一种双执行器列车上水机器人及实施方法与流程

本发明属于铁路旅客列车上水技术领域，具体涉及一种双执行器列车上水机器人及实施方法。

背景技术：

目前铁路旅客列车上水主要采用传统人工上水，需要人工将上水管的上水栓插入列车注水口，打开上水阀门开始上水，待列车水箱溢水后再人工关闭上水阀，取下上水管，并且一列火车通常只配备3~5名上水工人，平均一名上水工负责4节车厢的上水任务，这样工作人员的劳动强度大，上水效率低，工作人员在股道间穿梭存在安全隐患，此外，人工上水方式效率低下，而逐渐普及的动车组列车停车时间较短，当前的人工上水方式已无法满足其上水需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种双执行器列车上水机器人及实施方法，上水速率高，上水全过程可实现无人化操作，消除安全隐患。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种双执行器列车上水机器人，包括机器人本体和控制柜，所述机器人本体与所述控制柜连接；所述机器人本体包括机器人底座、横杆、第一机械臂和两个第二机械臂；所述第一机械臂的下端与所述机器人底座连接，所述第一机械臂的上端与所述横杆连接；两个所述第二机械臂的一端均与所述横杆连接，两个所述第二机械臂另一端分别连接有第一末端执行器和第二末端执行器；所述第一末端执行器上设有上水接头，所述上水接头与上水软管连通；所述第二末端执行器上设有用于对列车水箱抽气的真空管接头，所述真空管接头与真空软管连通。

进一步地，所述横杆上设有两个z向伸缩机构，两个所述z向伸缩机构的可伸缩端分别与两个所述第二机械臂连接。

进一步地，所述z向伸缩机构包括竖杆和伸缩杆，所述竖杆的底部固定于所述横杆上，所述竖杆的顶部设有伸缩杆，所述伸缩杆可伸缩地设置于所述竖杆内。

进一步地，所述双执行器列车上水机器人还包括设置于车站股道之间的机器人行走轴，所述机器人本体安装于所述机器人行走轴上。

进一步地，所述第一机械臂包括第一关节、第一臂杆和第二臂杆；所述第一关节的一端与所述机器人底座转动连接，另一端通过第二关节与所述第一臂杆转动连接；所述第一臂杆通过第三关节与所述第二臂杆转动连接；所述第二臂杆远离所述第三关节的一端与所述横杆连接。

进一步地，所述第二机械臂包括第三臂杆、第四臂杆和第五臂杆；所述第三臂杆的一端与所述横杆连接，另一端通过第四关节与所述第四臂杆转动连接；所述第四臂杆通过第五关节与所述第五臂杆转动连接；所述第五臂杆通过第六关节与所述第一末端执行器或所述第二末端执行器连接。

进一步地，所述上水软管和所述真空软管均沿所述机器人本体的外表面敷设。

进一步地，车站股道之间的排水沟侧壁上敷设有上水干管，所述上水干管上连接有若干上水支管，所述上水支管、所述上水软管以及所述机器人本体一一对应，各所述上水支管分别与对应的上水软管连通。

进一步地，车站股道之间的排水沟侧壁上敷设有真空干管，所述真空干管上连接有若干真空支管，所述真空支管、所述真空软管以及所述机器人本体一一对应，各所述真空支管分别与对应的真空软管连通。

本发明还提供上述的双执行器列车上水机器人的上水方法，包括如下步骤：

1）列车进站停靠后，位于每节车厢附近的双执行器列车上水机器人通过视觉系统搜索列车水箱的注水口与溢流口；

2）通过机器人本体的平移、第一机械臂的转动、第二机械臂的转动以及伸缩机构的伸缩，使第一末端执行器上的上水接头与列车水箱的注水口对接，第二末端执行器上的真空管接头与列车水箱的溢流口对接；

3）上水软管通过上水接头向列车水箱进行注水，同时，真空软管通过真空管接头对列车水箱进行抽气；

4）上水完成后，通过第二机械臂分别使上水接头与列车水箱的注水口分离以及真空管接头与列车水箱的溢流口分离，恢复初始位姿，并保持待机状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的双执行器列车上水机器人的上水全过程可实现无人化操作，避免上水工人在股道间穿梭，消除行车及人员安全隐患；

（2）本发明提供的双执行器列车上水机器人通过上水接头和真空管接头配合，在上水接头上水的同时，真空管接头对列车水箱进行抽气，使列车水箱内气压降低，有效提升上水速率；

（3）本发明提供的双执行器列车上水机器人通过机器人行走轴实现移动，进一步扩大机器人的上水工作范围大，允许不同车次列车停靠位置存在一定差异；

（4）本发明提供的双执行器列车上水机器人使用寿命可达10~15年，后期运行维护费用远低于人工费，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的双执行器列车上水机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双执行器列车上水机器人的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的双执行器列车上水机器人的z向伸缩机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的双执行器列车上水机器人的结构示意图；

