一种轨道列车吹扫机器人的制作方法

1.本实用新型涉及轨道列车清洁的技术领域，具体涉及一种轨道列车吹扫机器人。


背景技术：

2.轨道列车包括传统列车、近年来高速发展的高铁列车和地铁及轻轨列车等，这些列车需要定期进行清洁，传统的人工作业耗时费力，需要大量人工，且效率很低，已经无法满足经济发展的需求，目前提供的自动化清洁设备，主要针对列车的侧面和顶部的表面清洁，而列车底盘结构复杂，且凹凸不平，因此清洁难度非常大，且底部包含大量金属部件、管件和线缆及设备，不适合采用大量的水冲洗，而采用空气吹扫，扬尘会对环境造成污染，目前没有很好的解决方案。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种轨道列车吹扫机器人，可以克服现有技术的问题，很好的解决扬尘问题。
4.具体的，本实用新型公开了一种轨道列车吹扫机器人，用于对轨道列车底部进行清洁，包括：
5.底部机器人(2)，用于放置于轨道列车下面，对轨道列车底部进行清洁；
6.左侧机器人(1)，用于放置于轨道列车左侧；
7.右侧机器人(3)，用于放置于轨道列车的右侧；
8.控制装置(4)，控制底部机器人(2)、左侧机器人(1)、右侧机器人(3)协调工作；
9.喷嘴组件，设于底部机器人(2)上，或底部机器人(2)、左侧机器人(1)、右侧机器人(3)上均有设置，用于喷射气流对污渍进行吹扫；
10.吸尘装置，设于底部机器人(2)、左侧机器人(1)、右侧机器人(3)中的一个、两个或三个上，用于吸收浮尘；
11.所述左侧机器人(1)、右侧机器人(3)与轨道列车相邻的一侧，沿列车长度方向设有柔性隔离部件(7)，所述柔性隔离部件(7)与列车侧面和/或底面边沿接触，用于限制外部空气经左侧机器人(1)和右侧机器人(3)与轨道列车之间的位置进入两者对应的轨道列车底部区域。
12.与现有技术不同的是采用左右和底部三台机器人小车，且左右小车及柔性部件、列车底部和地面构成一个密封性较好的隧道，从而可以在吸尘装置的作用下构成局部负压空间，从而很好的解决扬尘问题。
13.进一步的，所述柔性隔离部件(7)为毛刷结构或块状结构。柔性部件可以采用动物毛、植物纤维、高分子材料纤维制作的毛刷，密实的毛刷具有很好的气密性和适形能力，可以满足列车底部侧面复杂结构的气密性要求，同时也起到辅助清扫灰尘的作用。也可以采用高分子柔性块状或条状结构，利用其良好的弹性和耐磨性能，既起到良好的适形及气密效果，也可以获得较好的使用寿命，高分子柔性块状或条状结构的表面也可以进一步设置
波浪纹、密集的小条或进一步集合毛刷，已获得更好的效果及更长的使用寿命。
14.进一步的，所述底部机器人前后两端设有第二柔性隔离部件(8)。第二柔性隔离部件的设置，进一步提高了上述隧道(作业区域)的密封性，为构建局部负压空间创造更有利的条件，可降低控制系统的复杂度。
15.进一步的，所述喷嘴组件包括分别设于左侧机器人(1)、右侧机器人(3)上的左喷嘴组件(29)和右喷嘴组件(31)，以及设于底部机器人(2)上的底部喷嘴组件(30)，所述左喷嘴组件(29)、右喷嘴组件(31)、底部喷嘴组件(30)均设有吹嘴、吹嘴体态控制装置，所述吹嘴体态控制装置控制吹嘴的气流喷射的垂直角度、高度、水平角度、空间位置中的一个、两个、三个或4个的组合。采用三位一体的喷嘴组件及吹嘴，可以从两侧及底部正面对轨道列车底盘进行包围式吹扫，大大提升了吹扫的清洁效果。
16.进一步的，所述柔性隔离部件(7)沿左侧机器人(1)和右侧机器人(3)左右侧边及上边呈n形设置。以n形柔性隔离部件构建气密空间，在节约材料的同时，n形柔性隔离部件包围范围内更方便的排布喷嘴组件、控制装置、吸尘装置等设备。
17.进一步的，所述底部机器人(2)前后端中的一个或两个设有挡板或框架，所述第二柔性隔离部件8沿挡板或框架的侧边及上边呈n形设置。挡板的设置为安装第二隔离部件提供了承载部件，也能是第二柔性隔离部件更好的适形。
