一种接触网支柱组立智能臂作业车组的制作方法

本实用新型属于电气化铁路接触网设计、施工及工程应用领域，特别是接触网支柱半自动组立领域，具体涉及一种接触网支柱组立智能臂作业车组。

背景技术：

截至2019年7月，中国高速铁路营业里程达到3.1万公里，现阶段全国铁路骨干网和城际铁路建设仍然在大力推进。随着信息化技术、大数据应用和人工智能等现代科学技术的进步，社会整体进步的趋势，对高铁建造过程和全过程全寿命周期的科学管理提出的新的挑战。近期，“北有京张、南有福厦”的“智能高铁”工程建设新理念，释放了一种强烈的信号，即：国家和社会层面对于高铁建设的机械化、信息化、智能化有着更高的期望，行业内需要打造新时代智能建造技术，提升高铁建设自动化水平。接触网工程作为高速铁路建设过程中的重要一环，其建设主要包括立杆、腕臂安装、放线等过程，各工序间的衔接相对独立。目前作业手段主要以人工为主，自动化水平及作业效率低，劳动强度大。因此，接触网工程建设过程中的各个环节对于机械化和自动化水平有了更高要求。

现阶段，高铁接触网标准施工工序主要包括立杆、测量、计算、预配、腕臂安装、放线等过程，各工序间的衔接相对独立。除接触网承力索接触线的展放过程采用机械化架线作业车组以外，其他大多施工工序过程均采用人工为主机械为辅的作业模式。

目前，接触网支柱安装主要采取吊车吊起支柱，采用人工防护，对接钢柱法兰盘孔位，紧固法兰螺母及垫圈。目前主要存在施工人员体力劳动强大大、作业效率低、缺乏支柱位置信息采集等问题。

技术实现要素：

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本实用新型提供了一种接触网支柱组立智能臂作业车组，包括公铁两用基础平台、机械臂、立杆机械手、操作室、支柱储存装置、支柱信息识别装置和机器视觉装置等，立杆作业车组实现了立杆半自动安装功能，在抓杆、安装的两个环节采用自动形式，在中间移位采用半自动形式，降低了对工人技术水平要求，提高了现场施工效率。在立杆安装过程中机器视觉装置同时对用户的基础施工情况进行检测和测量，并与用户bim管理系统进行对接，共享安装过程数据和测量数据信息。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种接触网支柱组立智能臂作业车组，其特征在于：包括公铁两用基础平台、机械臂、立杆机械手、操作室、支柱储存装置、支柱信息识别装置和机器视觉装置；

所述公铁两用基础平台既可与铁路平板车可拆卸地连接，又可与公路汽车底盘可拆卸地连接；

所述公铁两用基础平台上安装有所述机械臂、操作室、支柱储存装置；所述机械臂的前端安装所述立杆机械手，所述立杆机械手上安装有所述支柱信息识别装置；所述支柱储存装置中储存有多个锚段的多根支柱，每根所述支柱上均安装有标签，标签中含有该支柱的安装位置信息；所述操作室供操作人员操作所述立杆机械手从所述支柱储存装置中读取支柱标签信息、抓取移动安装支柱，所述机器视觉装置用于现场监控和引导。

进一步地，所述机械臂包括依次连接的旋转底座、一节臂、二节臂、万向球座；

所述旋转底座安装在所述公铁两用基础平台上，所述一节臂、二节臂分别具有伸缩油缸，所述万向球座的前端安装所述立杆机械手。

进一步地，所述立杆机械手具有可切换的夹持组件，分别用于对不同形状支柱的夹持。

进一步地，所述支柱储存装置包括前后的纵向挡板和若干横向限位杆。

进一步地，所述支柱储存装置中的支柱按多层进行堆放，每一层包括多个支柱。

进一步地，所述支柱储存装置中的多层支柱每一层以锚段逆序进行堆放。

进一步地，所述公铁两用基础平台上固定位置设有所述机器视觉装置，提供固定视角画面。

进一步地，所述机械臂或立杆机械手上设有所述机器视觉装置，提供移动视角画面。

为实现上述目的，按照本实用新型的另一个方面，还提供了一种接触网支柱组立智能臂作业车组的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，基础检验：

