一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置的制作方法

1.本发明属于城市轨道交通车辆维护保养技术领域，具体涉及一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置。


背景技术：

2.地铁车辆在经过一定时间的运行后，其车底会积聚一定量的灰尘和污垢，若不及时进行清理，严重时甚至会危及地铁的行车安全。传统的对列车进行吹扫作业的方式为人工作业，该方式不仅效率低，而且在作业时灰尘向四周扩散，噪声较大，对环境污染严重，作业人员必须穿戴防护服和呼吸器，劳动强度大。
3.虽然目前已有相关的自动化吹扫设备，但都是对车底进行整体性、统一性的吹扫，而对局部污染较为严重的部位或车底关键零部件位置的吹扫程度不够，智能化程度较低。


技术实现要素：

4.针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置，机械手装置终端采用改进的喷嘴形式，能根据坐标定位、灰尘浓度检测和视频监控图像进行智能化吹扫，采用整体吹扫与局部重点吹扫相结合的差异化吹扫，并设有防碰撞保护装置，可大大提升吹扫效果，提高作业效率。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置，其特征在于：该机械手装置包括机械臂、喷嘴、供气管、吸气管；
6.所述机械臂为六轴型关节柔性机械臂，包括底座、六节壁杆、壁杆之间的柔性关节；
7.所述底座安装在集成式箱体的顶面，所述集成式箱体承载在走行部上，运行在地铁车辆的检修地沟内；
8.所述机械臂的最末端臂杆具有六个方向的自由度，且连接所述喷嘴；
9.所述供气管输送吹扫气体，其两端分别连接所述集成式箱体的出气口与所述喷嘴；所述吸气管输送带灰尘气体，其一端连接所述集成式箱体的进气口，另一端穿过所述最末端臂杆形成与所述喷嘴并排设置的吸尘口。
10.至少部分所述壁杆内置避障传感器，用于检测臂杆移动的路径与包括车底设备在内的其他物体相撞的趋势，提前发出报警信号并停止移动。
11.所述喷嘴包括双头喷嘴、集尘漏斗；
12.所述双头喷嘴包括可切换的集束式喷嘴和鸭嘴式喷嘴；
13.所述集尘漏斗包括缩口和扩口，所述缩口固定于最末端臂杆，所述集束式喷嘴、鸭嘴式喷嘴的底部位于所述缩口内，所述吸气管伸入到所述缩口中形成所述吸尘口。
14.所述喷嘴还包括限位传感器，安装在所述双头喷嘴上，用来控制喷嘴的活动范围，防止与车底设备碰撞。
15.所述集束式喷嘴和鸭嘴式喷嘴为柔性材料喷嘴。
16.所述喷嘴还包括灰尘浓度传感器，安装在所述集尘漏斗中，用来实时监测吹扫出来的污染空气的灰尘浓度。
17.所述走行部采用带有磁导航路径自导引功能的agv小车，采用电驱动模式，通过与固定安装在轨道立柱一旁的滑触线接触来获取电流；
18.所述agv小车装有避障传感器，用于行进过程中遇到人或障碍物时停止前进，并发出声光报警显示。
19.所述集成式箱体内部包括空气压缩机、吸尘过滤器，顶面镶嵌安装有摄像机拍摄和监控车底画面，并传到终端显示屏上；
20.所述空气压缩机将压缩空气通过出气口输送至所述喷嘴来提供吹扫气流，吹扫的带有粉尘的气体通过进气口被吸入所述吸尘过滤器中进行过滤处理。
21.所述摄像机设置两台，分别安装于集成式箱体的顶面前后两端。
22.所述空气压缩机采用螺杆式空压机组，内部为框架分区式结构，使用隔音材料制造；
23.和/或，
24.所述吸尘过滤器采用集成式多级过滤装置，设有筒式滤芯和片式滤网。
25.为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置的吹扫方法，其特征在于，对地铁车辆车底进行智能化吹扫，包括如下步骤：
