CN115313611A - 一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置及其供电方法，包括供电装置本体、供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统、电源系统；供电装置控制器与供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统通过内部通信总线连接。本发明实现了地面电源供电系统与动车组的电气连通，满足动车组供电要求，大大减少了轨道下的地面电源插座箱，并确保在地面电源供电系统连接时不带电操作，避免产生强电弧，危害操作人员人身安全，同时替代传统声光报警系统，消除了检查库内声光报警带来的噪声。

Description

一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置及其供电 方法

技术领域

本发明涉及铁路系统动车组地面电源技术领域，特别是涉及一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置及其供电方法。

背景技术

高速铁路的动车组连续运行5000km后需进入高铁动车运用所(段)进行整备，更换、调整和补充消耗部件，对动车组主要技术状态和技术性能进行例行检查和测试等。一般情况下，动车组进入动车运用所(段)内的检查库后，动车组的所有受电弓降落，库前27.5kV隔离开关动作断电，库内接触网联动安全接地，动车组检修人员开始对全列进行安全检查、电器性能测试。在动车检修人员工作前，切断了动车组的27.5kV动力外电源，可避免触电事故发生，保护检修人员的人身安全，但动车组车内的性能检查需要0.38kV电源供电，这样每组动车组一般在车体上设置1～2处外接电源插座，用于外部0.38kV电源的接入。

现有的动车组外接电源方案是在检查库设置专用的地面电源10/0.4kV变电所、地面电源插座箱，通过大截面电缆连接供电。由于每轨道停靠动车组车型、编组不确定，常规设计是在每条轨道正下方设置了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH350、CRH380D等六种动车组电源插座箱，以满足各种车型的供电要求。据统计，最新的检修库地面电源供电方案，每条轨道平均有20台动车组地面电源插座箱，箱内插座供电电流从125A～425A不等。现有的动车组地面电源供电方案复杂，投资较大，同时由于每处供电点的工作电流大，为防止检修操作人员误操作，带电强行插、拔连接器，地面电源系统向动车组供电时，一般联动声光报警系统，通过声光提醒操作人员供电设施正在运行，不得强行插、拔插头插座，以防止产生强电弧，从而造成火灾或人身伤害。

目前动车组地面电源插座箱通常安装于检修库轨道正下方，变电所至插座箱的供电母线或供电电缆安装于地下电缆通道，运行环境比较潮湿。雨雪天气时，动车组从室外进入检修库，会有雨水沿车体流进轨道下的插座箱，而且插座箱使用频率较低，造成现有的多数地面供电系统无法正常供电。此外，按现行操作规程，地面电源向动车组供电时，需两名动车组维修操作人员共同操作，一人负责安全监控，一人负责插座箱与动车组插座的连接。动车组运行十多年来，不断出现由于维修操作人员操作失误，带电强行插、拔动车组插座(头)，造成强电弧烧伤动车组检修工人或者动车组车载用电设备由于瞬时过电压而损坏。

随着国内通信技术、人工智能技术、图像识别技术、智能制造技术的快速发展，出现了许多新型自动化设备代替维修操作人员从事危重工作。因此，在固定式动车组地面电源供电系统的基础上，开发出一种安全、可靠、经济的动车组地面供电和自动化连接方案成为本领域技术人员共同努力的目标。

发明内容

为解决现有地面电源插座箱多，操作人员手动连接动车组电源连接器时易误操作，带电强行插、拔插座(头)造成可能引发的强电弧问题或动车组车载用电设备过电压损坏的问题，本发明提供了一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置及其供电方法，根据动车组类型及供电需求，自行移动供电装置至动车组供电点，自动选择合适的电源连接器，并通过机械臂将地面电源供电系统与通用连接器、动车组连接器与动车组车体的连接器可靠、安全、自动地连接在一起，实现地面电源供电系统与动车组的电气连通，满足动车组供电要求，大大减少了轨道下的地面电源插座箱，优化了电源供电母线，减少了建设期投资，并确保在地面电源供电系统连接时不带电操作，避免产生强电弧，危害操作人员人身安全，同时替代传统地面电源供电系统的声光报警系统，消除了检查库内声光报警带来的噪声。

本发明是这样实现的，一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，包括供电装置本体、供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统、电源系统；所述供电装置控制器与供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统通过内部通信总线连接。

所述供电联锁控制器，通过无线通信与动车组地面电源供电系统可靠连接，用于获取主供电侧断路器的开关状态以及电能质量情况，实现电气信号联锁，并将联锁信号传输至供电装置控制器。

所述自动移动控制系统，用于与环境视觉识别系统配合，结合预先设定的行进路线，实时接收供电装置控制器的信号，快速、准确地将地面电源供电装置由检查库的存车间移至动车组供电点。

