CN111469112B - 一种库检机器人及库检机器人的位置补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种库检机器人及库检机器人的位置补偿方法，涉及轨道车辆检测技术领域。本发明是为了解决无轨检测设备停止动作定位精度低的问题。本发明所述的一种库检机器人及库检机器人的位置补偿方法，底部为能够自由行走的小车，当小车移动到设定位置时，采集小车与车底的偏差和特征图、利用图像识别技术获得偏移量，进而通过机械手和三维滑台对定点扫描组件的位置进行补偿，从而补偿小车停止所带来的位置误差，最终达到提高检测精度的目的。

Description

一种库检机器人及库检机器人的位置补偿方法

技术领域

本发明属于轨道车辆检测技术领域。

背景技术

目前国内针对库内轨道车辆的检测设备，通常利用相机拍照来采集待检轨道车辆的图像信息。在对车辆进行拍摄时，被检测轨道车辆停放在轨道上，相机组件安装在检测设备上，对被检测轨道车辆进行扫描。由于对所拍照片的精度要求较高，所以安装图像采集设备的检测设备都需要在为其专门安装的轨道上行走，以提高拍照精度。而安装轨道就需要对已经建好的检修车库进行土方施工，而且一条轨道只能安装一台检测设备，对拥有多条检修线路的库来说，每一条检修线都需要安装一条轨道和一套检测设备，安装繁琐且成本较高。

无轨检测设备则无需安装轨道，在进行检测工作时移动灵活性高。但是，这也导致无轨检测设备定位精度低，难以保证停止位置的精准性。

发明内容

本发明是为了解决无轨检测设备停止动作定位精度低的问题，现提供一种库检机器人及库检机器人的位置补偿方法。

一种库检机器人，包括：轮式运动机构、N个检测组、快速扫描组件和控制器，每个检测组包括：三维滑台、机械臂、定点扫描组件和视觉定位组件，N＝1、2或3；

N个检测组、快速扫描组件和控制器均固定在轮式运动机构上，

每个检测组中，机械臂固定在三维滑台的运动端上、使得三维滑台能够带动其上的机械臂沿三个相互垂直的方向做直线运动，定点扫描组件固定在机械臂的自由端，视觉定位组件固定在定点扫描组件上；

定点扫描组件和快速扫描组件均用于采集被测轨道车辆底部的图像，定点扫描组件的图像输出端和快速扫描组件的图像输出端同时连接控制器的图像输入端，视觉定位组件用于采集被测轨道车辆底部特征点处的特征图像和定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离，视觉定位组件的距离输出端连接控制器的距离输入端，视觉定位组件的特征图像输出端连接控制器的特征图像输入端，控制器的驱动信号输出端连接三维滑台的驱动信号输入端，所述特征点为库检机器人相对于被检车辆的停止点；

控制器内部存储有标准距离，控制器内部嵌有以下软件实现的单元：

比较单元：将采集到的距离与标准距离进行比较并获得偏差，

图像处理单元：利用图像识别技术判断特征图像中特征点相对于定点扫描组件偏移量，所述偏移量包括纵向偏移量和横向偏移量，

控制单元：根据偏差和偏移量向三维滑台发送驱动信号进而驱动三维滑台对定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离、和定点扫描组件至特征点的偏移进行补偿。

上述库检机器人还包括稳定平台，快速扫描组件通过稳定平台固定在轮式运动机构上，稳定平台为三自由度并联结构。

上述轮式运动机构为无轨小车，所述无轨小车上表面为矩形板，当N＝1时，检测组固定在矩形板的一端，当N＝2时，2个检测组分别固定在矩形板的两端，当N＝3时，3个检测组分别固定在矩形板的两端和中间位置。

上述三维滑台包括：纵向水平运动机构、竖直运动机构和横向水平运动机构；纵向水平运动机构固定在矩形板上，竖直运动机构固定在纵向水平运动机构的滑动端上，横向水平运动机构固定在竖直运动机构的滑动端上，纵向水平运动机构的滑动端能够沿矩形板的长度方向滑动，竖直运动机构的滑动端能够沿垂直于矩形板的方向滑动，横向水平运动机构能够沿矩形板的宽度方向滑动。

上述控制单元中，根据偏差驱动竖直运动机构对定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离进行补偿，根据纵向偏移量驱动纵向水平运动机构对定点扫描组件至特征点的纵向偏移进行补偿，根据横向偏移量驱动横向水平运动机构对定点扫描组件至特征点的横向偏移进行补偿。

