一种轨道车辆多臂式检修控制系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道车辆多臂式检修控制系统与方法，上述系统包括：多个机械臂、用于移动机械臂的动作执行机构、安装于机械臂上用于采集检修图像的图像采集机构、用于移动轨道车辆多臂式检修控制系统的行走机构以及控制器；其中，控制器中运行单进程多线程的EtherCAT主站，控制器用于在不同线程的EtherCAT网络中以不同的循环周期分别与每一机械臂、行走机构、动作执行机构和图像采集机构进行数据交互。能够在满足不同功能通信周期需求的同时，最大限度的发挥系统性能，实现智能化检修。能化检修。能化检修。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道车辆多臂式检修控制系统与方法


[0001]本专利技术涉及机器人控制
，尤其涉及一种轨道车辆多臂式检修控制系统与方法。

技术介绍

[0002]轨道交通领域中车辆转向架是列车安全运行的关键一环，也是车辆检修的重点，目前转向架的检修已逐渐从人工过渡到机器人自动检修，利用机器人自动进行图像采集，实现智能化快速检修，快速定位缺陷位置，代替人工实现自动检测是未来的一种趋势。
[0003]然而，面对结构复杂和空间狭窄的转向架系统，一台机械臂无法快速完成检修任务，且使用多台机械臂协同工作时，其控制、相机数据传输及通信的实时性一直是一个问题，如何在保证机械臂性能的前提下来实现多机械臂的联动精密控制是一个亟待解决的难点，且转向架系统结构复杂，如何利用视觉进行高精度检修也是一个难点。
[0004]目前绝大多数机械臂通信都为一对一模式，即一台控制器控制一台机械臂，面对多机械臂联动的情形，需配备多台控制器，且多臂式检修系统的行走机构、动作执行机构、图像采集系统均需配备不同的控制器，导致系统较为冗杂。
[0005]同时，现有的EtherCAT一对多的通信模式，无法解决不同设备不同通信周期的需求，无法最大化的发挥系统性能。例如：相机的通讯周期为8ms，机械臂的通讯周期为1ms，按照以前的一对多系统，若系统的实时性为1ms，满足了机械臂的通信周期，但对于8ms的相机来说是一个冗余。若系统的实时性为8ms，满足了相机的通信周期，但无法满足机械臂的实时性1ms要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中无法满足不同设备不同通信周期的需求，以及无法最大化的发挥系统性能的技术问题，提出一种轨道车辆多臂式检修控制系统与方法。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆多臂式检修控制系统，包括：多个机械臂、用于移动所述机械臂的动作执行机构、安装于所述机械臂上用于采集检修图像的图像采集机构、用于移动轨道车辆多臂式检修控制系统的行走机构以及控制器；其中，所述控制器中运行单进程多线程的EtherCAT主站，所述控制器用于在不同线程的EtherCAT网络中以不同的循环周期分别与每一所述机械臂、所述行走机构、所述动作执行机构和所述图像采集机构进行数据交互。
[0008]上述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其中，所述机械臂、所述行走机构、所述动作执行机构与所述图像采集机构中运行EtherCAT从站，所述EtherCAT主站与所述EtherCAT从站构成不同的EtherCAT网络，不同的EtherCAT网络使用不同的DC同步时钟。
[0009]上述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其中，所述DC同步时钟将EtherCAT网络中第一个从站的时钟选作同步运行的参考时钟，通过EtherCAT信息帧中的时间戳信息获得其余从站和所述参考时钟的传输延迟和时间偏移后，得到初步同步时间，基于所述初步同步
时间通过周期性的时间漂移补偿后，实现各个从站的时钟和参考时钟的同步，进而实现各个从站之间的同步运行。
[0010]上述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其中，所述EtherCAT主站由多实例版本的API函数在一个进程内通过多线程的方式创建，不同的主站绑定在所述控制器内的不同的网卡设备上，通过线程之间的信号同步实现主站之间的时钟同步。
[0011]上述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其中，用于控制所述机械臂的机器人控制代码以动态链接库的形式嵌入在主站中，并以分段式加载代码的方式进行加载。
[0012]上述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其中，主站运行到PREOP状态时，调用myECatSetup()函数进行初始化操作；主站初始化完成后，调用myECatLoop()函数周期性的运行动态链接库的get_args()，与机械臂的从站进行周期性的数据交互。