所述环境视觉识别系统，用于探测地面电源供电装置行进路线的外部周围空间环境情况，综合判定预先设定的行进路线的安全性，并将判定的信号传输至供电装置控制器。

所述动车组识别系统，用于拍摄动车组外型，并识别动车组的车型及编组、动车组车体的连接器类型、动车组供电点，并将识别的信号传输至供电装置控制器。

所述供电电缆控制系统，用于贮存供电电缆和控制供电电缆收放。

所述机械臂控制系统，用于将不同连接器对应连接到动车组地面电源供电系统和动车组上，实现动车组地面电源供电系统与动车组车体的连接器的可靠电气连接。

所述电源系统，用于为地面电源供电装置提供工作电源和动力电源。

优选的，所述自动移动控制系统包括驱动机构和行走机构，所述驱动机构的输入端与供电装置控制器连接，所述驱动机构的输出端与行走机构连接，所述行走机构位于供电装置本体底部，驱动机构驱动行走机构带动地面电源供电装置行走。

优选的，所述环境视觉识别系统包括照明灯具、激光雷达、图像传感器以及图像处理系统，所述照明灯具、激光雷达、图像传感器设置在供电装置本体上，所述激光雷达、图像传感器与图像处理系统连接，所述图像处理系统与供电装置控制器连接。

优选的，所述动车组识别系统包括摄像头和识别系统，所述摄像头与识别系统连接，所述摄像头可转动的设置在供电装置本体上，所述识别系统与供电装置控制器连接。

优选的，所述供电电缆控制系统由电缆箱、电缆盘主轴、电缆盘、电磁定位销、供电电缆、伺服电机、电缆控制器组成，所述电缆箱位于供电装置本体内，所述电缆盘主轴可转动的安装在电缆箱上，所述电缆盘主轴上分割为若干个放置各个电缆盘的空间，各个所述电缆盘套设在电缆盘主轴上，所述电缆盘主轴上在对应各个电缆盘位置均设置可伸缩的电磁定位销，使电缆盘和电缆盘主轴连接和分离，所述供电电缆缠绕在电缆盘上，每根供电电缆连接一个连接器，所述伺服电机驱动电缆盘主轴转动，所述电缆控制器控制伺服电机的“正”、“反”转动和电磁定位销的定位。

进一步优选的，所述供电电缆控制系统内设7个电缆盘，每个电缆盘对应位置的电缆盘主轴上设置四个电磁定位销。供电电缆控制系统要实现七种规格型号的供电电缆在不同工况下，伴随机械臂作业无阻力的拉出、收回，不给机械臂增加附加外力，不影响机械臂灵活操作。供电电缆控制系统的电缆盘在平常或在移动过程中，电磁定位销伸出，固定各电缆盘不扰动；地面电源供电装置移动到位后，需要供电时，第一步：六种动车组连接器的供电电缆盘的电磁定位销动作、吸回，伺服电机带动电缆盘主轴转动，电缆盘主轴通过电磁定位销锁定相应的电缆盘联动，从而通用连接器的供电电缆随机械臂移动至动车组地面电源供电系统的动力柜前；第二步：通用连接器所在的电缆盘的电磁定位销动作、吸回，适配动车组的动车组连接器的电缆盘的电磁定位销动作、打开，该供电电缆的电缆盘固定，伺服电机带动电缆盘主轴转动，从而适配动车组连接器的供电电缆随机械臂移动至动车组供电点。

进一步优选的，所述伺服电机的输出轴连接有齿轮一，所述电缆盘主轴上连接有齿轮二，所述齿轮二与齿轮一啮合。

优选的，所述机械臂控制系统由机械臂、连接器抓手、视觉传感器、力觉传感器和机械臂控制器组成，所述机械臂安装在供电装置本体上，所述连接器抓手、视觉传感器和力觉传感器安装在机械臂的末端，所述机械臂控制器分别与机械臂、连接器抓手、视觉传感器、力觉传感器连接。机械臂控制器主要控制机械臂灵活工作，完成通用连接器与动车组地面电源供电系统的供电点、及适配动车组的动车组连接器和动车组的电源接口可靠连接。连接时，动车组地面电源供电系统的主断路器应处于“断开”状态，系统无电，机械臂方可工作。第一步：机械臂动作，抓住通用连接器，抽出相匹配的供电电缆，将通用连接器插入地面电源供电系统的动力柜的插座内；第二步：机械臂根据动车组类型及编组在电缆盘配套的六种连接器中选择出适配该动车组的连接器；第三步：机械臂抓起适配的动车组连接器，抽出相连接的供电电缆，将动车组连接器插入动车组车体的连接器上，连通动车组地面电源供电系统和动车组。相反，供电结束时，供电联锁控制器向动车组地面电源供电系统发出供电结束指令，主断路器断开，处于“断开”状态，系统无电，机械臂方可工作。

