一种基于智能控制的轨排自动拼装系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于智能控制的轨排自动拼装系统及方法，自动拼装系统包括受主机控制的紧固件铺设操作子系统、轨枕位姿调整子系统、钢轨边距调整子系统，紧固件铺设操作子系统和轨枕位姿调整子系统分别集成于相应的可移动底盘上，可移动底盘均位于行车轨道上。利用本发明专利技术能够实现地铁轨排高度自动化的拼装以及位姿调整作业，有效提高了轨排施工效率，保证了施工精度，全程人工参与少，节省了大量的人力成本。的人力成本。的人力成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能控制的轨排自动拼装系统及方法


[0001]本专利技术属于建筑施工
，尤其涉及一种基于智能控制的轨排自动拼装系统及方法。

技术介绍

[0002]地铁轨排拼装的流程包括：摆放轨枕、摆放橡胶垫板、摆放铁垫板、上锚固螺栓、摆放轨下橡胶垫板、初步调整轨枕间距、紧固螺栓、摆放方正钢轨、精调轨枕间距、安装弹条与轨距垫板、上锚固T型螺栓、紧固T型螺栓、轨排存放等。受限于地铁地下隧道的尺寸限制，大型轨道铺设机不能进入隧道进行施工，因此需要在地上基地进行轨排拼装生产，拼装完成后再转运至地下隧道进行铺设。目前，地上基地的轨排拼装过程主要是利用龙门吊结合人工作业进行拼装操作，这种传统的人工拼装方式不仅费时费力，而且存在拼装一致性差、施工效率低等问题，导致铺设拼装工效和质量无法得到保障。本专利技术为填补轨排自动化拼装技术的空白，提出了一种地铁轨排自动拼装系统及方法，实现地铁轨排高度自动化的拼装作业，以提高轨排生产效率和精度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于智能控制的轨排自动拼装系统及方法，解决了传统的轨排拼装方法中存在的施工效率低、施工精度低、费时费力的问题。
[0004]本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
[0005]一种基于智能控制的轨排自动拼装系统，包括主机以及与主机信号连接的紧固件铺设操作子系统、轨枕位姿调整子系统、钢轨边距调整子系统；紧固件铺设操作子系统和轨枕位姿调整子系统分别集成于第一可移动底盘和第二可移动底盘上，第一可移动底盘和第二可移动底盘相互连接且均位于行车轨道上，行车轨道铺设于轨枕两侧，轨枕放置于枕下轨道上，且行车轨道的两条铁轨之间的距离大于轨排的两条铁轨之间的距离；多个钢轨边距调整子系统间隔均匀地固定安装在轨排拼装施工现场枕下轨道两侧空地上。
[0006]进一步地，所述紧固件铺设操作子系统包括物料库、物料取放操作装置、车体移动监测装置，物料库搭建于第一可移动底盘上表面，物料库中部留有物料铺设操作空间，物料库两侧平台上摆放有拼装单个轨排所需要的扣件和螺栓，且扣件和螺栓的摆放位置信息均存储于主机中；物料取放操作装置安装于物料库中，包括扣件抓取装置和螺栓抓取装置，扣件抓取装置和螺栓抓取装置的运动控制卡与主机之间通过PCI通信协议进行通信；扣件抓取装置末端的抓取单元通过RS485总线与主机进行通信，用于抓取物料库中不同形状和尺寸的扣件；螺栓抓取装置末端的电动扳手通过RS485总线与主机进行通信，用于抓取物料库中不同尺寸的螺栓并完成螺栓的拧紧与拧松操作。
[0007]进一步地，所述车体移动监测装置包括编码器和第一高精度三维相机，编码器与
第一可移动底盘的驱动电机连接，测量第一可移动底盘车体的速度和当前位置；第一高精度三维相机安装在物料库操作空间上方的钢管架上，用于寻找固定在拼装现场的标志点，辅助定位当前第一可移动底盘车体位置，同时用于辅助物料取放操作装置寻找扣件或螺栓的安装位置；车体移动监测装置通过RS485通信协议与主机进行通信，采用PID控制算法闭环控制第一可移动底盘以及第二可移动底盘移动的距离。