18.进一步的，所述控制装置(4)包括5g同步控制系统，用于控制底部机器人(2)、左侧机器人(1)和右侧机器人(3)同步运行。三台机器人通过5g无线通讯实现同步运行，以维持局部负压空间的稳定性。
19.进一步的，所述底部机器人(2)、左侧机器人(1)和右侧机器人(3)均设有滑触部件，与设于轨道基础上的导电轨滑动接触，为底部机器人(2)、左侧机器人(1)和右侧机器人(3)提供电源。三部机器人既可以采用可充电电池系统供电，也可以因地制宜在专用的轨道列车清洁作业区设置导电滑轨，通过滑触部件与导电滑轨接触来给机器人供电，可以大大的节约成本。
20.进一步的，所述底部机器人(2)、左侧机器人(1)和右侧机器人(3)分别设有底部空压机(16)、左部空压机(15)和右部空压机(17)，底部空压机(16)、左部空压机(15)和右部空压机(17)出风口分别连接有底部干燥机(19)、左部干燥机(18)和右部干燥机(20)，底部干燥机(19)、左部干燥机(18)和右部干燥机(20)分别连接有底部储气罐(24)、左部储气罐23和右部储气罐(25)，底部储气罐(24)、左部储气罐23和右部储气罐(25)分别连接底部喷嘴组件(30)、左喷嘴组件(29)和右喷嘴组件(31)上的吹嘴。三部机器人均独立设置空压机、干燥剂、储气罐，即提供独立的干燥压缩空气的吹扫气源，使得三部小车均为独立的工作单元，方便维修和及时更换，不会影响作业效率。
21.进一步的，所述底部机器人(2)、左侧机器人(1)和右侧机器人(3)行进线路的地面均设有agv磁条(9)。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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
据这些附图获得其他的附图。
23.图1是安装有本实用新型轨道列车吹扫机器人结构示意图；
24.图2是一种轨道列车吹扫机器人的左侧机器人的结构示意图；
25.图3是一种轨道列车吹扫机器人的底部机器人的结构示意图；
26.图4是一种轨道列车吹扫机器人的右侧机器人的结构示意图；
27.图5-9是不同斜角的图像信息示意图。
28.其中附图中所涉及的标号如下：
29.左侧机器人1，底部机器人2，右侧机器人3，控制装置4，左侧吸尘装置61，底部吸尘装置62，右侧吸尘装置63，柔性隔离部件7，第二柔性隔离部件8，agv磁条9，滑触部件10，地基11，左侧5g同步控制系统12，底部5g同步控制系统13，右侧5g同步控制系统14，左部空压机15，底部空压机16，右部空压机17，左部干燥机18，底部干燥机19，右部干燥机20，轨道基础21，轨道列车22，左部储气罐23，底部储气罐24，右部储气罐25，左侧吹嘴体态控制装置26，底部吹嘴体态控制装置27，右侧吹嘴体态控制装置28，左喷嘴组件29，底部喷嘴组件30，右喷嘴组件31，左侧吸尘口611，底部吸尘口621，右侧吸尘口631。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
31.如图1至图4所示，本实用新型公开了一种轨道列车吹扫机器人，用于对轨道列车22底部进行清洁，包括：
32.底部机器人2，用于放置于轨道列车下面，对轨道列车底部进行清洁；
33.左侧机器人1，用于放置于轨道列车左侧；
34.右侧机器人3，用于放置于轨道列车的右侧；
35.控制装置4，控制底部机器人2、左侧机器人1、右侧机器人3协调工作；
36.喷嘴组件，设于底部机器人2上，或底部机器人2、左侧机器人1、右侧机器人3上均有设置，用于喷射气流对污渍进行吹扫；