优选的，所述电源系统由蓄电池组、整流及逆变系统、蓄电池组监控单元组成，所述蓄电池组通过整流及逆变系统与供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统连接，所述蓄电池组监控单元与蓄电池组连接。

一种自动连接的移动式动车组地面电源供电方法，包括如下步骤：

S1、当动车组入库，接触网断电后进入车内整备或检修时，检修人员发出供电需求，地面电源供电装置的供电装置控制器接收到动车组用电要求后，启动自动移动控制系统，地面电源供电装置在环境视觉识别系统的指挥下，自行移至检查库内动车组停靠的轨道间；

S2、地面电源供电装置继续前行，动车组识别系统利用摄像头识别停靠在轨道上的动车组车型及编组，综合确定动车组车体的连接器型号和具体动车组供电点，并将识别出来的动车组信息上传给供电装置控制器；

S3、地面电源供电装置移至动车组地面电源供电系统的动力柜前，供电联锁控制器检测动力柜主断路器的状态，若主断路器处于“合闸”状态，供电联锁控制器向动力柜发出“开闸”命令，将主断路器断开，同时供电联锁控制器将相关信息上传至供电装置控制器；

S4、供电装置控制器收到供电联锁控制器的信号后，同时向供电电缆控制系统、机械臂控制系统发出工作信号，电缆盘配合机械臂将供电电缆拉出，机械臂将通用连接器插入到动力柜的插座内；

S5、地面电源供电装置移动至动车组供电点，首先通过视觉传感器和力觉传感器侦测动车组车体的连接器的安装高度、中心孔的孔径、插孔的中心距以及孔洞的倾斜度，并将上述信息传送给机械臂控制器；

S6、机械臂控制器结合动车组识别系统的信息，控制机械臂选择与动车组匹配的动车组连接器；机械臂控制器与供电电缆控制系统的电缆控制器配合，控制机械臂拉出供电电缆至动车组供电点处；机械臂控制器根据接收到的动车组车体的连接器的信息，将动车组连接器精确地插入到动车组车体的连接器内，并将连接完成信号上传至供电装置控制器；

S7、供电联锁控制器接收到连接完成信号后，发出“合闸”指令，合上主断路器向动车组供电；

S8、供电结束后，供电联锁控制器向动车组地面电源供电系统的动力柜的主断路器发出“开闸”信号，动力柜的主断路器断开，供电联锁控制器将主断路器处于“开闸”状态的信号上传至供电装置控制器；

S9、供电装置控制器向供电电缆控制系统、机械臂控制系统发出工作信号，机械臂拔出与动车组连接的动车组连接器，供电电缆控制系统的电缆控制器控制电缆盘转动，与机械臂同步移动，收回供电电缆，同时机械臂将动车组连接器插回至电缆箱内；

S10、地面电源供电装置移回至动车组地面电源供电系统的动力柜前，机械臂动作，拔出插入至动力柜内的通用连接器，在供电电缆控制系统配合下，并将通用连接器插回至电缆箱内；

S11、地面电源供电装置按预定路径，运回至检查库的存放间。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的移动式动车组地面电源供电装置，通过供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统、电源系统的配合协调，实现了电源连接器自动连接，满足动车组整备和检修需求，确保在动车组地面电源供电系统连接时不带电操作，避免产生强电弧，危害操作人员人身安全，同时替代传统动车组地面电源供电系统的声光报警系统、轨道下的地面插座箱，并通过机械臂替代了操作人员的人力插拔，减轻了检修人员的人工劳动强度，实现了自动化、机械化、智能化，消除了检查库内声光报警带来的噪声，提高了操作的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的地面电源供电装置的控制原理框图；

图2为本发明实施例提供的机械臂控制系统和供电电缆控制系统的结构布置图；

图3为本发明实施例提供的电缆盘的布置图；

图4为本发明实施例提供的电缆盘主轴上电磁定位销的结构布置图。

图中：1、电缆箱；2、电缆盘主轴；3、电缆盘；4、电磁定位销；5、供电电缆；6、伺服电机；7、齿轮一；8、齿轮二；9、机械臂；10、连接器抓手；11、视觉传感器；12、力觉传感器；13、动车组连接器；14、通用连接器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1至图4，本实施例提供了一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，包括供电装置本体、供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统、电源系统；所述供电装置控制器与供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统通过内部通信总线连接，实现地面电源供电装置的自动行走、可靠电气联锁、自动连接、安全可靠供电等功能，提高了自动化供电水平，减轻了操作者的劳动强度。

