CN113548085A - 一种列车停站自动上水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及列车上水领域，尤其涉及一种列车停站自动上水系统，包括横向定位单元、自动注水机器人和中央处理单元；自动注水机器人包括走行单元、纵向定位单元和注水固定单元；中央处理单元，根据横向定位单元上传的车号识别结果和车头位置坐标向所述走行单位下发横向移动指令，根据旋转定位单元上传的实测纵向距离向其下发水平回转指令，根据注水固定单元上传的所述实测垂直距离向其下发上下移动指令。本发明提供的列车停站自动上水系统可实现上水口精确定位，并实现相邻股道列车采用一套设备自动上水。
Description
技术领域
本发明涉及列车上水领域，尤其涉及一种列车停站自动上水系统。
背景技术
当列车停站后，需在规定时间内(5min)完成补水作业；传统方式为人工将注水管从水井旁边拖拽至上水口位置，并通过挤压的方式实现注水接头与上水管的相对固定；注水管水压大于上水管内单向阀门后端水压，水井内的水泵将水从水井输向列车水箱，完成注水作业。使用智能机械设备完成注水作业，使得注水过程无人化、自动化，达到节约人工成本且可避免人工注水可能出现安全事故的目的正成为趋势。
现有技术中，CN109532944A号中国发明申请公开了一种列车上水机器人多级定位上水系统，采用全局相机、距离传感器和双目相机实现机器人三级定位并完成注水。CN112644525A号中国发明申请公开了一种列车停站上水控制系统，其通过第一定位模块对注水口盖板定位，在通过设置于机械臂上的第二定位模块在注水口盖板打开后对注水口进行定位。上述方案均是采用成像方案结合图像数据库实现注水口定位，定位精度有限，并且难以实现一套上水机器人实现相邻两股道列车的自动上水。
发明内容
为了解决现有列车自动上水方案的缺陷，本发明提供了以下技术方案：
一种列车自动上水系统，包括横向定位单元、自动注水机器人和中央处理单元；
横向定位单元包括车号识别装置和车头定位装置，车号识别装置设置于轨旁，用于识别列车车号，并将车号识别结果上传至中央处理单元；车头定位装置设置于列车停车标线位置，用于获取车头位置坐标并上传至中央处理单元；
所述自动注水机器人包括走行单元、旋转单元和注水固定单元；其中，
走行单元，用于响应中央处理单元的横向移动指令带动机器人本体沿导轨横向移动到指定位置；
旋转单元，用于测量车厢上水口相对于注水管的实测纵向距离并上传至中央处理单元，响应中央处理单元的水平回转指令带动注水固定单元绕铅垂轴水平回转置车厢上水口下方；
注水固定单元，用于测量车厢上水口与注水管的实测垂直距离并上传至中央处理单元，响应中央处理单元的上下移动指令驱动注水管竖直向上移动，实现注水管与上水口对接并完成注水；
中央处理单元，用于根据横向定位单元上传的所述车号识别结果和车头位置坐标计算横向移动距离，并向所述走行单位下发横向移动指令，根据旋转定位单元上传的实测纵向距离向其下发水平回转指令，根据注水固定单元上传的所述实测垂直距离向其下发上下移动指令。
进一步的，所述中央处理单元预存有车号-车型数据库，其根据车号识别结果从所述车号-车型数据库中查找列车每节车厢上水口相对于车头的横向距离，并根据所述横向距离下发横向移动指令。
进一步的，所述中央处理单元还根据所述车号-车型数据库查找列车每节车厢上水口相对于轨平面的理论垂直距离，根据所述理论垂直距离向所述注水固定单元下发初始上下移动指令，再根据注水固定单元上传的实测垂直距离下发上下移动指令。如此，实现垂向两级定位，现由理论距离初定位，再由点激光传感器精确实时定位。
可选的，所述横向定位单元不包括车号识别装置，所述中央处理单元接入列车调度信息，由列车调度信息获取车型信息。
进一步的，所述走行单元包括驱动所述机器人横向移动的驱动电机和设置在所述机器人底部的滑块，所述导轨包括磁栅尺，所述滑块滑动卡接在直线导轨上，所述滑块的底端面中心安装有磁头，所述磁头的外壁与磁栅尺上表面贴合。
进一步的，所述旋转单元包括点激光位移传感器，其用于测量机器人本体位于指定位置时其注水口与上水口的纵向距离；所述旋转单元旋转范围为360°，用于满足相邻两根股道列车的自动注水。
进一步的，所述注水固定单元包括点激光位移传感器，其用于测量机器人本体位于上水口下方时其注水口与上水口的垂直距离。
进一步的，所述注水固定单元还包括驱动电机和齿轮齿条机构，注水管与齿条相互耦合为一体结构，驱动电机驱动齿轮带动齿条往复运动实现注水管上下移动。
进一步的，所述自动注水机器人还包括上水口阀门开闭机械臂，所述注水固定单元还包括上水口视频监控模块，所述中央处理单元驱动机械臂对上水口的阀门进行打开操作，并根据上水口视频监控模块监测结果实时反馈阀门的开闭程度。