37.吸尘装置，设于底部机器人2、左侧机器人1、右侧机器人3中的一个、两个或三个上，用于吸收浮尘；为了获得更好的清洁效果和抑制扬尘，在优选的实施例中，如图2-4所示，吸尘装置包括分别设于左侧机器人1、底部机器人2和右侧机器人3上的左侧吸尘装置61，底部吸尘装置62，右侧吸尘装置63。单位时间喷嘴组件喷出的空气质量q2等于、或小于吸尘装置吸入的空气质量q1；为防止扬尘逃逸，需要将喷嘴组件放置在负压区域的中部，当q2＝q1或q2和q1的差距不是太大时，需要在负压区域的两个端面及中部多分布一些吸尘装置的吸尘口，当q1是q2的8倍以上时，吸尘口的数量可以适当减少，核心的吸尘口分布在喷嘴组件的左右两侧各两个，或左前、左后、右前、右后四个，或前后左右四个吸尘口。吸尘装置对应设置在左侧机器人、右侧机器人和底部机器人上，左侧机器人、右侧机器人上的吸尘口设置在柔性隔离部件的围绕范围之内，用于从轨道列车底部两侧吸收扬尘。
38.所述左侧机器人1、右侧机器人3与轨道列车相邻的一侧，沿列车长度方向设有柔性隔离部件7，所述柔性隔离部件7与列车侧面和/或底面边沿接触，用于限制外部空气经左侧机器人1和右侧机器人3与轨道列车之间的位置进入两者对应的轨道列车底部区域。
39.与现有技术不同的是采用左右和底部三台机器人小车，且左右小车及柔性部件、
列车底部和地面构成一个密封性较好的隧道，从而可以在吸尘装置的作用下构成局部负压空间，从而很好的解决扬尘问题。
40.在实际应用中，为清洁轨道列车，建设有专门的清洁作业站，包括平整的地基11，两条条形的轨道基础21建于地基11上，轨道安装在轨道基础21的上面，轨道列车22停在轨道上，这样方便左侧机器人1、底部机器人2和右侧机器人3进行作业，如图1所示。
41.在实际使用中，左侧机器人1、右侧机器人3、底部机器人2平行排列，且左侧机器人1、右侧机器人3齐平，底部机器人2位于左侧机器人1、右侧机器人3之间，负责对轨道列车22底盘进行吹扫作业。可以首先开机吸尘装置，由于柔性隔离部件7的作用，在左侧机器人1、右侧机器人3和轨道列车22底盘三者之间构成的隧道内，形成一个局部的负气压区域空间，可以有效的防止后续吹扫产生的扬尘外溢。
42.在一些实施例中，所述柔性隔离部件7为毛刷结构或块状结构。柔性隔离部件7可以采用动物毛、植物纤维、高分子材料纤维制作的毛刷，密实的毛刷具有很好的气密性和适形能力，可以满足列车底部侧面复杂结构的气密性要求，同时也起到辅助清扫灰尘的作用。也可以采用高分子柔性块状或条状结构，利用其良好的弹性和耐磨性能，既起到良好的适形及气密效果，也可以获得较好的使用寿命，高分子柔性块状或条状结构的表面也可以进一步设置波浪纹、密集的小条或进一步集合毛刷，已获得更好的效果及更长的使用寿命。
43.在一些实施例中，所述底部机器人2前后两端设有第二柔性隔离部件8。第二柔性隔离部件8的设置，进一步提高了上述隧道(作业区域)的密封性，为构建局部负压空间创造更有利的条件，可降低控制系统的复杂度。
44.在一些实施例中，所述喷嘴组件包括分别设于左侧机器人1、右侧机器人3上的左喷嘴组件29和右喷嘴组件31，以及设于底部机器人2上的底部喷嘴组件30，所述左喷嘴组件29、右喷嘴组件31、底部喷嘴组件30均设有吹嘴、吹嘴体态控制装置(图示中，分别为设于左侧机器人1、底部机器人2和右侧机器人3上的左侧吹嘴体态控制装置26，底部吹嘴体态控制装置27，右侧吹嘴体态控制装置28)，所述吹嘴体态控制装置控制吹嘴的气流喷射的垂直角度、高度、水平角度、空间位置中的一个、两个、三个或4个的组合。采用三位一体的喷嘴组件及吹嘴，可以从两侧及底部正面对轨道列车底盘进行包围式吹扫，大大提升了吹扫的清洁效果。所述吹嘴体态控制装置可以根据需要选择机械臂(必要时选择多轴机械臂)或采用滑轨式x、y轴轨道位置调整装置来控制吹嘴的空间位置，还可以进一步增加吹嘴角度调整装置，使吹嘴可以在一定角度范围内进行调整，可以进一步扩大吹扫范围，方便对各种死角进行吹扫，以及对一些顽渍进行多角度吹扫，提高吹扫的效率，角度调整范围可以根据需要选择单向转动(例如相对于水平面0-180
°
范围内进行调整)，也可以选择增加旋转装置，使吹嘴可以在上下转动的同时进行水平旋转，可以获得更多的吹扫角度。
