动指令，驱动模块还用于根据定扭启动指令控制定扭机构转动；

正向行走时位于前方的行走轮记为第一行走轮，后方的行走轮记为第二行走轮；第一行走轮上安装有第一振动传感器和第一霍尔传感器；第二行走轮上安装有第二振动传感器和第二霍尔传感器；

第一振动传感器、第一霍尔传感器、第二振动传感器和第二霍尔传感器均与处理模块信号连接；处理模块用于从第一振动传感器获取第一振动信号，从第一霍尔传感器获取第一转动信号，从第二振动传感器获取第二振动信号，从第二霍尔传感器获取第二转动信号；

处理模块还用于在获取到第一振动信号的同时，开始基于第一转动信号计算第一行走轮的第一行使距离，以及基于第二转动信号计算第二行走轮的第二行驶距离；当第一行使距离和第二行使距离同时达到预定距离X时，处理模块还用于判断是否获取到第二振动信号，当获取到第二振动信号时，处理模块还用于判断第一振动信号和第二振动信号是否均处于预设的振动范围内，如果处于预设的振动范围内，处理模块还用于记录此处为钢轨接缝处；处理模块还用于在经过钢轨接缝处后的第一个指定位置时，向驱动模块发送保养指令；预定距离X为第一行走轮轴心至第二行走轮轴心的距离；

还包括喷油机构，驱动模块与喷油机构信号连接，驱动模块用于在接收到保养指令时，控制喷油机构向螺栓喷防锈油。

2.根据权利要求1所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述信息采集模块还用于采集定扭机构的扭矩信息并发送至处理模块；处理模块还用于判断扭矩信息是否等于预设的扭矩值；如果不等于预设的扭矩值，处理模块还用于向驱动模块发送扭矩调节指令，驱动模块还用于根据扭矩调节指令调节定扭机构的转速。

3.根据权利要求2所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述处理模块还用于判断扭矩信息是否等于预设的停止值，如果等于，处理模块还用于向驱动模块发送定扭停止指令，驱动模块还用于根据定扭停止指令控制定扭机构停止转动；处理模块还用于向驱动模块发送上升指令，驱动模块还用于根据上升指令控制伸缩机构上升，伸缩机构用于在上升时带动定扭机构向上运动。

4.根据权利要求3所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述处理模块还用于在伸缩机构完成上升后，向驱动模块发送行走指令，驱动模块用于根据行走指令控制行走电机工作。

5.根据权利要求4所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述信息采集模块包括图像采集单元和扭矩采集单元；图像采集单元用于采集轨道图像信息，处理模块用于将轨道图像信息与预设的指定位置图像进行匹配，当匹配成功时，判断为已到达指定位置；扭矩采集单元用于采集定扭机构的扭矩信息。

6.根据权利要求5所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：还包括存储模块，存储模块用于存储轨道图像信息以及扭矩信息。

7.根据权利要求5所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述定扭机构包括工作头套筒，工作头套筒具有一端面、一开放口和一锁紧孔，开放口自端面沿轴线向内延伸，锁紧孔自开放口的底部沿着轴线向内延伸，开放口截面为喇叭形；锁紧孔截面为六边形。

8.根据权利要求7所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述信息采集模块还包括压力采集单元，压力采集单元用于采集伸缩机构的压力信息并发送至处理模块；处理模块用于在压力信息达到第一阈值时向驱动模块发送定扭启动指令，驱动模块还用于根据定扭启动指令控制定扭机构转动。

9.根据权利要求8所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：所述处理模块用于在压力信息到达第一阈值时向驱动模块发送减速指令，驱动模块用于根据减速指令控制伸缩机构减小下降的速度。

10.根据权利要求5所述的智能扣件螺栓定扭机器人，其特征在于：扭矩采集单元采用扭矩传感器。

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