26.s1、吹扫设备启动，定位吹扫设备的起始坐标；
27.s2、吹扫设备的走行部沿着车底地沟纵向移动，走行部上搭载的机械臂端部的喷嘴相对走行部进行局部移动与定位；
28.s3、差异化吹扫模式的选择，分为全局扫描式吹扫模式和重点清洁部位吹扫模式，吹扫设备首先自动选择一种吹扫模式；
29.s4、根据吹扫模式选择喷嘴的类型，若选择全局扫描式吹扫模式，则采用鸭嘴式喷嘴进行全局扫描式吹扫；若选择重点清洁部位吹扫模式，则采用集束式喷嘴进行车底重点清洁部位吹扫；
30.s5、在当前部位吹扫过程中进行污染检测，且在当前部位吹过程中对吹扫清洁度进行实时的监控识别，判断吹扫是否达标；
31.s6、若不达标，则返回步骤s3，切换为另一种吹扫模式，重复步骤s3-s5；
32.若达标，则根据位置识别进行下一个部件的吹扫；
33.s7、重复步骤s2-s6，直到整车完成吹扫，吹扫结束，吹扫设备自动停止运行。
34.优选地，在步骤s1中，在移动终端进行远程操控吹扫设备的启动运行，以及通过扫描识别安装在轨道立柱侧面的二维码带进行定位，在相对坐标系下确定吹扫设备的起始坐标，并在控制终端选择设定吹扫设备的运行程序。
35.优选地，在步骤s2中，控制吹扫设备走行部的移动和机械臂的移动时，其移动依据为定位系统对吹扫设备的定位以及列车车底各部件的相对固定位置。
36.优选地，在步骤s2中，所述吹扫设备的走行部采用agv磁导航小车，通过与安装在轨道立柱一旁的滑触线接触来获取电流；所述机械臂为六轴型关节柔性机械臂，臂杆及端部喷嘴均采用柔性材料制成，且端部设有限位传感器，其感应数据与定位系统相连，从而来
控制机械臂的运动和定位，防止与车底设备相碰撞。
37.优选地，在步骤s4中，鸭嘴式喷嘴相比集束式喷嘴，出气量更大、气流更均匀缓和；集束式喷嘴相比鸭嘴式喷嘴，气流射速更高、打击压力更大。
38.优选地，在步骤s4中，全局扫描式吹扫模式下，吹扫设备的行进方式为连续式推进；重点清洁部位吹扫模式下，吹扫设备的行进方式为步进式。
39.优选地，所述重点清洁部位包括牵引箱、辅助逆变器箱、高压箱、低压箱、循环风箱、制动电阻箱。
40.优选地，在步骤s5中，所述污染检测由安装在机械臂的喷嘴处的灰尘浓度传感器完成，对吹扫部位周围的空气进行灰尘浓度的检测，若达标，则进行下一个部位的吹扫，反之，则重复进行吹扫，直至吹扫干净。
41.优选地，在步骤s5中，所述监控识别由安装在吹扫设备上的高清摄像机拍摄并实时传输至显示终端，在判别清洁度后对吹扫设备施加附加指令，进行当前部位的重复吹扫或结束当前操作进行下一个部位的吹扫。
42.优选地，在步骤s6-s7中，吹扫任务终止判断由吹扫设备当前所处位置确定，通过定位系统对吹扫设备位置坐标进行定位，结合列车车底的长度尺寸，判断是否已对车底全部吹扫完毕，若吹扫完毕，则设备自动停止运行并在终端发布相应提示信号，若未吹扫完，则继续进行车底下一个部位的吹扫工序。
43.上述技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
44.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
45.1、本发明的地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置，机械手装置终端采用改进的喷嘴形式，能根据坐标定位、灰尘浓度检测和视频监控图像进行智能化吹扫，采用整体吹扫与局部重点吹扫相结合的差异化吹扫，并设有防碰撞保护装置，可大大提升吹扫效果，提高作业效率。