所述供电联锁控制器，通过无线通信与动车组地面电源供电系统可靠连接，用于获取主供电侧断路器的开关状态以及电能质量情况，实现电气信号联锁，并将联锁信号传输至供电装置控制器，使机械臂9进行插、拔电源连接器动作时电源连接器处于无电状态。供电联锁控制器主要起安全保证作用，避免机械臂9作业时带电插拔产生强电弧，造成操作人员触电危险和设备损坏，给动车组设备带来不可追加的损失；当出现“带电”插、拔电源连接器时，供电联锁控制器发出安全联动信号，强制打开动车组地面电源供电系统的主供电侧断路器，保证人身安全。

所述自动移动控制系统，用于与环境视觉识别系统配合，结合预先设定的行进路线，实时接收供电装置控制器的信号，快速、准确地将地面电源供电装置由检查库的存车间移至指定地点。当动车组需要外接供电时，向地面电源供电装置的供电装置控制器发出供电指令，自动移动控制系统接收到命令后，结合预先设定的行进路线方案，并在环境视觉识别系统的导引下，直行、横行、转弯、躲避障碍物运行至指定地点。

所述环境视觉识别系统，用于探测地面电源供电装置行进路线的外部周围空间环境情况，综合判定预先设定的行进路线的安全性，并将判定的信号传输至供电装置控制器，使地面电源供电装置自动躲让行进路线上的障碍物，确保地面电源供电装置能安全、及时、可靠地运行至指定地点。

所述动车组识别系统，用于拍摄动车组外型，并识别动车组的车型及编组、动车组车体的连接器类型、动车组供电点，并将识别的信息传输至供电装置控制器。

所述供电电缆控制系统，用于贮存供电电缆5和控制供电电缆5收放。供电电缆5控制系统控制六种动车组连接器13和一种通用连接器14的连接，每种动车组连接器13一端与对应供电电缆5连接，另一端与动车组车体的连接器匹配连接；通用连接器14一端与对应供电电缆5连接，另一端与动车组地面电源供电系统连接；通用连接器14的供电电缆5通过母线与其他动车组连接器13的供电电缆5连接。

所述机械臂控制系统，用于将不同连接器对应连接到动车组地面电源供电系统和动车组上，实现动车组地面电源供电系统与动车组车体的连接器的可靠电气连接，以满足动车组检修供电要求。地面电源供电装置到达动车组供电点后，机械臂9动作，首先将通用连接器14连接到动车组地面电源供电系统上，然后根据动车组识别系统的识别信息，将适配的动车组连接器13连到动车组车体的连接器上，达到电气贯通满足供电要求。

所述电源系统，用于为地面电源供电装置提供工作电源和动力电源，满足供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统的供电需求。电源系统通过安装在检查库存车间的汽车快速充电桩向电源系统的蓄电池组快速、安全充电，确保地面电源供电装置能正常工作。

本实施例优选的，所述供电装置控制器是基于DSP数字处理器开发，通过内部通信总线分别与供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统连接。通过与供电联锁控制器信息交互，获取地面电源供电系统主断路器“开”、“合”状态，并根据接收到的信号向机械臂控制系统、供电电缆控制系统发出动作指令。与环境视觉识别系统信息交互，将接收到的信息实时传送给自动移动控制系统，确保地面电源供电装置能自动避开预定路线的障碍物，并结合动车组信息，快速、安全地到达指定地点。通过与动车组识别系统信息交互，获取动车组的车型及编组、动车组车体的连接器类型、动车组供电点，并将接收到的信息传送给自动移动控制系统，确保地面电源供电装置能可靠移至动车组供电点。与机械臂控制系统信息交互，传达动车组信息、地面电源供电系统主断路器状态信息，开放或禁止机械臂9工作。与供电电缆控制系统信息交互，传送地面电源供电装置的状态和地面电源供电系统主断路器状态信息，从而联动电磁定位销和伺服电机动作，实现供电电缆5的选择、拉出、收回工作。与电源系统信息交互，获取蓄电池组的性能、系统耗能，实现对蓄电池组的在线监测。

所述自动移动控制系统包括驱动机构和行走机构，所述驱动机构的输入端与供电装置控制器连接，所述驱动机构的输出端与行走机构连接，所述行走机构位于供电装置本体底部，驱动机构驱动行走机构带动地面电源供电装置行走，驱动机构接收到供电装置控制器的移动指令后，驱动行走机构按预定的路径自动向指定地点移动。移动过程中结合环境视觉识别系统的信息，自动避开障碍物，首先到达地面电源供电系统的动力柜前，待机械臂9将通用连接器14插入动力柜后，配合机械臂控制系统、供电电缆控制系统将地面电源供电装置移动至动车组供电点。