提前在预施工基础上进行套装，机器视觉装置再对预安装的基础进行测量分析，检查基础的施工状态，包括检查基础的gps坐标和螺钉倾角值；

第二步，捡杆：

捡杆过程分自动完成和手动完成两种模式；

自动完成时，预先将含安装位置信息的标签贴在支柱的大致中心位置，立杆机械手上的支柱信息识别装置进行读取识别，选择要抓取的支柱，在机器视觉装置的监控和引导下抓紧立杆；

手动操作时，操作室中的操作人员在机器视觉装置的监控和引导下目视立杆中心位置，进行手动抓取；

第三步，调整竖直：

该步操作为手动操作，操作室中的操作人员在机器视觉装置的监控和引导下目视将抓取的立柱移动至公铁两用基础平台侧面，并将其调整为竖直状态；

第四步，移到基础上方：

此步操作也采用手动操作，操作室中的操作人员在机器视觉装置的监控和引导下将调整竖直状态的支柱目视移动到安装基础上方；

第五步，标定：

事先准备两种标定块，其中一种标定块选取至少三枚，放置在支柱底部法兰孔位置上，在基础的螺钉上放置同样数量的另一种标定块；

同时在地面放置引导标签，并通过机器视觉装置记录引导标签与标定块的相互关系，记录完成后去除立杆底部法兰孔上和基础上的标定块；

第六步，安装：

机器视觉装置机械臂、立杆机械手动作，通过引导标签的引导，完成立杆和基础的安装；

第七步，螺钉紧固：

待支柱安装到位后，进行立杆螺钉紧固工作；

第八步，待螺钉紧固后，撤走立杆机械手，取走地面的引导标签，完成立杆安装。

进一步地，循环第一步至第八步，进行下一个支柱的安装过程。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本实用新型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：

1、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，包括公铁两用基础平台、机械臂、立杆机械手、操作室、支柱储存装置、支柱信息识别装置和机器视觉装置等，立杆作业车组实现了立杆半自动安装功能，在抓杆、安装的两个环节采用自动形式，在中间移位采用半自动形式，降低了对工人技术水平要求，提高了现场施工效率。在立杆安装过程中机器视觉装置同时对用户的基础施工情况进行检测和测量，并与用户bim管理系统进行对接，共享安装过程数据和测量数据信息。

2、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，立杆机械手可快速、灵活、高效地处理不同类型的h型支柱，可满足接触网所有h型支柱的抓取功能，整个机械手采用侧夹的方案，在施工过程中具有较高的机动性、安全性和准确性，在夹持表面设置柔软材料，避免在夹持过程中对支柱损伤。360度连续旋转齿轮，可实现无限精确操作和定位。立杆机械手具备俯仰、旋转、夹紧等功能，配合机械臂可具备6自由度调整需求，满足立杆安装调整需求。

3、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，具备机器视觉装置，可在工作过程中引导作业车找到合适的安装工位进行安装。机器视觉装置采用双工业相机作为引导，配合立杆作业车完成立杆的精准对位，同时机器视觉装置具有测量工具，可对预安装的底座进行测量分析，检查底座的施工状态。

4、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，设有手动模式和自动模式；手动模式，通过手动控制器来调整立杆左右移动、前后移动、中心旋转、上下安装等动作，完成立杆的安装过程；自动模式，立杆运动到立杆基础上方时，通过机器视觉装置，引导作业车6自由度调整，完成立杆自动安装过程。

附图说明

图1是本实用新型实施例的接触网支柱组立智能臂作业车组的示意图；

图2是本实用新型实施例的接触网支柱组立智能臂作业车组的牵引示意图；

图3是本实用新型实施例的接触网支柱组立智能臂作业车组的机械臂底座法兰示意图；

图4是本实用新型实施例的接触网支柱组立智能臂作业车组作业方法的流程示意图。

图中尺寸单位为mm。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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实用新型进一步详细说明。

作为本实用新型的一种较佳实施方式，如图1-4所示，本实用新型提供一种接触网支柱组立智能臂作业车组，包括公铁两用基础平台1、机械臂2、立杆机械手3、操作室4、支柱储存装置5、支柱信息识别装置和机器视觉装置，以及电控系统、液压系统、管路系统等。