46.2、本发明通过采用智能化控制的机械手，结合定位系统，实现了对地铁车辆车底的自动化、差异化吹扫，对污染严重部位或关键零部件进行重点吹扫，大大提升了作业效率和吹扫效果，降低了作业人员的劳动强度。
47.3、本发明采用柔性机械手、柔性材料喷嘴以及配备限位传感器，在进行吹扫作业时，车底设备被机械手碰撞损坏的概率大大降低，使得吹扫作业更加安全可靠。
48.4、吹扫与吸尘同步进行，被吹扫出来的灰尘不会向周围大范围扩散，被吸入的浑浊空气会进行过滤除尘，达标后排放，减少了环境污染。
附图说明
49.图1是本发明吹扫作业平台的整体效果图；
50.图2是本发明的集成式箱体组成示意图；
51.图3是本发明的机械臂的结构示意图；
52.图4是本发明的机械臂端部的喷嘴结构示意图；
53.图5是本发明的吹扫方法的整体流程示意图。
具体实施方式
54.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
55.如图1所示，本发明提供一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置，该智能化柔性机械手装置主要由机械臂3、喷嘴4构成，并与走行部1、集成式箱体2一起共同构成吹扫作业平台即吹扫设备。
56.所述走行部1采用磁导引的agv小车，能自主进行定位导航，其运行空间为地铁车辆的检修地沟内，在地沟的侧面固定安装滑触线，用于给走行部1以及吹扫设备提供电源。走行部1的运动和停止受控制系统的控制，按照既定的轨迹或人工干预来控制走行部1的运动。走行部1装有避障传感器，行进过程中遇到人或障碍物时会自动停止前进，并发出声光报警显示。
57.所述集成式箱体2固定于走行部1的载物平台上，如图2所示，箱体内部由空气压缩机201、吸尘过滤器202、控制系统203以及镶嵌安装的摄像机204组成。
58.优选地，所述空气压缩机201采用螺杆式空压机组，框架分区式结构设计，应用新型优质的隔音材料，并装备高可靠性的压力传感器，其产生的高压气体通过出气口205输送给吹扫装置。
59.优选地，所述吸尘过滤器202采用集成式多级过滤装置，设有筒式滤芯和片式滤网，易于更换，集尘斗内设有压差传感器，其作用是将吹扫的脏污浑浊空气通过进气口206吸入进来，在内部进行过滤处理，空气达标后排放到外界。
60.优选地，所述控制系统203由电控系统和中控系统组成，其中，电控系统控制装置各子部件的电流分配；中控系统负责设备的定位引导和轨迹控制，其与终端无线连接，并受到终端的命令控制。
61.优选地，所述摄像机204设置两台，分别安装于集成式箱体2的两端，其作用是实施拍摄和监控车底画面，并传到终端显示屏上，工作人员可根据实施画面了解吹扫的情况，对未清理干净的部位可通过发布指令来进行补充吹扫。
62.所述机械臂3采用柔性化设计，如图3所示，其底座301固定安装于集成式箱体2的上平面，采用六轴柔性关节302以及轻量化的臂杆303，机械臂的最末端臂杆具有六个方向的自由度，其移动受控制系统预设定的作业路径控制，可实现车底区域的全覆盖，对车底的重点部位进行全面吹扫，车底重点部位包括对牵引箱、辅助逆变器箱、高低压电箱、循环风箱、制动电阻箱。此外，臂杆内置避障传感器，当检测到臂杆移动路径与车底设备会产生碰撞时，机械臂自动停止移动并上传报警信号，以此保护车底设备的安全。机械臂3上附有柔性集束软管，包括输送吹扫气体的供气管5和输送带灰尘气体的吸气管6。
63.所述喷嘴4安装于机械臂的终端，如图4所示，其中，所述集尘漏斗402包括缩口和扩口，所述缩口固定于最末端臂杆，所述集束式喷嘴、鸭嘴式喷嘴的底部位于所述缩口内，所述吸气管伸入到所述缩口中形成所述吸尘口，吹扫与吸尘同步进行。