[0013]上述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其中，还包括缺陷检测单元，用于将所述图像采集机构采集的检修图像输入CNN与Transfromer相结合的模型进行2D粗定位，获得二维位置信息，基于所述二维位置信息采用3D点云匹配算法进行精准定位，得到六维位置信息，并返回所述六维位置信息至所述控制器。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种轨道车辆多臂式检修控制方法，应用于上述第一方面所述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，包括：
[0015]位置移动步骤：通过控制器发送控制指令至行走机构，控制所述行走机构移动到指定位置后，接收所述行走机构返回的反馈信息；
[0016]图像采集步骤：通过控制器发送控制指令至动作执行机构、机械臂与图像采集机构，控制所述动作执行机构将机械臂移动到检修位置，同时控制所述图像采集机构采集检修图像；
[0017]缺陷检测步骤：将所述检修图像输入缺陷检测单元进行缺陷检测。
[0018]上述的轨道车辆多臂式检修控制方法，其中，所述缺陷检测步骤包括：将所述检修图像输入CNN与Transfromer相结合的模型进行2D粗定位，获得二维位置信息，基于所述二维位置信息采用3D点云匹配算法进行精准定位，得到六维位置信息，并返回所述六维位置信息至所述控制器。
[0019]上述的轨道车辆多臂式检修控制方法，其中，还包括：
[0020]主站创建步骤：通过多实例版本的API函数，在一个进程内通过多线程的方式创建多个EtherCAT主站，并将所述EtherCAT主站绑定在所述控制器内的不同的网卡设备上。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0022]1、本专利技术提出的控制系统是在一个控制器中运行单进程多线程的EtherCAT主站。每个线程之间可以访问整个进程的内存，实现多设备的协同控制，以及进行信息交互；在满足不同功能通信周期需求的同时，能够最大限度的发挥系统性能；
[0023]2、本专利技术开发的智能视觉缺陷检测及定位算法，采用2D深度学习+3D点云匹配算法相结合的方式，2D算法对缺陷粗定位，3D算法进行精准定位，能够大大提高缺陷定位精度，实现智能化检修。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的一种轨道车辆多臂式检修控制系统的原理图；
[0025]图2为本专利技术提供的一种轨道车辆多臂式检修控制系统的结构图；
[0026]图3为本专利技术提供的控制器以不同的控制周期控制不同机构的示例图；
[0027]图4为本专利技术提供的参考时钟和从站时钟之间的一时间差异示意图；
[0028]图5为本专利技术提供的参考时钟和从站时钟之间的另一时间差异示意图；
[0029]图6为本专利技术提供的多实例API函数控制不同机构的示例图；
[0030]图7为本专利技术提供的3D点云匹配算法流程图；
[0031]图8为本专利技术提供的3D点云模板图；
[0032]图9为本专利技术提供的经3D点云匹配得到的加氢口的姿态示意图；
[0033]图10为本专利技术提供的一种轨道车辆多臂式检修控制方法的步骤示意图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，包括：多个机械臂、用于移动所述机械臂的动作执行机构、安装于所述机械臂上用于采集检修图像的图像采集机构、用于移动轨道车辆多臂式检修控制系统的行走机构以及控制器；其中，所述控制器中运行单进程多线程的EtherCAT主站，所述控制器用于在不同线程的EtherCAT网络中以不同的循环周期分别与每一所述机械臂、所述行走机构、所述动作执行机构和所述图像采集机构进行数据交互。2.根据权利要求1所述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，所述机械臂、所述行走机构、所述动作执行机构与所述图像采集机构中运行EtherCAT从站，所述EtherCAT主站与所述EtherCAT从站构成不同的EtherCAT网络，不同的EtherCAT网络使用不同的DC同步时钟。3.根据权利要求2所述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，所述DC同步时钟将EtherCAT网络中第一个从站的时钟选作同步运行的参考时钟，通过EtherCAT信息帧中的时间戳信息获得其余从站和所述参考时钟的传输延迟和时间偏移后，得到初步同步时间，基于所述初步同步时间通过周期性的时间漂移补偿后，实现各个从站的时钟和参考时钟的同步，进而实现各个从站之间的同步运行。4.根据权利要求1所述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，所述EtherCAT主站由多实例版本的API函数在一个进程内通过多线程的方式创建，不同的主站绑定在所述控制器内的不同的网卡设备上，通过线程之间的信号同步实现主站之间的时钟同步。5.根据权利要求1所述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，用于控制所述机械臂的机器人控制代码以动态链接库的形式嵌入在主站中，并以分段式加载代码的方式进行加载。6.根据权利要求5所述的轨道车辆多臂式检修控制系统，其特征在于，主站运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓东，郝玉福，董健，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：