所述环境视觉识别系统包括照明灯具、激光雷达、图像传感器以及图像处理系统，所述照明灯具、激光雷达、图像传感器设置在供电装置本体上，所述激光雷达、图像传感器与图像处理系统连接，所述图像处理系统与供电装置控制器连接。供电装置控制器接收到动车组供电需求后，启动地面电源供电装置按事先预定的行进路线运动，同时指令环境视觉识别系统对地面电源供电装置的行进路线进行探测。首先启动照明灯具，满足照明及图像识别需求，同时激光雷达、图像传感器对周围空间进行动态扫描，感知环境，识别行进路线的状况，并将侦测到的信息动态传达给供电装置控制器。当识别到有障碍物时，供电装置控制器自动进行线路规划，精确定位，安全引导地面电源供电装置到达指定地点。

所述动车组识别系统包括摄像头和识别系统，所述摄像头与识别系统连接，所述摄像头可转动的设置在供电装置本体上，所述识别系统与供电装置控制器连接。基于安装于供电装置本体上的可转动的摄像头拍摄轨道上的动车组的图像，利用图像识别技术识别动车组类别及编组、动车组车体的连接器类型。目前在高速铁路上运行的动车组有CRH1、CRH2、CRH3、CRH350、CRH380A、CRH380B、CRH380D、CRH5八种车型，六种不同类型的动车组连接器13，规格分别为125A、197A、300A、375A、380A、425A。地面电源供电装置从检查库存放间移至动车组停靠的轨道时，动车组识别系统的摄像头开始工作，将拍摄的图片传送给识别系统，识别系统根据预存的动车组特征，准确无误分析出动车组类别和编组、动车组车体的连接器类型，并将上述结果传送给供电装置控制器。

所述供电联锁控制器通过无线通信方案与地面电源供电系统连通，监测地面电源供电系统主断路器的“开”、“合”状态，并结合地面电源供电装置的运行状态向地面电源供电系统发送“合闸”、“开闸”指令。地面电源供电装置移动至地面电源供电系统的动力柜前，供电联锁控制器与动力柜通信，确认主断路器状态。若地面电源供电系统主断路器处于“合”状态，供电联锁控制器发出“开闸”指令，断开主断路器，机械臂9将通用连接器14的插头插入动力柜的连通器的插座内，地面电源供电装置再运行至动车组供电点，机械臂9将适配动车组的动车组连接器13插入动车组车体的连接器内，供电联锁控制器发出“合闸”指令，合上主断路器向动车组供电。当供电结束后，供电联锁控制器发出“开闸”指令，断开主断路器，机械臂9动作，拔出与动车组连接的动车组连接器13，再将通用连接器14从动力柜的连接器内拔出，结束联锁控制。

所述供电电缆控制系统由电缆箱1、电缆盘主轴2、电缆盘3、电磁定位销4、供电电缆5、伺服电机6、电缆控制器组成，所述电缆箱1位于供电装置本体内，所述电缆盘主轴2可转动的安装在电缆箱1上，所述电缆盘主轴2上分割为若干个放置各个电缆盘3的空间，各个所述电缆盘3套设在电缆盘主轴2上，所述电缆盘主轴2上在对应各个电缆盘3位置均设置可伸缩的电磁定位销4，使电缆盘3和电缆盘主轴2连接和分离，所述供电电缆5缠绕在电缆盘3上，每根供电电缆5连接一个连接器，所述伺服电机6的输出轴连接有齿轮一7，所述电缆盘主轴2上上连接有齿轮二8，所述齿轮二8与齿轮一7啮合，所述伺服电机6驱动电缆盘主轴2转动，所述电缆控制器控制伺服电机6的“正”、“反”转动和电磁定位销4的定位。

所述供电电缆控制系统内设7个电缆盘3，分别对应7类不同的连接器和7种不同规格的供电电缆5，每个电缆盘3对应位置的电缆盘主轴2上设置四个电磁定位销4。当机械臂控制系统、供电电缆控制系统接收到供电指令和动车组类型信号后，首先电缆控制器根据动车组类型，控制电磁定位销4按顺序动作，选择匹配的电缆盘3及供电电缆5；然后配合机械臂9移动速度，操控伺服电机6的齿轮转向及转动速度，将供电电缆5从电缆盘3拖出至动车组供电点或由动车组供电点收回至电缆盘3。