64.双头喷嘴401安装于集尘漏斗402的中间，并采用三脚架形式固定，双头喷嘴401连接供气管5，吸气管6伸入到所述缩口中形成所述吸尘口601，在双头喷嘴401上安装有限位
传感器403，用来控制喷嘴的活动范围，防止与车底设备碰撞。在集尘漏斗中安装有灰尘浓度传感器404，用来实时监测吹扫出来的污染空气的灰尘浓度，并将数据反馈至控制中心，当灰尘浓度低于设定值时，喷嘴转向下一个区域进行吹扫。优选地，利用矢量喷口的可变技术等，根据被吹扫对象的不同，所述集尘漏斗402的高度范围可伸缩，扩口的大小可调节。
65.优选地，双头喷嘴401包括集束式喷嘴和鸭嘴式喷嘴，均采用柔性材料制成，避免碰撞时造成严重损伤。对于污染程度小于阈值的部位，采用鸭嘴式喷嘴；对于污染程度大于或等于阈值的部位，采用集束式喷嘴。具体地说，在污染程度不大的部位，会优先选用气流缓和均匀、出气覆盖面积大的鸭嘴式喷嘴进行大范围吹扫，而在灰尘积聚较为严重或采用鸭嘴式喷嘴吹扫不彻底的部位，会自动切换到集束式喷嘴，使得喷出的气流射速高，打击压力大，吹扫更加彻底。
66.当进行吹扫作业时，吹扫与吸尘同步进行，走行部1和机械臂3安装预设路径动作，定位到车底不同部位进行差异化吹扫，同时，灰尘浓度传感器404和摄像机204将实时吹扫情况反馈至终端和控制系统，对于未吹扫干净的部位，作业人员可施加附加的吹扫指令，手动控制对该部位进行多次的不同模式的吹扫。
67.具体地，如图5所示，本发明提供一种地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置的吹扫方法，该方法包括启动与定位、移动控制、差异化吹扫模式选择、污染检测与监控识别、吹扫任务终止判断等主要步骤。
68.所述启动与定位包括在控制终端对吹扫设备进行远程操控，吹扫设备作业场景示意图如图2所示，系统结构方案示意图如图3所示，控制终端具有一键启动功能，启动后吹扫设备准备就绪并完成自检，无异常后发出信号，此时工作人员手动闭合送电开关给吹扫设备供电，在控制终端选择设定好的作业程序，吹扫设备开始运行，在进入地沟101的车底区域时，吹扫设备通过扫描识别二维码带进行定位，在相对坐标系下确定吹扫设备的起始坐标。
69.所述移动控制包括控制吹扫设备走行部2的移动和机械臂3的移动，吹扫设备根据定位系统提供的坐标移动到相应位置，对车底不同位置进行吹扫。
70.优选地，所述吹扫设备走行部2采用agv磁导航小车，可沿铺设于地面的磁路径行进，该行进轨迹为纵向，即沿着轨道中心线的方向。此外，小车通过与安装在轨道立柱102侧面的滑触线103接触来获取电流，所述用于定位的二维码带贴附于滑触线表面，通过吹扫设备侧面的扫码器来读取二维码信息。
71.优选地，所述机械臂3为六轴型关节柔性机械臂，如图3所示，考虑机械臂3主要是针对关键设备或重点部位的吹扫，其臂杆303及端部喷嘴4均采用柔性材料制成，且端部设有限位传感器，其感应数据与定位系统相连，从而来控制机械臂的运动和定位，防止与车底设备相碰撞。该机械臂装置通过关节处的旋转电机来控制吹扫喷嘴的局部定位和横向的移动，对车底重点部位进行清扫，包括对牵引箱、辅助逆变器箱、高低压电箱、循环风箱、制动电阻箱的吹扫，对不同重点部位的吹扫任务分配在设备启动时的作业程序选择中来进行确定。
72.所述差异化吹扫模式分为全局扫描式吹扫和重点清洁部位吹扫，吹扫设备首先根据设定的程序自动选择一种吹扫模式，然后根据吹扫情况再进行模式的切换。
73.优选地，所述全局扫描式吹扫采用出气量大、气流均匀缓和的鸭嘴型喷嘴，喷嘴采
用柔性材料制成，吹扫设备行进方式为连续式推进。
