CN111576103A - 自动调整轨道板安装位置的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动调整轨道板安装位置的系统，包括测量设备、控制设备、电机驱动器、电机和调节装置；测量设备用于测量轨道板的位置信息，测量设备与控制设备通信连接，将轨道板的位置信息传输给控制设备；电机驱动器与控制设备电连接，电机与电机驱动器电连接，电机还与调节装置驱动连接，用于向调节装置提供动力；调节装置用于调整轨道板的安装位置；控制设备根据所述轨道板的位置信息，结合移动方向及距离数据模型得出调节参数，控制设备根据调节参数调整轨道板的位置；本发明可以解决调整参数不能将轨道板的位置一次调整到位，调整精度不够影响轨道板铺设效率的技术问题。

Description

自动调整轨道板安装位置的系统

技术领域

本发明涉及铺设铁路轨道技术领域，具体涉及一种自动调整轨道板安装位置的系统。

背景技术

在我国铁路建设工程中，铺设路基用的轨道板，常用的有CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和CRTSⅢ型轨道板。目前的新建高铁线路，主要使用CRTSⅢ型轨道板进行路基的铺设。CRTSⅢ型轨道板是我国自主研发的一种集日本和德国两种无渣轨道板的优点与一身的新型轨道板。CRTSⅢ型轨道板在铺设时，对铺设精度的要求很高，上下、左右、前后铺设的精度要求≤3mm。而CRTSⅢ轨道板的尺寸和重量，以P4925为例，是一块约2.5m×5m的预制板，重量约为8吨。传统工程的施工方法是采用人工的方式，借助工装夹具，对轨道板的铺设位置进行手动微调。调整一块轨道板的位置，一般情况下需要5个工人同时操作2到3小时，费人费时，铺设效率较低。

现有技术中提供了一种轨道板精调的自动控制系统，该自动控制系统包括用于测量轨道板偏差值的全站仪、用于自动控制的控制器、用于提供调整动力的电机和用于调整轨道板铺设位置的调整机构，可以实现对轨道板精调设备的自动化控制。上述技术方案，仅仅实现了对轨道板精调设备的自动化控制，不需要通过人工对调整机构进行操作。但是在实际调整时，还是需要人工根据测量所得的偏差值，对调整机构设置各种参数，比如传动比、电机转速等等。而人工设置参数，就可能因为预判不准确，造成设置的参数不能将轨道板的位置一次调整到位，需要多次微调，调整精度不够，影响铺设效率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种自动调整轨道板安装位置的系统，以解决现有技术中存在的调整参数不能将轨道板的位置一次调整到位，调整精度不够影响轨道板铺设效率的技术问题。

本发明采用的技术方案是，一种自动调整轨道板安装位置的系统，包括测量设备、控制设备、电机驱动器、电机和调节装置；

测量设备用于测量轨道板的位置信息，测量设备与控制设备通信连接，将轨道板的位置信息传输给控制设备；

电机驱动器与控制设备电连接，电机与电机驱动器电连接，电机还与调节装置驱动连接，用于向调节装置提供动力；

调节装置用于调整轨道板的安装位置；

控制设备根据所述轨道板的位置信息，结合移动方向及距离数据模型得出调节参数，控制设备根据调节参数调整轨道板的位置。

进一步的，移动方向及距离数据模型为关系映射表，关系映射表中有多组电机驱动参数。

进一步的，采用深度学习方法，通过训练深度学习神经网络得出所述移动方向及距离数据模型。

进一步的，测量设备包括标架、观测棱镜和全站仪；控制设备包括工控机和可编程逻辑控制器；全站仪与所述工控机的通信连接方式包括无线通信。

进一步的，电机为伺服电机，所述电机驱动器为伺服放大器。

进一步的，调节装置包括精调爪和和丝杆，精调爪上设有调节螺钉；调节螺钉与丝杆一端的同轴连接；丝杆的另一端与所述电机驱动连接。

进一步的，调节螺钉包括上下调节螺钉、左右调节螺钉和前后调节螺钉；上下调节螺钉用于调整轨道板的高度，左右调节螺钉用于调整轨道板的横向位置，前后调节螺钉用于调整轨道板的纵向位置。

由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

1.在调整轨道板的位置时，软件根据轨道板不同的偏移量，通过关系映射表直接调用X1、X2等参数，通过控制电机转动带动丝杆对精调爪的调节螺钉进行调整，不需要人工设置参数，实现全程的自动化控制，使调整后的轨道板位置一次性到位，不需要反复调整。

