本發(fā)明屬于動車組車頭清洗，更具體地，涉及一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、動車組在復(fù)雜的環(huán)境中運行后其表面粘附有大量灰塵、血漬、蚊蟲等有機體的混合污垢，需要定期清洗，以保持動車流線型車體、減小運行阻力、保持外部美觀。因混合污垢的復(fù)雜特性，很難清洗，同時，因車頭整流罩的復(fù)雜曲面及表面突出的雨刮等零件，固定式清洗機無法清洗車頭。

2、車頭作業(yè)現(xiàn)狀：人工作業(yè)，在檢修庫軌道橋上，用水管沖洗車頭，用毛刷蘸取專用清洗劑刷洗，重復(fù)幾次，清洗完成后將地面污水掃到地溝中?，F(xiàn)有的作業(yè)方式清洗位置較高，清洗距離遠，清洗比較費力，勞動強度大；人工刷洗速度較慢、清洗人數(shù)較多，作業(yè)效率低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法，通過無線遙控器和電氣控制單元控制特制agv底盤車上助力伸縮機械臂2和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)的姿態(tài)變化實現(xiàn)平交道單車頭和軌道橋雙車頭重連的自動化清洗；工人只需站在地上使用無線遙控即可完成，提高了人員作業(yè)的安全性；所需人力少，大大降低作業(yè)人員的勞動強度；采用的全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)具有自適應(yīng)功能，能夠提高清洗輥與車體接觸的擬合度，使得清洗更加干凈；通過所述補償緩沖器組件使得清洗輥在工作時姿態(tài)穩(wěn)定可靠，杜絕了清洗輥與車頭外表面接觸的瞬間對車體的撞機，有效避免了車頭雨刮器和玻璃由于碰撞而損壞，提高了清洗時對車體的安全性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面提供一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法，包括公鐵兩用的特制agv底盤車、與所述特制agv底盤車分別通信相連的助力伸縮機械臂和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)；所述助力伸縮機械臂可旋轉(zhuǎn)設(shè)于所述特制agv底盤車上；所述全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)通過伺服旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于所述助力伸縮機械臂的末端；其中，

3、所述agv底盤車通過無線遙控器控制，其內(nèi)部集成有與各液壓組件相連的液壓泵站、車輛供電模塊、氣源輔助管理模塊以及清洗劑供應(yīng)模塊，并集雷達定位測距模塊、視覺成像采集模塊、圖像識別處理算法、自適應(yīng)導(dǎo)航和電氣控制單元為一體；所述全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)包括與所述助力伸縮機械臂相連的補償輥滑塊安裝架、滑動設(shè)于所述補償輥滑塊安裝架上的清洗輥組件、設(shè)于所述補償輥滑塊安裝架與所述清洗輥組件之間的用于提高清洗輥與車體接觸擬合度的補償緩沖器組件；所述清洗輥組件在所述補償輥滑塊安裝架的中間和兩側(cè)分別成對布置；所述電氣控制單元根據(jù)設(shè)定程序控制所述特制agv底盤車自動在工廠車間運行，自動避障，自動尋找動車組車頭位置后，給助力伸縮機械臂和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)發(fā)送指令，所述助力伸縮機械臂接收所述指令后，通過各個油缸伸縮和頂部伺服旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)動作，支撐并承載所述全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)伸縮旋轉(zhuǎn)動作，自動完成車頭外表面的對位和清洗作業(yè)。

4、進一步地，所述清洗輥組件包括清洗輥旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，對稱設(shè)于所述清洗輥旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)兩側(cè)的清洗輥以及設(shè)于兩個所述清洗輥外側(cè)面的u形架；所述u形架與所述補償緩沖器組件相連；所述清洗輥外部與車體外表面輪廓仿形設(shè)計；所述補償緩沖器組件根據(jù)所述清洗輥組件與車體外輪廓接觸面大小所需要的力矩和補償力仿形設(shè)計，當動車組車頭外觀輪廓變化時，通過所述補償緩沖器組件及時自適應(yīng)調(diào)節(jié)清洗輥的位置和姿態(tài)，提高清洗輥與車體接觸的擬合度。

5、進一步地，所述特制agv底盤車包括agv底盤車體，設(shè)于所述agv底盤車體上的水平轉(zhuǎn)盤、agv驅(qū)動輪以及鐵軌導(dǎo)向輪組；