电磁定位销4主要用于将电缆盘主轴2与电缆盘3连接固定，并通过伺服电机6的“正”、“反”转实现供电电缆5的拉出与拖回。一般地面电源供电装置不供电时，7个电缆盘3的电磁定位销4均处于“打开”状态，避免电缆盘3自行转动；当地面电源供电装置供电时，地面电源供电装置首先移至动车组地面电源供电系统的动力柜前，电缆控制器控制与通用连接器14的电缆盘3对应的电磁定位销4处于“打开”状态，其它电磁定位销4“收回”，通用连接器14及与其连接的供电电缆5在机械臂9、伺服电机6的共同动作下，插入动力柜；然后地面电源供电装置向动车组供电点移动，伺服电机6一直配合转动，释放通用连接器14的供电电缆5，到达动车组供电点后，电缆控制器“收回”通用连接器14对应的电磁定位销4，“打开”与动车组匹配的动车组连接器13的电缆盘3对应的电磁定位销4，此动车组连接器13及供电电缆5在机械臂9、伺服电机6的共同动作下，插入动车组车体的连接器内。

所述机械臂控制系统由机械臂、连接器抓手、视觉传感器、力觉传感器和机械臂控制器组成，所述机械臂安装在供电装置本体上，所述连接器抓手、视觉传感器和力觉传感器安装在机械臂的末端。机械臂控制器

所述机械臂控制系统由机械臂9、连接器抓手10、视觉传感器11、力觉传感器12和机械臂控制器组成，所述机械臂9安装在供电装置本体上，所述连接器抓手10、视觉传感器11和力觉传感器12安装在机械臂9的末端，所述机械臂控制器分别与机械臂9、连接器抓手10、视觉传感器11、力觉传感器12连接。平时机械臂9处于收回状态，工作时，第一步：根据机械臂控制器的“动作”指令，机械臂9开始工作，转向电缆箱1的通用连接器14方向，并抓起通用连接器14，将通用连接器14移送至动力柜的插座前，然后视觉传感器11和力觉传感器12侦测出动力柜插座的标高、中心孔径并上传至机械臂控制器，机械臂控制器根据接收到的数据，控制机械臂9将通用连接器14准确地插入到动力柜的插座内；第二步：机械臂控制器根据供电装置控制器传送来的动车组类型，将电缆箱1内与动车组匹配的动车组连接器13移送至动车组供电点，然后视觉传感器11和力觉传感器12侦测出动车组车体的连接器的标高、中心孔径并上传至机械臂控制器，机械臂控制器根据接收到的数据，控制机械臂9将动车组连接器13准确地插入到动车组车体的连接器内；第三步，供电结束后，根据供电装置控制器的“动作”指令，机械臂9动作将动车组连接器13从动车组车体的连接器内拔出，然后在供电电缆控制系统配合下，将供电电缆5及动车组连接器13送回至电缆箱1；第四步：地面电源供电装置移至动车组地面电源供电系统的动力柜前，机械臂9动作将通用连接器14从动力柜的插座内拔出，然后在供电电缆控制系统配合下，将供电电缆5及通用连接器14送回至电缆箱1。

所述电源系统由蓄电池组、整流及逆变系统、蓄电池组监控单元组成，所述蓄电池组通过整流及逆变系统与供电装置控制器连接，所述蓄电池组监控单元与蓄电池组连接。其中蓄电池组按照系统的最大工作容量配置，整流及逆变系统将蓄电池组电源调整至各系统所需的电源，蓄电池组监控单元在线监测每个蓄电池的状态。

一种自动连接的移动式动车组地面电源供电方法，包括如下步骤：

S1、当动车组入库，接触网断电后进入车内整备或检修时，检修人员发出供电需求，地面电源供电装置的供电装置控制器接收到动车组用电要求后，启动自动移动控制系统，地面电源供电装置在环境视觉识别系统的指挥下，自行移至检查库内动车组停靠的轨道间；

S2、地面电源供电装置继续前行，动车组识别系统利用摄像头识别停靠在轨道上的动车组车型及编组，综合确定动车组车体的连接器型号和具体动车组供电点，并将识别出来的动车组信息上传给供电装置控制器；

S3、地面电源供电装置移至动车组地面电源供电系统的动力柜前，供电联锁控制器检测动力柜主断路器的状态，若主断路器处于“合闸”状态，供电联锁控制器向动力柜发出“开闸”命令，将主断路器断开，确保动力柜内的插座无电压，以满足无电操作的安全要求，同时供电联锁控制器将相关信息上传至供电装置控制器；