进一步的，所述注水固定单元还包括设置于注水管中的流量计，所述中央处理单元根据流量计监测数值判断注水管是否处于注水状态中，或者根据包括注水管在内的整个注水固定单元的重量增减判断注水状态。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
本发明基于车号-车型数据库保存的列车上水口位置信息通过测量列车停站时的车头位置信息获取各车型上水口的相对上水机器人的横向距离，精确消除列车停站位置在行车方向存在停车偏差导致的上水口定位偏差。
本发明通过旋转单元上的点激光位移传感器测量机器人本体到达指定位置时其注水口与上水口的纵向距离，精确消除列车停站时转向架与轨道中心相对位置偏移引起的上水口定位偏差。
本发明通过旋转单位实现机器人注水口纵向定位，旋转单元绕铅垂轴可旋转实现了相邻股道停靠列车由1套自动上水机器人注水，实现了设备共用，低成本、低空间占用方式实现了车站列车自动上水。
附图说明
图1为本发明实施例自动上水系统结构图；
图2为本发明实施例自动上水系统运行流程图；
图3位本发明实施例机械臂与上水口视频监控模块交互流程图；
图中标记：101-车号识别装置，102-车头定位装置，200-自动注水机器人，201-走行单元，202-旋转单元，203-注水固定单元，300-中央处理单元。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作出进一步详细地阐述。
本实施例中的方位描述均已自动上水机器人为基准：横向X，即列车前进方向；纵向Y，即垂直于列车前进方向为Y；垂直于地面为Z。
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
一种列车自动上水系统，包括横向定位单元、自动注水机器人200和中央处理单元300；本实施例中，中央处理单元300采用嵌入式设备，搭载于自动注水机器人200本体上。
横向定位单元包括车号识别装置101和车头定位装置102，车号识别装置101设置于轨旁，用于识别列车车号，并将车号识别结果上传至中央处理单元300；车头定位装置102设置于列车停车标线位置，用于获取车头位置坐标并上传至中央处理单元300；本实施例中，车号识别装置101采用线阵成像设备或者面阵成像设备，根据成像设备拍摄的车号区域图像采用现有深度学习模型识别出车号结果。车头定位装置102采用测距雷达，测距雷达测得反映车头位置坐标的距离结果上传至中央处理单元300。
所述自动注水机器人200包括走行单元201、旋转单元202和注水固定单元203；其中，
走行单元201，用于响应中央处理单元300的横向移动指令带动机器人本体沿导轨横向移动到指定位置；
旋转单元202，用于测量车厢上水口相对于注水管的实测纵向距离并上传至中央处理单元300，响应中央处理单元300的水平回转指令带动注水固定单元203绕铅垂轴水平回转置车厢上水口下方；
注水固定单元203，用于测量车厢上水口与注水管的实测垂直距离并上传至中央处理单元300，响应中央处理单元300的上下移动指令驱动注水管竖直向上移动，实现注水管与上水口对接并完成注水；
中央处理单元300，用于根据横向定位单元上传的所述车号识别结果和车头位置坐标计算横向移动距离，并向所述走行单位201下发横向移动指令，根据旋转定位202单元上传的实测纵向距离向其下发水平回转指令，根据注水固定单元203上传的所述实测垂直距离向其下发上下移动指令。
作为可选的实施方式，中央处理单元300根据列车车站调度信息或者车号识别装置确定该列车的车型，并从车号-车型数据库中查找每节车厢上水口相对于轨平面具体位置信息(Z)；位于停车对标杆附近的机器视觉定位装置，当列车停止后，输出车头的世界坐标并传递至中央处理单元300，结合车号-车型数据库查找即获取到每节车厢上水口沿行车方向的位置坐标(X)；位于旋转单元201上的点激光位移传感器，确定上水口垂直于列车行车方向的垂向位置信息(Z)。
中央处理单元300根据上水口位置坐标(X,Y,Z)以及走行单元201、旋转单元202本身结构尺寸计算出：注水固定单元203运动至上水口正下方的运动轨迹，并驱动走行单元201、旋转单元202做出相应的运动位移(X,Y)。
所述走行单元201包括驱动所述机器人横向移动的驱动电机和设置在所述机器人底部的滑块，所述导轨包括磁栅尺，所述滑块滑动卡接在直线导轨上，所述滑块的底端面中心安装有磁头，所述磁头的外壁与磁栅尺上表面贴合。