2.以已经被使用过、证明切实可行的轨道板调整参数，采用深度学习方法，通过训练深度学习神经网络得出所述移动方向及距离数据模型。在对轨道板安装位置进行调整时，使用该数据模型可以进一步消除仿真计算时产生的理论值误差，提高对轨道板安装位置的调整精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种自动调整轨道板安装位置的系统，包括测量设备、控制设备、电机驱动器、电机和调节装置；

测量设备用于测量轨道板的位置信息，测量设备与控制设备通信连接，将轨道板的位置信息传输给控制设备；

电机驱动器与控制设备电连接，电机与电机驱动器电连接，电机还与调节装置驱动连接，用于向调节装置提供动力；

调节装置用于调整轨道板的安装位置；

控制设备根据所述轨道板的位置信息，结合移动方向及距离数据模型得出调节参数，控制设备根据调节参数调整轨道板的位置。

进一步的，测量设备包括标架、观测棱镜和全站仪；控制设备包括工控机和可编程逻辑控制器；全站仪与所述工控机的通信连接方式包括无线通信。

进一步的，电机为伺服电机，所述电机驱动器为伺服放大器。

进一步的，调节装置包括精调爪和和丝杆，精调爪上设有调节螺钉；调节螺钉与丝杆一端的同轴连接；丝杆的另一端与所述电机驱动连接。

进一步的，调节螺钉包括上下调节螺钉、左右调节螺钉和前后调节螺钉；上下调节螺钉用于调整轨道板的高度，左右调节螺钉用于调整轨道板的横向位置，前后调节螺钉用于调整轨道板的纵向位置。

以下对实施例1工作原理进行详细说明：

在对CRTSⅢ型轨道板的安装位置进行调整时，由本发明中所采用的调整轨道板安装的自动化控制系统进行自动调整。在下文中自动化控制系统简称系统。如图1所示，在本发明的系统中，每个精调爪上分别有3种调节螺钉，分别是上下调节螺钉、左右调节螺钉和前后调节螺钉，每种调节螺钉分别使用1个伺服电机+1个伺服放大器+1个PLC进行调节的控制，这个1个精调爪就需要使用3个伺服电机+3个伺服放大器+1个PLC的方式实现自动化调节。调整轨道板的安装位置，需要在轨道板的四个角分别安装1个精调爪，整个系统一共包括3个伺服电机，12个伺服放大器，和4台PLC来完成轨道板的位置调整操作。

在对轨道板的安装位置进行自动调整时，首先由系统中的测量设备对已经粗铺放好的轨道板进行测量。测量前将标架放置在轨道板承轨台之间的设计指定安装位置处，再将观测棱镜放在标架上。系统开始工作后，接通全站仪的电源，全站仪对观测棱镜的坐标数据进行测量，得到轨道板的位置信息，通过有线通信或无线通信的方式将轨道板的位置信息传输给工控机。有线通信方式可选用RS-232C、RS485、以太网等接口，无线通信方式可选用蓝牙通信模块、以太网无线WIFI通信模块，等等。在本实施例中，因为轨道板安装铺设现场情况复杂，采用有线方式不便于不线，所以优选无线通信的方式进行数据传输。

工控机内装有轨道板安装位置自动调整软件，在下文中安装位置自动调整软件简称软件。在软件中有预存轨道板安装位置的设计值，软件将测量得到的轨道板坐标信息和设计值进行对比，得到轨道板安装位置的偏移量。在现有技术中，通常是以轨道板实际位置坐标点和设计值坐标点，计算这两点之间在三维空间中的距离作为偏移量，根据该偏移量来调整轨道板的位置。在调整时，需要人工在软件上设置参数，工控机与PLC通信连接，在本实施例中可选用RS232接口，这样工控机就可以将控制指令下达给PLC。通过PLC控制伺服放大器，驱动伺服电机转动，带动丝杆旋转，调整精调爪上的调节螺钉，使轨道板产生位移。而人工设置参数，就可能因为预判不准确，使得调整后的轨道板位置超过误差要求，需要进行再次微调。

在本发明中，软件内有一移动方向及距离数据模型，在下文中简称数据模型。软件结合这个数据模型，根据偏移量计算调整量。调整量即为轨道板需要移动的方向，以及在移动方向上需要移动的距离。在本实施例中，数据模型是一种关系映射表。