一种库检机器人的位置补偿方法，所述库检机器人包括：轮式运动机构、N个检测组和快速扫描组件，每个检测组包括：三维滑台、机械臂、定点扫描组件和视觉定位组件，N＝1、2或3；

N个检测组和快速扫描组件均固定在轮式运动机构上，每个检测组中，机械臂固定在三维滑台的运动端上、使得三维滑台能够带动其上的机械臂沿三个相互垂直的方向做直线运动，定点扫描组件固定在机械臂的自由端，视觉定位组件固定在定点扫描组件上；定点扫描组件和快速扫描组件均用于采集被测轨道车辆底部的图像，视觉定位组件用于采集被测轨道车辆底部特征点处的特征图像和定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离；

所述位置补偿方法包括以下步骤：

将定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离与标准距离进行比较、并获得偏差；

利用图像识别技术判断特征图像中特征点相对于定点扫描组件的偏移量，所述偏移量包括纵向偏移量和横向偏移量，

根据偏差和偏移量驱动三维滑台对定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离和定点扫描组件至特征点的偏移进行补偿。

具体的，上述位置补偿方法中，根据偏差对定点扫描组件至被测轨道车辆底部的距离进行补偿，根据纵向偏移量对定点扫描组件至特征点的纵向偏移进行补偿，根据横向偏移量对定点扫描组件至特征点的横向偏移进行补偿。

本发明所述的一种库检机器人及库检机器人的位置补偿方法，底部为能够自由行走的小车，当小车移动到设定位置时，采集小车与车底的偏差和特征图、利用图像识别技术获得偏移量，进而通过机械手和三维滑台对定点扫描组件的位置进行补偿，从而补偿小车停止所带来的位置误差，最终达到提高检测精度的目的。

同时，由于本发明在保证拍照精度的条件下，不需要在检修场地内铺设轨道，并且多条检测线可以共用一套系统，降低了现场施工难度和使用成本，适用于对轨道车辆进行检测。

附图说明

图1为一种库检机器人的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种库检机器人，包括：轮式运动机构1、N个检测组、快速扫描组件8、稳定平台9和控制器10，N＝1、2或3。

轮式运动机构1为无轨小车，能够在普通地面自由行走，无需安装轨道。无轨小车上表面为矩形板，N个检测组、稳定平台9和控制器10均固定在矩形板上，快速扫描组件8固定在稳定平台9上，稳定平台9能测量轮式运动机构1由于地面不平产生的俯仰角和横滚角，并进行补偿。具体的，在实际应用时，稳定平台9采用三自由度并联结构实现。

每个检测组包括：三维滑台、机械臂5、定点扫描组件6、视觉定位组件7，三维滑台包括：纵向水平运动机构2、竖直运动机构3和横向水平运动机构4；

纵向水平运动机构2固定在矩形板上，竖直运动机构3固定在纵向水平运动机构2的滑动端上，横向水平运动机构4固定在竖直运动机构3的滑动端上，纵向水平运动机构2的滑动端能够沿矩形板的长度方向滑动，竖直运动机构3的滑动端能够沿垂直于矩形板的方向滑动，横向水平运动机构4能够沿矩形板的宽度方向滑动；

机械臂5固定在横向水平运动机构4的运动端上、使得机械臂5能够沿三个相互垂直的方向做直线运动，定点扫描组件6固定在机械臂5的自由端，视觉定位组件7固定在定点扫描组件6上。

定点扫描组件6和快速扫描组件8均用于采集被测轨道车辆底部的图像，定点扫描组件6的图像输出端和快速扫描组件8的图像输出端同时连接控制器10的图像输入端。视觉定位组件7用于采集被测轨道车辆底部特征点处的特征图像和定点扫描组件6至被测轨道车辆底部的距离，视觉定位组件7的特征图像输出端连接控制器10的特征图像输入端，所述特征点为库检机器人相对于被检车辆的停止点，控制器10的驱动信号输出端连接三维滑台的驱动信号输入端。