图中：1、机器人底座，2、第一关节，3、第二关节，4、第一臂杆，5、第三关节，6、第二臂杆，7、横杆，8、第三臂杆，9、第四关节，10、第四臂杆，11、第五关节，12、第五臂杆，13、第六关节，14、第一末端执行器，15、第二末端执行器，16、上水支管，17、真空支管，18、控制柜，19、控制电缆，20、管箍，21、机器人行走轴，22、上水干管，23、真空干管，24、竖杆，25、伸缩杆，26、上水接头，27、真空管接头，28、上水软管，29、真空软管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-图2所示，本发明实施例提供一种双执行器列车上水机器人，包括机器人本体和控制柜18，所述机器人本体与所述控制柜18连接；所述机器人本体包括机器人底座1、横杆7、第一机械臂和两个第二机械臂；所述第一机械臂的下端与所述机器人底座1转动连接，所述第一机械臂的上端与所述横杆7连接；两个所述第二机械臂的一端均与所述横杆7连接，两个所述第二机械臂另一端分别连接有第一末端执行器14和第二末端执行器15；所述第一末端执行器14上设有上水接头26，所述上水接头26与上水软管28连通；所述第二末端执行器15上设有用于对列车水箱抽气的真空管接头27，所述真空管接头27与真空软管29连通。本实施例提供的双执行器列车上水机器人的具体位置与数量可根据不同车型的注水口位置及数量进行调整，即每节车厢对应一台或多台上水机器人，上水机器人固定在相邻两条到发线股道之间，并与股道保持安全距离，每台机器人可负责其临近的两条到发线上列车的上水工作；上水机器人通过上水接头和真空管接头配合，在上水接头上水的同时，真空管接头对列车水箱进行抽气，使列车水箱内气压降低，有效的提升上水速率；上水全过程可实现无人化操作，避免上水工人在股道间穿梭，消除行车及人员安全隐患。本实施例中真空软管29与真空发生器连通，通过真空泵或者其他的抽真空设备对列车水箱进行抽气。

进一步地，所述第一机械臂包括第一关节2、第一臂杆4和第二臂杆6；所述第一关节2的一端与所述机器人底座1转动连接，另一端通过第二关节3与所述第一臂杆4转动连接；所述第一臂杆4通过第三关节5与所述第二臂杆6转动连接；所述第二臂杆6远离所述第三关节5的一端与所述横杆7连接。第一关节2能在水平方向（即绕z轴）360°范围内自由转动，第二关节3位于第一关节2上，能在竖直方向（即绕x轴）一定角度范围内转动，具体转动范围根据各车站实际情况确定，第三关节5的旋转方向与第二关节3垂直（即绕y轴）。

进一步地，所述第二机械臂包括第三臂杆8、第四臂杆10和第五臂杆12；所述第三臂杆8的一端与所述横杆7连接，另一端通过第四关节9与所述第四臂杆10转动连接；所述第四臂杆10通过第五关节11与所述第五臂杆12转动连接；所述第五臂杆12通过第六关节13与所述第一末端执行器14或所述第二末端执行器15连接。其中，第四关节9能绕z轴转动，第五关节11能绕y轴转动，第六关节13能绕x轴转动。本实施例的机器人本体为关节型机器人，每个末端执行器对应6个自由度，以便于精确实现上水接头26与列车注水口的对接以及真空管接头27与列车溢流口的对接。

进一步地，所述上水软管28和所述真空软管29均沿所述机器人本体的外表面敷设，并通过管箍20将上水软管28和真空软管29固定于第一机械臂、第二机械臂的臂杆上。

进一步地，车站股道之间的排水沟侧壁上敷设有上水干管22，所述上水干管22上连接有若干上水支管16，所述上水支管16、所述上水软管28以及所述机器人本体一一对应，各所述上水支管16分别与对应的上水软管28连通。本实施例中上水支管16的数量与机器人本体一一对应，每根上水支管16上都设有流量计和电磁阀，且流量计和电磁阀均与控制柜18连接，通过控制柜18控制电磁阀的开启和关闭来完成上水，便于对每个车厢进行单独控制。

进一步地，车站股道之间的排水沟侧壁上敷设有真空干管23，所述真空干管23上连接有若干真空支管17，所述真空支管17、所述真空软管29以及所述机器人本体一一对应，各所述真空支管17分别与对应的真空软管29连通。本实施例中真空支管17的数量与机器人本体一一对应，每根真空支管17上都设有电磁阀，且电磁阀与控制柜18连接，通过控制柜18控制电磁阀的开启来实现对列车水箱的抽真空，便于对每个车厢进行单独控制。