S4、供电装置控制器收到供电联锁控制器的信号后，同时向供电电缆控制系统、机械臂控制系统发出工作信号，电缆盘3配合机械臂9将供电电缆5拉出，机械臂9将通用连接器14插入到动力柜的插座内；

S5、地面电源供电装置移动至动车组供电点，首先通过视觉传感器11和力觉传感器12侦测动车组车体的连接器的安装高度、中心孔的孔径、插孔的中心距以及孔洞的倾斜度，并将上述信息传送给机械臂控制器；

S6、机械臂控制器结合动车组识别系统的信息，控制机械臂9选择与动车组匹配的动车组连接器13；机械臂控制器与供电电缆控制系统的电缆控制器配合，控制机械臂9拉出供电电缆5至动车组供电点处；机械臂控制器根据接收到的动车组车体的连接器的信息，将动车组连接器13精确地插入到动车组车体的连接器内，并将连接完成信号上传至供电装置控制器；

S7、供电联锁控制器接收到连接完成信号后，发出“合闸”指令，合上主断路器向动车组供电；

S8、供电结束后，供电联锁控制器向动车组地面电源供电系统的动力柜的主断路器发出“开闸”信号，动力柜的主断路器断开，供电联锁控制器将主断路器处于“开闸”状态的信号上传至供电装置控制器；

S9、供电装置控制器向供电电缆控制系统、机械臂控制系统发出工作信号，机械臂9拔出与动车组连接的动车组连接器13，供电电缆控制系统的电缆控制器控制电缆盘3转动，与机械臂9同步移动，收回供电电缆5，同时机械臂9将动车组连接器13插回至电缆箱1内；

S10、地面电源供电装置移回至动车组地面电源供电系统的动力柜前，机械臂9动作，拔出插入至动力柜内的通用连接器14，在供电电缆控制系统配合下，并将通用连接器14插回至电缆箱1内；

S11、地面电源供电装置按预定路径，运回至检查库的存放间。

特别说明的情况：非正常操作或误操作时，若动车组地面电源供电系统的主断路器处于“合闸”状态，系统“带电”，机械臂9进行通用连接器14或适配动车组的动车组连接器13插入或拔出时，供电联锁控制器首先向动车组地面电源供电系统发出强制跳闸指令，待无电后方可进行下步操作。

特殊说明：本装置外配的动车组地面电源供电系统可为库内常用的动力配电柜供电也可采用移动电源供电，本装置对外接电源无特殊要求，只需要接口适配即可。

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 (10)

1.一种自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，包括供电装置本体、供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统、电源系统；所述供电装置控制器与供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统通过内部通信总线连接；

所述供电联锁控制器，通过无线通信与动车组地面电源供电系统连接，用于获取主供电侧断路器的开关状态以及电能质量情况，实现电气信号联锁，并将联锁信号传输至供电装置控制器；

所述自动移动控制系统，用于与环境视觉识别系统配合，结合预先设定的行进路线，实时接收供电装置控制器的信号，快速、准确地将地面电源供电装置由检查库的存车间移至动车组供电点；

所述环境视觉识别系统，用于探测地面电源供电装置行进路线的外部周围空间环境情况，综合判定预先设定的行进路线的安全性，并将判定的信号传输至供电装置控制器；

所述动车组识别系统，用于拍摄动车组外型，并识别动车组的车型及编组、动车组车体的连接器类型、动车组供电点、测定安装高度及方位，并将识别的信号传输至供电装置控制器；

所述供电电缆控制系统，用于贮存供电电缆和控制供电电缆收放；

所述机械臂控制系统，用于将不同连接器对应连接到动车组地面电源供电系统和动车组上，实现动车组地面电源供电系统与动车组车体的连接器的电气连接；

所述电源系统，用于为地面电源供电装置提供工作电源和动力电源。

2.根据权利要求1所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述自动移动控制系统包括驱动机构和行走机构，所述驱动机构的输入端与供电装置控制器连接，所述驱动机构的输出端与行走机构连接，所述行走机构位于供电装置本体底部，驱动机构驱动行走机构带动地面电源供电装置行走。

3.根据权利要求1所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述环境视觉识别系统包括照明灯具、激光雷达、图像传感器以及图像处理系统，所述照明灯具、激光雷达、图像传感器设置在供电装置本体上，所述激光雷达、图像传感器与图像处理系统连接，所述图像处理系统与供电装置控制器连接。

4.根据权利要求1所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述动车组识别系统包括摄像头和识别系统，所述摄像头与识别系统连接，所述摄像头可转动的设置在供电装置本体上，所述识别系统与供电装置控制器连接。