在关系映射表中，有多组设计人员借助计算机仿真软件通过精确计算得到的、一组一组偏移量和调整量的对照关系。比如：轨道板有4个角，分别设为1号角、2号角、3号角和4号角。测得在1号角处高度偏移量为0.3mm。要将1号角的高度偏移量从0.3mm调整为0，对应需要设置的电机驱动参数，包括:调整的部位是1号精调爪的上下调节螺钉，电机转速为某一数值，等等，这一系列参数组成为电机驱动参数X1。X1和1号角高度偏移量0.3mm有一种唯一对应关系，以此类推，在轨道板的每一个角，对于轨道板的各种高度偏移量、各种横向偏移量和各种纵向偏移量，都有一组唯一对应的电机驱动参数，X1、X2、X3，等等。在调整轨道板的位置时，软件根据轨道板不同的偏移量，通过关系映射表直接调用X1、X2等参数，通过控制电机转动带动丝杆对精调爪的调节螺钉进行调整，不需要人工设置参数，实现全程的自动化控制，使调整后的轨道板位置一次性到位，不需要反复调整。

在本实施例中，控制器选用PLC，即可编程逻辑控制器，型号为Rx3i、S7-1200。选用伺服放大器和伺服电机可以实现更加精准的控制度，伺服放大器和伺服电机型号为步科3kW。

实施例2

在实施例1中的移动方向及距离数据模型是一关系映射表，该关系映射表设计人员借助计算机仿真软件通过精确计算得到，鉴于理论计算值和实际值之间总会有误差。为进一步减小轨道板的调整误差，可以采用以下技术方案：使用已经被使用过、证明切实可行的实际值来推导出数学模型，通过这种数据模型得到的调节参数更贴近于实际应用。

在本实施例中，通过深度学习的方式来得到数学模型。具体的，对以往工程施工中已经安装好的轨道板在安装过程中的各种数据进行收集汇总。将在安装过程中测量设备测得的偏移量作为输入集，将通过多次调整修正后的最终调整量作为输出集。使用输入集和输出集中的一部分数据作为训练集，在本实施例中选用4/5的数据；使用输入集和输出集中剩余的1/5的数据用于评估测试，作为验证集。使用训练集和验证集来训练深度神经网络。经过训练深度神经网络，会自动学习并找出输入集和输出集之间的关系，该关系为一数学模型，其实质是轨道板偏移量和最终调整量之间输入输出关系。这样，在对新的轨道板安装位置进行调整时，只要将轨道板偏移量输入到经过训练的深度神经网络中，即数据模型中，就可以自动得出最终调整量。按照这个最终调整量对精调爪的调节螺钉进行调节，可以进一步消除仿真计算时产生的理论值误差，提高对轨道板安装位置的调整精度。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：包括测量设备、控制设备、电机驱动器、电机和调节装置；

所述测量设备用于测量轨道板的位置信息，所述测量设备与控制设备通信连接，将所述轨道板的位置信息传输给控制设备；

所述电机驱动器与控制设备电连接，所述电机与电机驱动器电连接，所述电机还与调节装置驱动连接，用于向调节装置提供动力；

所述调节装置用于调整轨道板的安装位置；

所述控制设备根据所述轨道板的位置信息，结合移动方向及距离数据模型得出调节参数，所述控制设备根据调节参数调整轨道板的位置。

2.根据权利要求1所述一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：所述移动方向及距离数据模型为关系映射表，所述关系映射表中有多组电机驱动参数。

3.根据权利要求1所述一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：采用深度学习方法，通过训练深度学习神经网络得出所述移动方向及距离数据模型。

4.根据权利要求1所述一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：所述测量设备包括标架、观测棱镜和全站仪；所述控制设备包括工控机和可编程逻辑控制器；所述全站仪与所述工控机的通信连接方式包括无线通信。

5.根据权利要求1所述一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：所述电机为伺服电机，所述电机驱动器为伺服放大器。

6.根据权利要求1所述一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：所述调节装置包括精调爪和和丝杆，所述精调爪上设有调节螺钉；所述调节螺钉与丝杆一端的同轴连接；所述丝杆的另一端与所述电机驱动连接。

7.根据权利要求6所述一种自动调整轨道板安装位置的系统，其特征在于：所述调节螺钉包括上下调节螺钉、左右调节螺钉和前后调节螺钉；所述上下调节螺钉用于调整轨道板的高度，所述左右调节螺钉用于调整轨道板的横向位置，所述前后调节螺钉用于调整轨道板的纵向位置。

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