[0008]进一步地，所述轨枕位姿调整子系统包括轨枕位姿调整机构和第二高精度三维相机，轨枕位姿调整机构整体由运动控制卡发出的脉冲信号控制，该运动控制卡与主机之间通过PCI通信协议进行通信；轨枕位姿调整机构包括多个安装在第二可移动底盘底部以及两侧的第一电推缸，第二可移动底盘底部的第一电推缸伸缩端连接有用于在前后方向上对轨枕进行位姿调整的推动板；第二可移动底盘两侧的第一电推缸用于在左右方向上对轨枕进行位姿调整，其伸缩端与连杆连接，连杆穿过第二可移动底盘后通过销轴连接有推动板，且连杆中部与第二可移动底盘通过销轴连接；第二高精度三维相机安装在第二可移动底盘的底部，通过以太网与主机进行通信，用于获取当前轨枕的点云信息并传送到主机，由主机进行分析处理并根据分析结果控制轨枕位姿调整机构运动，推动轨枕进行位姿调整。
[0009]进一步地，所述钢轨边距调整子系统包括钢轨边距调整机构、钢轨顶升机构、第三高精度三维相机，钢轨顶升机构包括固定在地面上的第二电推缸，钢轨边距调整机构是一个固定在第二电推缸的推杆上的线性模组，钢轨放置在线性模组上；钢轨顶升机构用于调整钢轨的高度，钢轨边距调整机构用于调整钢轨的横向位置；钢轨顶升机构和钢轨边距调整机构均由运动控制卡发出的脉冲信号控制，该运动控制卡与主机之间通过RS485进行通信，实现数据交互；第三高精度三维相机安装在紧固件铺设操作子系统下方的第一可移动底盘底部，与主机通过以太网进行通讯，用于在第一可移动底盘移动时实时扫描下方钢轨，获取钢轨点云数据，并传递至主机，主机采用点云配准算法最终求解出钢轨边距调整机构和钢轨顶升机构的运动量，进而控制第二电推缸以及线性模组运动，对钢轨位姿进行调整。
[0010]一种利用上述基于智能控制的地铁轨排自动拼装系统的拼装方法，包括如下步骤：步骤1：首先将钢轨边距调整子系统中的钢轨边距调整机构、钢轨顶升机构安装固定在施工现场，然后铺设好枕下轨道，将轨枕放置于枕下轨道的相应安装位置上，然后于轨枕两侧铺设行车轨道；接着由现场施工人员将拼装用的扣件、螺栓放置在紧固件铺设操作子系统的物料库中，最后将拼装系统整体置于初始位置处；步骤2：主机控制第一可移动底盘和第二可移动底盘运动，带动紧固件铺设操作子系统和轨枕位姿调整子系统至第一个轨枕位置处；轨枕位姿调整子系统利用第二高精度三维相机扫描轨枕数据并传递至主机，主机识别出轨枕位姿，基于内部存储的轨排设计模型数据，采用迭代最近点点云配准算法计算出轨枕位姿调整子系统中轨枕位姿调整机构的运动量，进而推动轨枕调整至满足精度要求的安装位置处；主机控制第一可移动底盘和第二可移动底盘运动至下一轨枕位置处，继续进行轨枕位姿调整，直至完成整个轨排线上所有轨枕的位姿调整；步骤3：进行轨下物料的安装：主机根据内部预先存储的各扣件和螺栓的摆放位置
信息以及车体移动监测装置中的第一高精度三维相机扫描得到的各扣件和螺栓的安装位置信息，基于三维视觉技术对扣件以及螺栓安装区域进行识别与定位，并应用曲线插值拟合算法进行相应的运动路径规划；之后再控制扣件抓取装置以及控制螺栓抓取装置运动，完成当前位置处的轨下物料的安装；主机控制第一可移动底盘和第二可移动底盘运动至下一轨枕位置处，继续进行轨下物料的安装，直至整个轨排线上所有位置处的轨下物料全部安装完成；步骤4：由现场工作人员将钢轨置到已经铺设完成的轨下物料上，且保证钢轨端部放置于钢轨边距调整子系统上，主机控制第一可移动底盘和第二可移动底盘行走至第一块钢轨位置处，利用钢轨边距调整子系统中的第三高精度三维相机扫描钢轨数据并传递至主机，主机基于内部存储的轨排设计模型数据，同时采用点云配准算法计算出钢轨边距调整机构和钢轨顶升机构的运动量，进而控制线性模组以及第二电推缸运动，完成对第一块钢轨的位姿调整；主机控制第一可移动底盘和第二可移动底盘运动至下一钢轨位置处，继续进行钢轨位姿调整，直至完成整个轨排线上所有钢轨的位姿调整；步骤5：进行轨上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能控制的轨排自动拼装系统，其特征在于，包括主机以及与主机信号连接的紧固件铺设操作子系统（1）、轨枕位姿调整子系统（2）、钢轨边距调整子系统（3）；紧固件铺设操作子系统（1）和轨枕位姿调整子系统（2）分别集成于第一可移动底盘和第二可移动底盘上，第一可移动底盘和第二可移动底盘相互连接且均位于行车轨道（4）上，行车轨道（4）铺设于轨枕两侧，轨枕放置于枕下轨道（5）上，且行车轨道（4）的两条铁轨之间的距离大于轨排的两条铁轨之间的距离；多个钢轨边距调整子系统（3）间隔均匀地固定安装在轨排拼装施工现场枕下轨道（5）两侧空地上。