控制器10内部存储有标准距离，控制器10内部嵌有以下软件实现的单元：

比较单元：将采集到的距离与标准距离进行比较并获得偏差；

图像处理单元：利用图像识别技术判断特征图像中特征点相对于定点扫描组件6偏移量，所述偏移量包括纵向偏移量和横向偏移量；

控制单元：根据偏差驱动竖直运动机构3对定点扫描组件6至被测轨道车辆底部的距离进行补偿，

根据纵向偏移量驱动纵向水平运动机构2对定点扫描组件6至特征点的纵向偏移进行补偿，

根据横向偏移量驱动横向水平运动机构4对定点扫描组件6至特征点的横向偏移进行补偿。

上述一种库检机器人的具体工作原理如下：

视觉定位组件7在拍摄到被测轨道车辆底部的特征点后，将含有特征点的图像信息传到控制器10，控制器10利用图像识别技术判断库检机器人相对于预计停止点的偏离距离，该距离包括纵向偏移(行进方向偏移)和横向偏移，求得偏移量后通过分别控制纵向水平运动机构2和横向水平运动机构4进行直线运动来补偿轮式运动机构1行进和停止时产生的误差；视觉定位组件7还用于识别出定点扫描组件6距离被测轨道车辆底部的距离、并传递到控制器10，将该距离与标准的高度进行比较，然后通过竖直运动机构3运动实现高度补偿。

所述纵向水平运动机构2、竖直运动机构3、横向水平运动机构4均通过控制器10控制伺服电机进而实现驱动，能够记录当前机构的绝对位置，控制器10通过将伺服电机的位置信息与视觉定位组件7识别后获得的位置信息组合后形成闭环控制。

在实际应用中，当N＝1时，检测组固定在矩形板的一端，当N＝2时，2个检测组分别固定在矩形板的两端，当N＝3时，3个检测组分别固定在矩形板的两端和中间位置。N＝2或3时，检测组呈一条直线排布或交错排布，交错排布能够补偿视觉定位组件7在宽度方向拍照范围的不足。机械臂5采用协作机械臂，具备力矩测量功能和保护功能。机械臂5在轮式运动机构1停止时同时工作，提高检测效率。

具体实施方式二：本实施方式所述的一种库检机器人的位置补偿方法，所述库检机器人包括：上表面为矩形板的无轨小车、N个检测组和快速扫描组件8，N＝1、2或3。N个检测组和快速扫描组件8均固定在矩形板上，当N＝1时，检测组固定在矩形板的一端，当N＝2时，2个检测组分别固定在矩形板的两端，当N＝3时，3个检测组分别固定在矩形板的两端和中间位置。

每个检测组包括：纵向水平运动机构2、竖直运动机构3和横向水平运动机构4、机械臂5、定点扫描组件6和视觉定位组件7。纵向水平运动机构2固定在矩形板上，竖直运动机构3固定在纵向水平运动机构2的滑动端上，横向水平运动机构4固定在竖直运动机构3的滑动端上，机械臂5固定在横向水平运动机构4的滑动端上，定点扫描组件6固定在机械臂5的自由端，视觉定位组件7固定在定点扫描组件6上。纵向水平运动机构2的滑动端能够沿矩形板的长度方向滑动，竖直运动机构3的滑动端能够沿垂直于矩形板的方向滑动，横向水平运动机构4能够沿矩形板的宽度方向滑动。

定点扫描组件6和快速扫描组件8均用于采集被测轨道车辆底部的图像，视觉定位组件7用于采集被测轨道车辆底部特征点处的特征图像和定点扫描组件6至被测轨道车辆底部的距离。

所述位置补偿方法包括以下步骤：

将定点扫描组件6至被测轨道车辆底部的距离与标准距离进行比较、并获得偏差；

利用图像识别技术判断特征图像中特征点相对于定点扫描组件6的偏移量，所述偏移量包括纵向偏移量和横向偏移量，

根据偏差驱动竖直运动机构3对定点扫描组件6至被测轨道车辆底部的距离进行补偿，

根据纵向偏移量驱动纵向水平运动机构2对定点扫描组件6至特征点的纵向偏移进行补偿，

根据横向偏移量驱动横向水平运动机构4对定点扫描组件6至特征点的横向偏移进行补偿。

Claims (8)

1.一种库检机器人，其特征在于，包括：轮式运动机构(1)、N个检测组、快速扫描组件(8)和控制器(10)，每个检测组包括：三维滑台、机械臂(5)、定点扫描组件(6)和视觉定位组件(7)，N＝1、2或3；

N个检测组、快速扫描组件(8)和控制器(10)均固定在轮式运动机构(1)上，

每个检测组中，机械臂(5)固定在三维滑台的运动端上、使得三维滑台能够带动其上的机械臂(5)沿三个相互垂直的方向做直线运动，定点扫描组件(6)固定在机械臂(5)的自由端，视觉定位组件(7)固定在定点扫描组件(6)上；