所述公铁两用基础平台1既可与铁路平板车6可拆卸地连接，又可与公路汽车底盘可拆卸地连接，是支柱组立装备的基础载体，为机械臂2和立杆机械手3、支柱储存装置5等提供支撑。所述公铁两用基础平台1与铁路平板车6可通过螺栓组进行安装与分离，满足铁路施工需要，直线、曲线、道岔等区段，支柱均能在铁路平板车上运输；所述铁路平板车6无动力，由牵引机车牵引，优选为如图2所示的更适用接触网作业的可低置运转多用途高空作业车。而与公路汽车底盘可通过至少四角的集装箱锁进行安装与分离，满足公路转场需要。走行或非工作时，作业车组总高度在4.2mm范围内。

所述公铁两用基础平台1上安装有所述机械臂2、操作室4、支柱储存装置5；所述机械臂2的前端安装所述立杆机械手3，所述立杆机械手3上安装有所述支柱信息识别装置；所述支柱储存装置5中储存有多个锚段的多根支柱10，支柱类型包括h型支柱、圆形支柱等，本实施例以h型支柱示例；每根所述支柱10上均安装有标签11，标签11中含有该支柱的安装位置信息，包括支柱的锚段、编号和支柱组立参数数据(限界、斜率)；所述操作室4供操作人员操作所述立杆机械手3从所述支柱储存装置5中读取支柱标签信息、抓取移动安装支柱，所述机器视觉装置用于现场监控和引导。

进一步地，所述机械臂2包括依次连接的旋转底座21、一节臂22、二节臂23、万向球座24；所述旋转底座21安装在所述公铁两用基础平台1上，如图3所示，通过底座法兰采用m30螺钉与公铁两用基础平台1进行连接，底座法兰平面安装高度不高于公铁两用基础平台1上平面。所述一节臂22、二节臂23分别具有伸缩油缸，所述万向球座24的前端安装所述立杆机械手3。机械臂2的工作范围按线路中心分为半幅左180°、半幅右180°和全幅360°工作；机械臂2可满足长途运输，收缩状态有自锁功能。

进一步地，所述立杆机械手3具有可切换的夹持组件，分别用于对不同形状支柱的夹持。

进一步地，所述操作室4安装在所述旋转底座21上，用于自动和手动操控。

进一步地，所述支柱储存装置5包括前后的纵向挡板和若干横向限位杆。进一步地，所述支柱储存装置5中的支柱按多层进行堆放，每一层包括多个支柱。进一步地，所述支柱储存装置5中的多层支柱每一层以锚段逆序进行堆放。在支柱依次叠放的过程中，所述支柱储存装置5自身也安装有支柱信息识别装置，可识别读取放入的支柱的标签11，引导其叠放位置，并给出位置错误报警。

进一步地，所述公铁两用基础平台1上固定位置设有所述机器视觉装置，提供固定视角画面。进一步地，所述机械臂2或立杆机械手3上也设有所述机器视觉装置，提供移动视角画面。支柱安装过程中，机器视觉装置能满足视频实时传输至操作室4和/或牵引机车驾驶室内并显示。

本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组用于多种h型支柱现场施工安装，提高了h型支柱施工的自动化程度，改善了作业人员工作强度，现场立杆的基础已经做好，完成了立杆与基础的相互配合。如图4所示，其作业方法，包括如下步骤：

第一步，基础检验：

提前在预施工基础上进行套装，机器视觉装置再对预安装的基础进行测量分析，检查基础的施工状态，包括检查基础的gps坐标和螺钉倾角值；

第二步，捡杆：

捡杆过程分自动完成和手动完成两种模式；

自动完成时，预先将含安装位置信息的标签11贴在支柱的大致中心位置，立杆机械手3上的支柱信息识别装置进行读取识别，选择要抓取的支柱，在机器视觉装置的监控和引导下抓紧立杆；

手动操作时，操作室4中的操作人员在机器视觉装置的监控和引导下目视立杆中心位置，进行手动抓取；

第三步，调整竖直：

该步操作为手动操作，因为在施工现场有众多障碍物，采用自动操作时，需要对周围的障碍物进行识别计算，花费大量时间，并且手动操作该过程简单方便，对操作人员要求不高；具体地，操作室4中的操作人员在机器视觉装置的监控和引导下目视将抓取的立柱移动至公铁两用基础平台1侧面，并将其调整为竖直状态；