45.在一些实施例中，如图3和图4所示，所述柔性隔离部件7沿左侧机器人1和右侧机器人3左右侧边及上边呈n形设置。以n形柔性隔离部件构建气密空间，在节约材料的同时，n形柔性隔离部件包围范围内更方便的排布喷嘴组件、控制装置、吸尘装置等设备。
46.在一些实施例中，所述底部机器人2前后端中的一个或两个设有挡板或框架，所述第二柔性隔离部件8沿挡板或框架的侧边及上边呈n形设置。挡板或框架的设置为安装第二隔离部件提供了承载部件，也能是第二柔性隔离部件更好的适形。图2的示例中仅在底部机器人2的一端设有框架及设于框架上的第二柔性隔离部件8。优选设置于底部机器人2的尾
端，可以防止第二柔性隔离部件8接触未经吹扫的轨道列车底部，在前端产生扬尘。如需在底部机器人2前端设置第二柔性隔离部件8，其高度可以做低一些，使其不与轨道列车底盘上的部件接触，在提高隧道气密效果的同时，避免底部机器人2前端产生扬尘。
47.在优选的实施例中，所述控制装置4包括5g同步控制系统，用于控制底部机器人2、左侧机器人1和右侧机器人3同步运行。三台机器人通过5g无线通讯实现同步运行，以维持局部负压空间的稳定性。图示中，分别为设于左侧机器人1、底部机器人2和右侧机器人3上的左侧5g同步控制系统12，底部5g同步控制系统13，右侧5g同步控制系统14，它们受控制装置4统一控制，控制装置4同时向左侧5g同步控制系统12，底部5g同步控制系统13发送前进、后退以及各装置的运行指令，左侧5g同步控制系统12，底部5g同步控制系统13分别将指令发送给左侧机器人1、底部机器人2和右侧机器人3上的各装置执行这些指令，实现同步联动。
48.在一些实施例中，所述底部机器人2、左侧机器人1和右侧机器人3均设有滑触部件(图1示例中，标号10为左侧机器人1的滑触部件的示意，底部机器人2和右侧机器人3的滑触部件类似，不再赘述)，与设于轨道基础上的导电轨滑动接触，为底部机器人2、左侧机器人1和右侧机器人3提供电源。三部机器人既可以采用可充电电池系统供电，也可以因地制宜在专用的轨道列车清洁作业区设置导电滑轨，通过滑触部件与导电滑轨接触来给机器人供电，可以大大的节约成本。
49.在一些实施例中，所述底部机器人2、左侧机器人1和右侧机器人3分别设有底部空压机16、左部空压机15和右部空压机17，底部空压机16、左部空压机15和右部空压机17出风口分别连接有底部干燥机19、左部干燥机18和右部干燥机20，底部干燥机19、左部干燥机18和右部干燥机20分别连接有底部储气罐24、左部储气罐23和右部储气罐25，底部储气罐24、左部储气罐23和右部储气罐25分别连接底部喷嘴组件30、左喷嘴组件29和右喷嘴组件31上的吹嘴。三部机器人均独立设置空压机、干燥剂、储气罐，即提供独立的干燥压缩空气的吹扫气源，使得三部小车均为独立的工作单元，方便维修和及时更换，不会影响作业效率。
50.在一些实施例中，所述底部机器人2、左侧机器人1和右侧机器人3行进线路的地面均设有agv磁条9。采用agv磁条9导航，可以降低底部机器人2、左侧机器人1和右侧机器人3导航和位置控制装置的成本。
51.在一些实施例中，所述控制装置4还包括图像处理装置，用以获取负压区域图像信息，在空间域中根据扬尘的浓度和厚度进行梯度化处理；控制装置4根据梯度化处理后的图像信息，确定扬尘的流动路径及吸尘装置吸尘效果，调整喷嘴组件的斜角角度，直到梯度化图像信息表明扬尘范围收缩到设定范围。
52.轨道列车底部吹扫机器人工作步骤如下：
53.s1，开启吸尘装置，使得左侧机器人1、右侧机器人3与轨道列车底部合围起来的区域成为负压区域；
54.s2，开启喷嘴组件，对轨道列车底部进行吹扫，单位时间喷嘴组件喷出的空气质量等于、小于吸尘装置吸入的空气质量；
55.s3，控制装置控制左侧机器人1、右侧机器人3与底部机器人同步前进或后退，完成对列车底部的吹扫清洁。