定点扫描组件(6)和快速扫描组件(8)均用于采集被测轨道车辆底部的图像，定点扫描组件(6)的图像输出端和快速扫描组件(8)的图像输出端同时连接控制器(10)的图像输入端，视觉定位组件(7)用于采集被测轨道车辆底部特征点处的特征图像和定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离，视觉定位组件(7)的距离输出端连接控制器(10)的距离输入端，视觉定位组件(7)的特征图像输出端连接控制器(10)的特征图像输入端，控制器(10)的驱动信号输出端连接三维滑台的驱动信号输入端，所述特征点为库检机器人相对于被检车辆的停止点；

控制器(10)内部存储有标准距离，控制器(10)内部嵌有以下软件实现的单元：

比较单元：将采集到的距离与标准距离进行比较并获得偏差，

图像处理单元：利用图像识别技术判断特征图像中特征点相对于定点扫描组件(6)偏移量，所述偏移量包括纵向偏移量和横向偏移量，

控制单元：根据偏差和偏移量向三维滑台发送驱动信号进而驱动三维滑台对定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离、和定点扫描组件(6)至特征点的偏移进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种库检机器人，其特征在于，还包括稳定平台(9)，快速扫描组件(8)通过稳定平台(9)固定在轮式运动机构(1)上，稳定平台(9)为三自由度并联结构。

3.根据权利要求1所述的一种库检机器人，其特征在于，轮式运动机构(1)为无轨小车。

4.根据权利要求3所述的一种库检机器人，其特征在于，所述无轨小车上表面为矩形板，

当N＝1时，检测组固定在矩形板的一端，

当N＝2时，2个检测组分别固定在矩形板的两端，

当N＝3时，3个检测组分别固定在矩形板的两端和中间位置。

5.根据权利要求4所述的一种库检机器人，其特征在于，三维滑台包括：纵向水平运动机构(2)、竖直运动机构(3)和横向水平运动机构(4)；

纵向水平运动机构(2)固定在矩形板上，竖直运动机构(3)固定在纵向水平运动机构(2)的滑动端上，横向水平运动机构(4)固定在竖直运动机构(3)的滑动端上，

纵向水平运动机构(2)的滑动端能够沿矩形板的长度方向滑动，竖直运动机构(3)的滑动端能够沿垂直于矩形板的方向滑动，横向水平运动机构(4)能够沿矩形板的宽度方向滑动。

6.根据权利要求5所述的一种库检机器人，其特征在于，控制单元中，

根据偏差驱动竖直运动机构(3)对定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离进行补偿，

根据纵向偏移量驱动纵向水平运动机构(2)对定点扫描组件(6)至特征点的纵向偏移进行补偿，

根据横向偏移量驱动横向水平运动机构(4)对定点扫描组件(6)至特征点的横向偏移进行补偿。

7.一种库检机器人的位置补偿方法，所述库检机器人包括：轮式运动机构(1)、N个检测组和快速扫描组件(8)，每个检测组包括：三维滑台、机械臂(5)、定点扫描组件(6)和视觉定位组件(7)，N＝1、2或3；

N个检测组和快速扫描组件(8)均固定在轮式运动机构(1)上，

每个检测组中，机械臂(5)固定在三维滑台的运动端上、使得三维滑台能够带动其上的机械臂(5)沿三个相互垂直的方向做直线运动，定点扫描组件(6)固定在机械臂(5)的自由端，视觉定位组件(7)固定在定点扫描组件(6)上；

定点扫描组件(6)和快速扫描组件(8)均用于采集被测轨道车辆底部的图像，视觉定位组件(7)用于采集被测轨道车辆底部特征点处的特征图像和定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离；

其特征在于，所述位置补偿方法包括以下步骤：

将定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离与标准距离进行比较，并获得偏差；

利用图像识别技术判断特征图像中特征点相对于定点扫描组件(6)的偏移量，所述偏移量包括纵向偏移量和横向偏移量，

根据偏差和偏移量驱动三维滑台对定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离和定点扫描组件(6)至特征点的偏移进行补偿。

8.根据权利要求7所述的位置补偿方法，其特征在于，

根据偏差对定点扫描组件(6)至被测轨道车辆底部的距离进行补偿，

根据纵向偏移量对定点扫描组件(6)至特征点的纵向偏移进行补偿，

根据横向偏移量对定点扫描组件(6)至特征点的横向偏移进行补偿。

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