74.优选地，所述重点清洁部位吹扫采用气流射速高、打击压力大的集束式柔性材料喷嘴，对污染严重或清洁不彻底的部位进行重点吹扫，此种模式下吹扫设备的行进方式为步进式。
75.当在某个部位或区域进行完第一轮吹扫后，所述污染检测与监控识别会将实时数据上传，吹扫设备根据污染检测数据或视频监控图像来判断吹扫是否达标，从而进行自动或人工手动的下一步指令动作，即选择吹扫设备的下一步动作是移动到其他位置还是对当前位置重复补充吹扫。
76.优选地，所述污染检测由安装在机械臂喷嘴4处的灰尘浓度传感器完成，对吹扫部位周围的空气进行灰尘浓度的检测，若达标，则进行下一个部位的吹扫，反之，则重复进行吹扫，直至吹扫干净。
77.优选地，所述监控识别由安装在吹扫设备上的高清摄像机204拍摄并实时传输至显示终端，可在人工判别后对吹扫设备施加附加指令，进行当前部位的重复吹扫或结束当前操作进行下一个部位的吹扫。
78.所述吹扫任务终止判断由吹扫设备当前所处位置确定，通过所述定位系统对吹扫设备位置坐标进行定位，结合列车车底的长度尺寸，判断是否已对车底全部吹扫完毕，若吹扫完毕，则设备自动停止运行并在控制终端屏幕上发布相应提示信号，若整列车未吹扫完，则吹扫设备继续进行车底下一个部位的吹扫工序。
79.本发明的吹扫方法，该方法针地铁车辆车底的不同部位的污染程度和需要清洁的力度，通过运行路径选择和污染识别，来控制智能吹扫设备的移动定位和模式转换，使得吹扫设备能对地铁车辆车底进行差异化、精准化、智能化的吹扫，使整体吹扫与局部重点吹扫相结合，能大幅提升自动吹扫作业效率和整体的清洁效果。
80.本发明通过采用面向车底污染识别的吹扫方法来控制车底吹扫设备的运行，对污染较轻的部位进行普通吹扫，对污染严重的部位进行针对性的重点吹扫，使得吹扫更加合理、智能、高效，大大提升了清洁效果，减少了资源的浪费。
81.本发明的吹扫方法，吹扫设备在作业过程中能实时获取监测反馈数据，并根据监测的污染程度进行吹扫任务的再分配，达到一次性吹扫干净的目的。
82.综上所述，与现有技术相比，本发明的方案具有如下显著优势：
83.本发明的地铁车辆车底吹扫的智能化柔性机械手装置，机械手装置终端采用改进的喷嘴形式，能根据坐标定位、灰尘浓度检测和视频监控图像进行智能化吹扫，采用整体吹扫与局部重点吹扫相结合的差异化吹扫，并设有防碰撞保护装置，可大大提升吹扫效果，提高作业效率。
84.本发明通过采用智能化控制的机械手，结合定位系统，实现了对地铁车辆车底的自动化、差异化吹扫，对污染严重部位或关键零部件进行重点吹扫，大大提升了作业效率和吹扫效果，降低了作业人员的劳动强度。
85.本发明采用柔性机械手、柔性材料喷嘴以及配备限位传感器，在进行吹扫作业时，车底设备被机械手碰撞损坏的概率大大降低，使得吹扫作业更加安全可靠。
86.吹扫与吸尘同步进行，被吹扫出来的灰尘不会向周围大范围扩散，被吸入的浑浊空气会进行过滤除尘，达标后排放，减少了环境污染。
87.可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
88.另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
89.本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
90.然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。
91.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：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实施例各实施例技术方案的精神和范围。