实施例二

如图1-图3所示，本发明实施例提供一种双执行器列车上水机器人，包括机器人本体和控制柜18，所述机器人本体与所述控制柜18连接；所述机器人本体包括机器人底座1、横杆7、第一机械臂和两个第二机械臂；所述第一机械臂的下端与所述机器人底座1转动连接，所述第一机械臂的上端与所述横杆7连接；两个所述第二机械臂的一端均与所述横杆7连接，两个所述第二机械臂另一端分别连接有第一末端执行器14和第二末端执行器15；所述第一末端执行器14上设有上水接头26，所述上水接头26与上水软管28连通；所述第二末端执行器15上设有用于对列车水箱抽气的真空管接头27，所述真空管接头27与真空软管29连通；所述横杆7上设有两个z向伸缩机构，两个所述z向伸缩机构的可伸缩端分别与两个所述第二机械臂连接。本实施例通过的双执行器列车上水机器人的第一机械臂和第二机械臂可沿z轴上下滑移，以增加机器人的工作半径，减小其工作盲区。

更进一步地，所述z向伸缩机构包括竖杆24和伸缩杆25，所述竖杆24的底部固定于所述横杆7上，所述竖杆24的顶部设有伸缩杆25，所述伸缩杆25可伸缩地设置于所述竖杆24内。本实施例通过控制柜18控制伸缩杆25的伸缩量，实现第一末端执行器14上的上水接头26与列车水箱的注水口的精确对接，以及第二末端执行器15上的真空管接头27与列车水箱的溢流口的精确对接；控制柜18安装在机器人本体附近，通过控制电缆19与机器人本体连接。

实施例三

如图1-图2所示，本发明实施例提供一种移动式的双执行器列车上水机器人，包括机器人本体、控制柜18以及设置于车站股道之间的机器人行走轴21，所述机器人本体与所述控制柜18连接，所述机器人本体安装于所述机器人行走轴21上；所述机器人本体包括机器人底座1、横杆7、第一机械臂和两个第二机械臂；所述第一机械臂的下端与所述机器人底座1转动连接，所述第一机械臂的上端与所述横杆7连接；两个所述第二机械臂的一端均与所述横杆7连接，两个所述第二机械臂另一端分别连接有第一末端执行器14和第二末端执行器15；所述第一末端执行器14上设有上水接头26，所述上水接头26与上水软管28连通；所述第二末端执行器15上设有用于对列车水箱抽气的真空管接头27，所述真空管接头27与真空软管29连通。本实施例提供的双执行器列车上水机器人可沿机器人行走轴21进行水平平移，可以进一步扩大机器人的上水工作范围大，允许不同车次列车停靠位置存在一定差异。

实施例四

如图1-4所示，本发明还提供上述的双执行器列车上水机器人的上水方法，包括如下步骤：

1）列车进站停靠后，位于每节车厢附近的双执行器列车上水机器人通过视觉系统搜索列车水箱的注水口与溢流口；

2）通过机器人本体的平移、第一机械臂的转动、第二机械臂的转动以及伸缩机构的伸缩，使第一末端执行器14上的上水接头26与列车水箱的注水口对接，第二末端执行器15上的真空管接头27与列车水箱的溢流口对接；

3）上水软管28通过上水接头26向列车水箱进行注水，同时，真空软管29通过真空管接头27对列车水箱进行抽气，使列车水箱内的气压降低，提高上水速率；

4）上水完成后，通过第二机械臂分别使上水接头26与列车水箱的注水口分离以及真空管接头27与列车水箱的溢流口分离，机器人本体恢复初始位姿，并保持待机状态。

本实施例提供的上水方法中，第一末端执行器14的两侧分别设有两个ccd相机，第二末端执行器15的两侧分别设有两个ccd相机，且ccd相机都与控制柜18连接，用于获取操作环境中的三维图像信息，并将该三维图像信息传送至中控室的监控计算机上，由监控计算机根据上水接头26与注水口的相对位置以及真空管接头27与溢流口的相对位置，计算机器人本体的平移量、第一机械臂的各个关节的转动角度、第二机械臂的各个关节的转动角度以及伸缩机构的伸缩量，并将计算结果发送至车站相应的控制柜18，控制柜18控制机器人本体的平移、第一机械臂的转动、第二机械臂的转动以及伸缩机构的伸缩实现上水接头26与列车注水口的对接以及真空管接头27与列车溢流口的对接，实现上水。

列车水箱内设有液位感应器，上水支管16上设有流量计，中控室的监控计算机根据列车水箱的液位信息计算本次的上水量以及上水时间，开始上水时，控制柜18控制打开上水支管16和真空支管17上的电磁阀，一边通过上水接头26向列车水箱内注水，一边通过真空管接头27对列车水箱抽气，使列车水箱内的气压降低，提高上水速率；当上水达到预定的时间后，控制柜18控制关闭上水支管16和真空支管17上的电磁阀，完成上水，控制柜18同时控制第一机械臂和第二机械臂的转动以及伸缩机构的收缩，实现上水接头26和真空管接头27远离列车水箱，恢复初始位姿，并保持待机状态，等待下一趟列车到来。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。