2.根据权利要求1所述的基于智能控制的轨排自动拼装系统，其特征在于，所述紧固件铺设操作子系统（1）包括物料库（101）、物料取放操作装置、车体移动监测装置（104），物料库（101）搭建于第一可移动底盘上表面，物料库（101）中部留有物料铺设操作空间，物料库（101）两侧平台上摆放有拼装单个轨排所需要的扣件和螺栓，且扣件和螺栓的摆放位置信息均存储于主机中。3.根据权利要求2所述的基于智能控制的轨排自动拼装系统，其特征在于，所述物料取放操作装置安装于物料库（101）中，包括扣件抓取装置（102）和螺栓抓取装置（103），扣件抓取装置（102）和螺栓抓取装置（103）的运动控制卡与主机之间通过PCI通信协议进行通信；扣件抓取装置（102）末端的抓取单元通过RS485总线与主机进行通信，用于抓取物料库（101）中不同形状和尺寸的扣件；螺栓抓取装置（103）末端的电动扳手通过RS485总线与主机进行通信，用于抓取物料库（101）中不同尺寸的螺栓并完成螺栓的拧紧与拧松操作。4.根据权利要求2所述的基于智能控制的轨排自动拼装系统，其特征在于，所述车体移动监测装置（104）包括编码器和第一高精度三维相机，编码器与第一可移动底盘的驱动电机连接，测量第一可移动底盘车体的速度和当前位置；第一高精度三维相机安装在物料库（101）操作空间上方的钢管架上，用于寻找固定在拼装现场的标志点，辅助定位当前第一可移动底盘车体位置，同时用于辅助物料取放操作装置寻找扣件或螺栓的安装位置；车体移动监测装置（104）通过RS485通信协议与主机进行通信，基于PID控制算法闭环控制第一可移动底盘以及第二可移动底盘移动的距离。5.根据权利要求1所述的基于智能控制的轨排自动拼装系统，其特征在于，所述轨枕位姿调整子系统（2）包括轨枕位姿调整机构和第二高精度三维相机，轨枕位姿调整机构整体由运动控制卡发出的脉冲信号控制，该运动控制卡与主机之间通过PCI通信协议进行通信；轨枕位姿调整机构包括多个安装在第二可移动底盘底部以及两侧的第一电推缸（201），第二可移动底盘底部的第一电推缸（201）伸缩端连接有用于在前后方向上对轨枕进行位姿调整的推动板；第二可移动底盘两侧的第一电推缸（201）用于在左右方向上对轨枕进行位姿调整，其伸缩端与连杆（202）连接，连杆（202）穿过第二可移动底盘后通过销轴连接有推动板，且连杆（202）中部与第二可移动底盘通过销轴连接；第二高精度三维相机安装在第二可移动底盘的底部，通过以太网与主机进行通信，用于获取当前轨枕的点云信息并传送到主机，由主机进行分析处理后控制轨枕位姿调整机构运动，推动轨枕进行位姿调整。6.根据权利要求1所述的基于智能控制的轨排自动拼装系统，其特征在于，所述钢轨边距调整子系统（3）包括钢轨边距调整机构（301）、钢轨顶升机构（302）、第三高精度三维相机，钢轨顶升机构（302）包括固定在地面上的第二电推缸，钢轨边距调整机构（301）是一个
固定在第二电推缸的推杆上的线性模组，钢轨放置在线性模组上；钢轨顶升机构（302）用于调整钢轨的高度，钢轨边距调整机构（301）用于调整钢轨的横向位置；钢轨顶升机构（302）和钢轨边距调整机构（301）均由运动控制卡发出的脉冲信号控制，该运动控制卡与主机之间通过RS485进行通信，实现数据交互；第三高精度三维相机安装在紧固件铺设操作子系统（1）下方的第一可移动底盘底部，与主机通过以太网进行通讯，用于在第一可移动底盘移动时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福建，郭盛，刘景，王宏杰，刘笃信，李伟，曲海波，贾玉周，杨新华，李雨亭，张睿航，陈光荣，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：