所述旋转单元202包括点激光位移传感器，其用于测量机器人本体位于指定位置时其注水口与上水口的纵向距离；所述旋转单元202旋转范围为360°，用于满足相邻两根股道列车的自动注水。所述旋转单元202的点激光位移传感器具体设置在机器人本体底部，其不参与旋转装置本身的水平回转。
所述注水固定单元203包括点激光位移传感器，其用于测量机器人本体位于上水口下方时其注水口与上水口的垂直距离。
所述注水固定单元203还包括驱动电机和齿轮齿条机构，注水管与齿条相互耦合为一体结构，驱动电机驱动齿轮带动齿条往复运动实现注水管上下移动。
注水固定单元203上的点激光位移传感器可以实时测量注水管与上水口的实时距离，中央处理单元300根据点激光位移传感器和/或上水口视频监控模块输出的上水口位置信息计算出，注水管与上水口完全贴合状态下注水管需要移动的距离，并驱动电机转动对应的圈数，确保注水管与上水口完美对接；当注水管与上水口完美对接后，电机立即置于自锁状态，确保注水过程两根水管对接的紧密性。
所述自动注水机器人200还包括上水口阀门开闭机械臂，所述注水固定单元203还包括上水口视频监控模块，所述中央处理单元300驱动机械臂对上水口的阀门进行打开操作，并根据上水口视频监控模块监测结果实时反馈阀门的开闭程度。
所述注水固定单元203还包括设置于注水管中的流量计，所述中央处理单元300根据流量计监测数值判断注水管是否处于注水状态中，或者根据包括注水管在内的整个注水固定单元的重量增减判断注水状态。
中央处理单元300实时监测注水管道上的流量计，以及根据获取到列车所需加水体积信息后，根据设定的阈值，中央处理单元300发出停止注水指令后，关闭注水泵，驱动机械臂关闭上水口的阀门，并驱动电机反转，实现注水管与上水口的分离，移动至注水前的状态即可；同时当电机反转完成后，中央处理单元300驱动旋转单元202、走行单元201恢复至默认位置，同时驱动位于水井端的转动轮来回收过长的注水管。
以下介绍本列车自动上水系统的具体使用流程，每节车厢都有一个自动注水机器人与之对应，如图2所示。
列车停站后，中央处理单元300根据列车车站调度信息、车号识别装置确定该列车的车型，并从基础数据库中查找每节车厢上水口相对于轨平面具体位置信息(z)；位于停车对标杆附近的机器视觉定位装置，当列车停止后，输出车头的世界坐标并传递至中央处理单元，即获取到每节车厢上水口沿行车方向的位置坐标(x)；同时调度信息包含了该列车需要注水的车厢号以及注水量。
走行单元201接收到中央处理单元发送出关于列车需要注水车厢的上水口的位置坐标后、对应的走行装置沿列车行进方向(X)移动，到达需要注水车厢上水口的正前方。
位于旋转单元上202的点激光位移传感器确定上水口垂直于列车前进方向的位置坐标(Y)；
中央处理单元300根据上水口位置坐标(X,Y,Z)以及走行单元201、旋转单元202本身结构尺寸计算出：注水固定装置运动至上水口正下方的运动轨迹，并驱动走行单元201、旋转单元202做出相应的运动(X,Y)。
位于注水固定单元203上的点激光位移传感器实时测量注水管与上水口的实时距离，中央处理单元300根据点激光位移传感器以及视频监控模块输出的上水口位置信息计算出：注水管与上水口完全贴合状态下注水管需要移动的距离，并驱动电机转动对应的圈数，确保注水管与上水口完美对接；当注水管与上上水口完美对接后，电机立即置于自锁状态，确保注水过程两根水管对接的紧密性。
机械臂与上水口视频监控模块交互流程如图3所示，视频监控模块采集图像后发送至中央处理单元300，中央处理单元300依次进行图像采用与量化、图像处理后向机械臂反馈控制信号，机械臂执行预定运动，到达目标位置；到达目标位置后再执行后续开关阀门动作。
中央处理单元300驱动机械臂对上水口的阀门进行打开操作，并根据视频监控模块实时反馈阀门的开闭程度。
中央处理单元300根据流量计的数值判断注水管是否处于注水状态中，或者根据注水固定装置(含注水管)的重量是否增加判断注水状态。
中央处理单元300实时监测注水管道上的流量计，以及根据获取到列车所需加水体积信息后，根据设定的阈值，中央处理单元300发出停止注水指令后，关闭注水泵，驱动机械臂关闭上水口阀门，并驱动电机反转，实现注水管与上水口的分离，移动至注水前的状态即可；同时当电机反转完成后，中央处理单元300驱动走行单元201、旋转单元202恢复至默认位置，同时驱动位于水井端的转动轮来回收过长的注水管。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种列车自动上水系统，其特征在于，包括横向定位单元、自动注水机器人和中央处理单元；