5.根据权利要求1所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述供电电缆控制系统由电缆箱、电缆盘主轴、电缆盘、电磁定位销、供电电缆、伺服电机、电缆控制器组成，所述电缆箱位于供电装置本体内，所述电缆盘主轴可转动的安装在电缆箱上，所述电缆盘主轴上分割为若干个放置各个电缆盘的空间，各个所述电缆盘套设在电缆盘主轴上，所述电缆盘主轴上在对应各个电缆盘位置均设置可伸缩的电磁定位销，使电缆盘和电缆盘主轴连接和分离，所述供电电缆缠绕在电缆盘上，每根供电电缆连接一个连接器，所述伺服电机驱动电缆盘主轴转动，所述电缆控制器控制伺服电机的“正”、“反”转动和电磁定位销的定位。

6.根据权利要求5所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述供电电缆控制系统内设7个电缆盘，每个电缆盘对应位置的电缆盘主轴上设置四个电磁定位销。

7.根据权利要求5所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述伺服电机的输出轴连接有齿轮一，所述电缆盘主轴上连接有齿轮二，所述齿轮二与齿轮一啮合。

8.根据权利要求1所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述机械臂控制系统由机械臂、连接器抓手、视觉传感器、力觉传感器和机械臂控制器组成，所述机械臂安装在供电装置本体上，所述连接器抓手、视觉传感器和力觉传感器安装在机械臂的末端，所述机械臂控制器分别与机械臂、连接器抓手、视觉传感器、力觉传感器连接。

9.根据权利要求1所述的自动连接的移动式动车组地面电源供电装置，其特征在于，所述电源系统由蓄电池组、整流及逆变系统、蓄电池组监控单元组成，所述蓄电池组通过整流及逆变系统与供电装置控制器、供电联锁控制器、自动移动控制系统、环境视觉识别系统、动车组识别系统、供电电缆控制系统、机械臂控制系统连接，所述蓄电池组监控单元与蓄电池组连接。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述供电装置的自动连接的移动式动车组地面电源供电方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、当动车组入库，接触网断电后进入车内整备或检修时，检修人员发出供电需求，地面电源供电装置的供电装置控制器接收到动车组用电要求后，启动自动移动控制系统，地面电源供电装置在环境视觉识别系统的指挥下，自行移至检查库内动车组停靠的轨道间；

S2、地面电源供电装置继续前行，动车组识别系统利用摄像头识别停靠在轨道上的动车组车型及编组，综合确定动车组车体的连接器型号和具体动车组供电点，并将识别出来的动车组信息上传给供电装置控制器；

S3、地面电源供电装置移至动车组地面电源供电系统的动力柜前，供电联锁控制器检测动力柜主断路器的状态，若主断路器处于“合闸”状态，供电联锁控制器向动力柜发出“开闸”命令，将主断路器断开，同时供电联锁控制器将相关信息上传至供电装置控制器；

S4、供电装置控制器收到供电联锁控制器的信号后，同时向供电电缆控制系统、机械臂控制系统发出工作信号，电缆盘配合机械臂将供电电缆拉出，机械臂将通用连接器插入到动力柜的插座内；

S5、地面电源供电装置移动至动车组供电点，首先通过视觉传感器和力觉传感器侦测动车组车体的连接器的安装高度、中心孔的孔径、插孔的中心距以及孔洞的倾斜度，并将上述信息传送给机械臂控制器；

S6、机械臂控制器结合动车组识别系统的信息，控制机械臂选择与动车组匹配的动车组连接器；机械臂控制器与供电电缆控制系统的电缆控制器配合，控制机械臂拉出供电电缆至动车组供电点处；机械臂控制器根据接收到的动车组车体的连接器的信息，将动车组连接器精确地插入到动车组车体的连接器内，并将连接完成信号上传至供电装置控制器；

S7、供电联锁控制器接收到连接完成信号后，发出“合闸”指令，合上主断路器向动车组供电；

S8、供电结束后，供电联锁控制器向动车组地面电源供电系统的动力柜的主断路器发出“开闸”信号，动力柜的主断路器断开，供电联锁控制器将主断路器处于“开闸”状态的信号上传至供电装置控制器；

S9、供电装置控制器向供电电缆控制系统、机械臂控制系统发出工作信号，机械臂拔出与动车组连接的动车组连接器，供电电缆控制系统的电缆控制器控制电缆盘转动，与机械臂同步移动，收回供电电缆，同时机械臂将动车组连接器插回至电缆箱内；

S10、地面电源供电装置移回至动车组地面电源供电系统的动力柜前，机械臂动作，拔出插入至动力柜内的通用连接器，在供电电缆控制系统配合下，并将通用连接器插回至电缆箱内；

S11、地面电源供电装置按预定路径，运回至检查库的存放间。

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