6、所述水平轉(zhuǎn)盤包括底部固定座和設(shè)于所述底部固定座上的轉(zhuǎn)盤；所述轉(zhuǎn)盤的邊緣設(shè)有第一齒輪；所述底部固定座的側(cè)面連接有轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機；所述轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機的輸出端設(shè)有與所述第一齒輪嚙合連接的第二齒輪；

7、所述agv驅(qū)動輪設(shè)于所述agv底盤車體的前后兩端，通過伺服電機控制使所述特制agv底盤車在公路路面上完成前后行駛、轉(zhuǎn)向和原地掉頭動作；

8、所述鐵軌導(dǎo)向輪組設(shè)于所述agv底盤車體的前后兩端，通過液壓桿驅(qū)動完成所述鐵軌導(dǎo)向輪組的升降動作；當特制agv底盤車需要在鐵軌上行走時所述鐵軌導(dǎo)向輪組通過液壓桿降下，當特制agv底盤車需要在公路上行走時，所述鐵軌導(dǎo)向輪組通過液壓桿升起來，使得所述特制agv底盤車能夠分別適應(yīng)公路路面和動車鐵軌上行駛的復(fù)合工況。

9、進一步地，所述agv底盤車體上還設(shè)有用于防止agv底盤車體側(cè)翻的防傾覆伸縮機械臂；所述防傾覆伸縮機械臂對稱設(shè)于所述agv底盤車體的兩側(cè)；所述防傾覆伸縮機械臂整體呈l型，在l型的兩端各有一個伸縮自由度，所述防傾覆伸縮機械臂的底部安裝有萬向腳輪。

10、進一步地，所述助力伸縮機械臂包括與所述水平轉(zhuǎn)盤可開合相連的底部機械臂、與所述底部機械臂可開合相連的中間機械臂，滑動設(shè)于所述中間機械臂上的頂部機械臂，設(shè)于所述頂部機械臂末端的用于驅(qū)動所述全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)的伺服旋轉(zhuǎn)軸；所述伺服旋轉(zhuǎn)軸遠離所述頂部機械臂的一端設(shè)有頂部轉(zhuǎn)軸活動架。

11、進一步地，所述底部機械臂的一端與所述轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)連接，另一端與所述中間機械臂旋轉(zhuǎn)連接；

12、所述底部機械臂和所述轉(zhuǎn)盤之間設(shè)有用于控制二者開合程度的第一油缸；所述底部機械臂和所述中間機械臂之間設(shè)有用于控制二者開合程度的第二油缸；所述中間機械臂和所述頂部機械臂之間設(shè)有用于控制二者相對滑移的斜拉油缸；

13、所述中間機械臂的頂面兩側(cè)矩形管上分別安裝有第一滑軌，與所述頂部機械臂上的第一滑塊相連接，形成滑動機構(gòu)；

14、所述頂部機械臂包括滑動設(shè)于所述中間機械臂上的底架、設(shè)于所述底架頂部的三角龍骨架以及設(shè)于所述底架一端的延伸架；所述延伸架與所述底架成鈍角布置；

15、所述第一滑塊設(shè)于所述底架的下表面；

16、所述底架的遠離所述底部機械臂的一端安裝有頂部油缸；

17、所述延伸架的末端設(shè)有頂部轉(zhuǎn)軸固定架；所述伺服旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于所述頂部轉(zhuǎn)軸固定架上遠離延伸架的一側(cè)；

18、所述頂部油缸遠離所述底架的一端與所述頂部轉(zhuǎn)軸固定架連接；通過頂部油缸的伸縮，使得頂部轉(zhuǎn)軸固定架在頂部機械臂上進行旋轉(zhuǎn)動作。

19、進一步地，所述頂部轉(zhuǎn)軸活動架整體呈u型結(jié)構(gòu)，所述頂部轉(zhuǎn)軸活動架的u型結(jié)構(gòu)的兩個支臂末端通過銷軸與所述補償輥滑塊安裝架兩側(cè)面連接；所述u型結(jié)構(gòu)的兩個支臂上安裝有補償輥架油缸；

20、所述補償輥滑塊安裝架的上層為補償輥架油缸固定架，中層為側(cè)面清洗輥滑塊安裝架，下層為中間清洗輥滑塊安裝架；所述補償輥架油缸固定架和中間清洗輥滑塊安裝架等長，且均短于側(cè)面清洗輥滑塊安裝架的長度；二者分別設(shè)于所述側(cè)面清洗輥滑塊安裝架的頂面和底面的中部位置；