56.与现有技术不同的是采用左右和底部三台机器人小车，且左右小车及柔性部件、
列车底部和地面构成一个密封性较好的隧道，从而可以在吸尘装置的作用下构成局部负压空间，在本实用新型的控制方法的处理下，负压区域的扬尘不会发生逃逸，从而很好的解决扬尘问题。
57.在实际的实施方式中，所述吸尘装置的每秒吸入空气质量q1＝m1ρ/3600kg；所述喷嘴组件喷出的空气质量q2＝ρm2kg，其中，m1为吸尘器每小石吸入的空气的立方值，m2为每秒喷出空气的立方数，ρ为空气密度。根据质量守恒定律，在q2小于q1的前提下，可以在负压区域内持续获得负压效果，从而保证扬尘无法逃逸。本实用新型将空气流量转换为空气质量，大大简化了控制的复杂程度。
58.根据优化设计，喷嘴组件的喷嘴部件(或称为喷口部件)可以采用集束式喷嘴或扁平式喷嘴，在实际使用中，例如采用集束式喷嘴的喷嘴组件的工作压力为6bar，工作流量612l/min，从而获得q2＝1.2kg
·
m3×
612l
·
min-1
＝0.01224kg
·
s-1
；或者采用扁平式喷嘴的喷嘴组件的工作压力为6bar，工作流量549l/min，从而获得q2＝1.2kg
·
m3×
549l
·
min-1
＝0.01098kg
·
s-1
。
59.例如采用吸尘装置每小时处理风量为3200m3，获得q1＝1kg每秒。吸尘装置在喷嘴组件左右侧各设有至少一个吸风口。
60.采用上述q1和q2值，q1约为q2的80-95倍，可以控制负压区域前后端面的压力差接近或者等于0pa。优选是0pa或者稍小于0pa的负压状态，这样兼顾效能和节能。实际应用中，根据左侧机器人1、右侧机器人3的纵向长度(即负压区域的纵向长度)，以及吸尘装置的数量及布置位置，实际参数根据需要进行调整。
61.根据研究，依据被吹扫物体立体结构和与喷嘴组件的空间位置关系，控制喷嘴组件以斜角吹向被吹扫物体，所述斜角为喷嘴组件气流轴线与水平面之间的夹角在0
°
到90
°
之间。当斜角为90
°
时，如图5所示，采用集束式喷嘴组件垂直90
°
向上吹扫轨道列车底部部件，从扬尘图像信息可见，扬尘弥散范围较大，并向远离吸尘口的方向扩散，因此效果不是很好。如图6所示，采用集束式喷嘴组件以45
°
角斜向上方吹扫轨道列车底部部件，从扬尘图像信息可见，扬尘弥散范围大大缩小，扬尘向两侧吸尘口流动，吸尘装置清除扬尘效果很好。
62.因此，将所述斜角控制在30
°‑
70
°
之间，整体效果较好。
63.斜角为45
°
时最优，因此，喷嘴组件在在调整角度对不同方向部件进行吹扫时，占据吹扫时间最多的以45
°
角为宜。
64.在一些实施例中，为了进一步优化吹扫效果，控制喷嘴组件的喷口与被吹扫面之间的吹扫距离为15-30cm，所述吹扫距离为从喷口沿吹扫气流轴线接触到被吹扫面的距离，控制喷口出射气流速度大于等于40m/s。喷嘴喷出气体，在到达指定吹扫平面时需要保持相对较高的速度，从而保证灰尘去除率。
65.在一些实施例中，为了进一步进行实时的监控清扫质量和优化控制，还包括以下步骤：
66.获取负压区域图像信息，在空间域中根据扬尘的浓度和厚度进行梯度化处理；根据梯度化处理后的图像信息，确定扬尘的流动路径及吸尘装置吸尘效果，调整喷嘴组件的斜角角度，直到梯度化图像信息表明扬尘范围收缩到设定范围。通过图像信息，我们可以直观的检测气流及扬尘的流向，图像信息(图示中未显示)还可以进一步观察被吹扫部位是否
达到预期的清洁标准，从而控制吹扫的时间、喷嘴组件与目标的距离和角度等等。
67.在图7-9中，显示了对轨道列车底部不同形状部件进行吹扫时，可以看到通过图像信息实时监控，对不同形状部件，通过调整喷嘴组件的吹扫角度和吹扫位置，如图示中，对平面部件采用45
°
吹扫及弧面部件采用60
°
吹扫，可以获得很好的吹扫效果及对扬尘的抑制效果。
68.对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。