横向定位单元包括车号识别装置和车头定位装置，车号识别装置设置于轨旁，用于识别列车车号，并将车号识别结果上传至中央处理单元；车头定位装置设置于列车停车标线位置，用于获取车头位置坐标并上传至中央处理单元；
所述自动注水机器人包括走行单元、旋转单元和注水固定单元；其中，
走行单元，用于响应中央处理单元的横向移动指令带动机器人本体沿导轨横向移动到指定位置；
旋转单元，用于测量车厢上水口相对于注水管的实测纵向距离并上传至中央处理单元，响应中央处理单元的水平回转指令带动注水固定单元绕铅垂轴水平回转置车厢上水口下方；
注水固定单元，用于测量车厢上水口与注水管的实测垂直距离并上传至中央处理单元，响应中央处理单元的上下移动指令驱动注水管竖直向上移动，实现注水管与上水口对接并完成注水；
中央处理单元，用于根据横向定位单元上传的所述车号识别结果和车头位置坐标计算横向移动距离，并向所述走行单位下发横向移动指令，根据旋转定位单元上传的实测纵向距离向其下发水平回转指令，根据注水固定单元上传的所述实测垂直距离向其下发上下移动指令。
2.根据权利要求1所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述中央处理单元预存有车号-车型数据库，其根据车号识别结果从所述车号-车型数据库中查找列车每节车厢上水口相对于车头的横向距离，并根据所述横向距离下发横向移动指令。
3.根据权利要求2所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述中央处理单元还根据所述车号-车型数据库查找列车每节车厢上水口相对于轨平面的理论垂直距离，根据所述理论垂直距离向所述注水固定单元下发初始上下移动指令，再根据注水固定单元上传的实测垂直距离下发上下移动指令。
4.根据权利要求2所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述横向定位单元不包括车号识别装置，所述中央处理单元接入列车调度信息，由列车调度信息获取车型信息。
5.根据权利要求1所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述走行单元包括驱动所述机器人横向移动的驱动电机和设置在所述机器人底部的滑块，所述导轨包括磁栅尺，所述滑块滑动卡接在直线导轨上，所述滑块的底端面中心安装有磁头，所述磁头的外壁与磁栅尺上表面贴合。
6.根据权利要求1所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述旋转单元包括点激光位移传感器，其用于测量机器人本体位于指定位置时其注水口与上水口的纵向距离；所述旋转单元旋转范围为360°，用于满足相邻两根股道列车的自动注水。
7.根据权利要求1所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述注水固定单元包括点激光位移传感器，其用于测量机器人本体位于上水口下方时其注水口与上水口的垂直距离。
8.根据权利要求7所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述注水固定单元还包括驱动电机和齿轮齿条机构，注水管与齿条相互耦合为一体结构，驱动电机驱动齿轮带动齿条往复运动实现注水管上下移动。
9.根据权利要求1所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述自动注水机器人还包括上水口阀门开闭机械臂，所述注水固定单元还包括上水口视频监控模块，所述中央处理单元驱动机械臂对上水口的阀门进行打开操作，并根据上水口视频监控模块监测结果实时反馈阀门的开闭程度。
10.根据权利要求1所述的列车自动上水系统，其特征在于：所述注水固定单元还包括设置于注水管中的流量计，所述中央处理单元根据流量计监测数值判断注水管是否处于注水状态中，或者根据包括注水管在内的整个注水固定单元的重量增减判断注水状态。
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| CN116039699A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-02 | 湖北工业大学 | 一种宽窄轨列车转向架更换系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113548085B (zh) | 2022-09-09 |
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