第四步，移到基础上方：

此步操作也采用手动操作，操作室4中的操作人员在机器视觉装置的监控和引导下将调整竖直状态的支柱目视移动到安装基础上方；

第五步，标定：

事先准备两种标定块，其中一种标定块选取至少三枚，放置在支柱底部法兰孔位置上，在基础的螺钉上放置同样数量的另一种标定块；

同时在地面放置引导标签，并通过机器视觉装置记录引导标签与标定块的相互关系，记录完成后去除立杆底部法兰孔上和基础上的标定块；

第六步，安装：

机器视觉装置机械臂2、立杆机械手3动作，通过引导标签的引导，完成立杆和基础的安装；

第七步，螺钉紧固：

待支柱安装到位后，进行立杆螺钉紧固工作；

第八步，待螺钉紧固后，撤走立杆机械手3，取走地面的引导标签，完成立杆安装。

进一步地，循环第一步至第八步，进行下一个支柱的安装过程。

本实用新型的作业功能、性能参数如下：

牵引机车司机可接收到支柱基础位置信息，确保停车位置误差不超过±1000mm；

各设备实现运行限位、停机保护、机电联锁等安全功能；

曲线最大外轨超高175mm；

线路最大坡度25‰；

测量支柱倾斜率误差控制在1‰；

支柱抓取位置保证组立安全，不影响数据采集，并具备支柱镀锌层保护措施；

设备具备自稳装置，满足少数大荷载(2t)情况下作业；

设备具有应急电力动力装置；紧急时可以拆卸侵限部位，消除危险。

设备具有低噪声性能；

满足室外-10℃～45℃施工条件，防雨雪、冰冻、防尘等性能具有多重安全防护功能(限位、防坠、倾倒、缓冲等保护功能)。具备与其他走行设备间运行限位、停机保护等安全联锁功能；

能够与用户bim管理系统可靠对接；

进行负荷计算，验证整机能力；

长途运输具备可拆卸，现场安装。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的方案存在如下显著优势：

1、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，包括公铁两用基础平台、机械臂、立杆机械手、操作室、支柱储存装置、支柱信息识别装置和机器视觉装置等，立杆作业车组实现了立杆半自动安装功能，在抓杆、安装的两个环节采用自动形式，在中间移位采用半自动形式，降低了对工人技术水平要求，提高了现场施工效率。在立杆安装过程中机器视觉装置同时对用户的基础施工情况进行检测和测量，并与用户bim管理系统进行对接，共享安装过程数据和测量数据信息。

2、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，立杆机械手可快速、灵活、高效地处理不同类型的h型支柱，可满足接触网所有h型支柱的抓取功能，整个机械手采用侧夹的方案，在施工过程中具有较高的机动性、安全性和准确性，在夹持表面设置柔软材料，避免在夹持过程中对支柱损伤。360度连续旋转齿轮，可实现无限精确操作和定位。立杆机械手具备俯仰、旋转、夹紧等功能，配合机械臂可具备6自由度调整需求，满足立杆安装调整需求。

3、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，具备机器视觉装置，可在工作过程中引导作业车找到合适的安装工位进行安装。机器视觉装置采用双工业相机作为引导，配合立杆作业车完成立杆的精准对位，同时机器视觉装置具有测量工具，可对预安装的底座进行测量分析，检查底座的施工状态。

4、本实用新型的接触网支柱组立智能臂作业车组，设有手动模式和自动模式；手动模式，通过手动控制器来调整立杆左右移动、前后移动、中心旋转、上下安装等动作，完成立杆的安装过程；自动模式，立杆运动到立杆基础上方时，通过机器视觉装置，引导作业车6自由度调整，完成立杆自动安装过程。

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。

另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本实用新型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。

本实用新型实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本实用新型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，为了精简本实用新型实施例公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型实施例的示例性实施例的描述中，本实用新型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。

然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型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，实用新型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实用新型实施例的单独实施例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型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实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。

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