21、所述補償輥架油缸一端與頂部轉(zhuǎn)軸活動架的支臂連接，另一端向斜上方延伸與所述補償輥架油缸固定架的側(cè)面銷軸連接。

22、進一步地，所述側(cè)面清洗輥滑塊安裝架和所述中間清洗輥滑塊安裝架上分別設(shè)有成對的滑塊；

23、所述側(cè)面清洗輥滑塊安裝架的兩端架體上分別安裝有側(cè)面輥補償氣缸和與所述側(cè)面輥補償氣缸相連的側(cè)面清洗輥滑軌安裝架；所述側(cè)面輥補償氣缸的一端與所述側(cè)面清洗輥滑塊安裝架固定，另一端與所述側(cè)面清洗輥滑軌安裝架固定；

24、所述中間清洗輥滑塊安裝架上安裝有中間輥補償氣缸和與所述中間輥補償氣缸相連的中間清洗輥滑軌安裝架；所述中間輥補償氣缸的一端與中間清洗輥滑塊安裝架固定，另一端與所述中間清洗輥滑軌安裝架固定；

25、兩個所述側(cè)面清洗輥滑軌安裝架與所述側(cè)面清洗輥滑塊安裝架分別滑動連接；所述中間清洗輥滑塊安裝架與所述中間清洗輥滑軌安裝架滑動連接。

26、進一步地，所述側(cè)面清洗輥滑軌安裝架包括直角三角形固定架和平行間隔垂直設(shè)在所述直角三角形固定架上的支撐桿，以及設(shè)于所述支撐桿上的滑軌；

27、所述直角三角形固定架上安裝有與所述側(cè)面輥補償氣缸相連的側(cè)面氣缸固定架；

28、所述中間清洗輥滑軌安裝架包括梯形架體、平行間隔設(shè)于所述梯形架體底部的支撐桿以及垂直設(shè)于所述梯形架體上表面的中間氣缸固定架；所述支撐桿上設(shè)有滑軌。

29、進一步地，兩側(cè)成對布置的兩個所述清洗輥組件之間通過側(cè)面清洗輥固定架連接；

30、中間成對布置的兩個所述清洗輥組件之間通過中間清洗輥滑軌安裝架連接；

31、所述補償緩沖器組件包括設(shè)于所述補償輥滑塊安裝架與所述清洗輥組件之間的一級補償緩沖器和二級補償緩沖器；

32、所述一級補償緩沖器設(shè)于所述側(cè)面清洗輥固定架與所述側(cè)面清洗輥滑軌安裝架之間；所述二級補償緩沖器在側(cè)面清洗輥固定架或中間清洗輥滑軌安裝架與清洗輥組件之間分別設(shè)置；通過所述一級補償緩沖器及時自適應(yīng)調(diào)節(jié)清洗輥的位置和姿態(tài)，提高清洗輥與車體接觸的擬合度；通過所述二級補償緩沖器及時自適應(yīng)調(diào)節(jié)清洗輥的位置和姿態(tài)，提高清洗輥與車體接觸的擬合度。

33、進一步地，所述agv底盤車體的頂部還安裝有與所述清洗劑供應(yīng)模塊相連的清洗劑容納箱、清洗液加熱、霧化和增壓的泵站。

34、本發(fā)明的第二個方面提供一種基于自動化的動車組車頭清洗方法，應(yīng)用所述的基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)，既能對平交道單車頭清洗也能對軌道橋重連雙車頭清洗；對平交道單車頭清洗時包括如下步驟：

35、s1：根據(jù)實際作業(yè)需求，作業(yè)人員通過無線遙控器將助力伸縮機械臂收攏狀態(tài)下的特制agv底盤車開到動車運用所平交道附近；

36、s2：作業(yè)人員通過特制agv底盤車上的電氣控制單元將作業(yè)模式設(shè)置為平交道單車頭清洗；開啟所述特制agv底盤車上的視覺成像采集模塊和雷定位測距模塊，獲得待清洗場景中障礙物、鐵軌和動車組車頭的位置和類型；一般動車組車頭位于庫內(nèi)斜坡附近；

37、s3：所述電氣控制單元根據(jù)所述待清洗場景中障礙物、鐵軌和動車組車頭的位置，控制所述特制agv底盤車自動行駛到平交道鐵軌上；控制所述特制agv底盤車上前后鐵軌導(dǎo)向輪組下放，并根據(jù)所述電氣控制單元的程序設(shè)定行走到車頭清洗最佳位置處；

38、s4：通過所述電氣控制單元控制助力伸縮機械臂和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)展開，根據(jù)所述視覺成像采集模塊確定的動車組車頭類型，自動切換對應(yīng)的清洗程序；

39、s5：所述特制agv底盤車靠近動車組車頭后，清洗劑供應(yīng)模塊啟動給動車組車頭噴清洗劑，清洗輥旋轉(zhuǎn)，所述助力伸縮機械臂和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)以及特制agv底盤車配合動作，對動車組車頭進行從全方位的清洗；

40、s6:清洗完畢后，控制特制agv底盤車行駛到既定安全距離，按照既定程序?qū)⑺鲋ι炜s機械臂和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)自動收攏；特制agv底盤車發(fā)出作業(yè)結(jié)束報警提示；

41、s7:作業(yè)人員通過無線遙控器駕駛特制agv底盤車進行下一待清洗場景，重復(fù)步驟s1～s6繼續(xù)清洗下一待清洗場景的車頭；

42、對軌道橋重連雙車頭清洗時，與對平交道單車頭清洗時不同的是：步驟s1中作業(yè)人員通過無線遙控器將助力伸縮機械臂收攏狀態(tài)下的特制agv底盤車開到動車運用所軌道橋重連雙車頭附近；步驟s2中，作業(yè)人員通過特制agv底盤車上的電氣控制單元將作業(yè)模式設(shè)置為軌道橋重連雙車頭清洗；步驟s3中，控制所述特制agv底盤車自動行駛到軌道橋重連雙車頭附近的路面上，控制所述特制agv底盤車上的各個防傾覆伸縮機械臂展開；步驟s6還包括按照既定程序?qū)⒏鱾€防傾覆伸縮機械臂自動收攏。

43、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

44、(1)本發(fā)明的一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法，清洗輥采用雙層雙輥設(shè)計，與原來人工用拖把清洗相比，清洗面積增大，清洗路徑變少，降低了作業(yè)時間，由原來的每個車頭15分鐘降低到了5分鐘之內(nèi)完成，明顯提高了動車組車頭的清洗效率。

45、(2)本發(fā)明的一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法，采用的agv底盤車通過無線遙控器控制，其內(nèi)部集成有與各液壓組件相連的液壓泵站、車輛供電模塊、氣源輔助管理模塊以及清洗劑供應(yīng)模塊，并集雷達定位測距模塊、視覺成像采集模塊、圖像識別處理算法、自適應(yīng)導(dǎo)航和電氣控制單元為一體；電氣控制單元根據(jù)設(shè)定程序控制所述特制agv底盤車自動在工廠車間運行，自動避障，自動尋找動車組車頭位置后，給助力伸縮機械臂和全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)發(fā)送指令，所述助力伸縮機械臂接收所述指令后，通過各個油缸伸縮和頂部伺服旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)動作，支撐并承載所述全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)伸縮旋轉(zhuǎn)動作，自動完成車頭外表面的對位和清洗作業(yè)；本發(fā)明的自動化控制清洗，只需單人經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可操作，與原來需要多人操作相比，節(jié)省了人工資源，降低了作業(yè)人員的勞動強度。

46、(3)本發(fā)明的一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法，采用的全方位自動補償緩沖清洗機構(gòu)具有自適應(yīng)功能，補償緩沖器組件根據(jù)所述清洗輥組件與車體外輪廓接觸面大小所需要的力矩和補償力仿形設(shè)計，所述清洗輥外部與車體外表面輪廓仿形設(shè)計，當動車組車頭外觀輪廓變化時，通過所述補償緩沖器組件及時自適應(yīng)調(diào)節(jié)清洗輥的位置和姿態(tài)，提高清洗輥與車體接觸的擬合度，使得清洗更加干凈；通過所述補償緩沖器組件使得清洗輥在工作時姿態(tài)穩(wěn)定可靠，杜絕了清洗輥與車頭外表面接觸的瞬間對車體的撞機，有效避免了車頭雨刮器和玻璃由于碰撞而損壞，提高了清洗時對車體的安全性；同時動車組agv車體的操作簡單，工人只需站在地上使用無線遙控即可完成，不需要像以前清洗那樣爬上和爬下，提高了人員作業(yè)的安全性；本發(fā)明既能保障作業(yè)過程的安全，也能提高作業(yè)質(zhì)量。

47、(4)本發(fā)明的一種基于自動化的動車組車頭清洗系統(tǒng)及方法，引入ai智能自我學(xué)習算法，結(jié)合視覺掃描相機和避障雷達現(xiàn)場實際繪制動車車頭外部輪廓圖，通過設(shè)計輪廓匹配系統(tǒng)和自適應(yīng)算法，確保了在無人干預(yù)的情況下，設(shè)備的自動尋址、車體的自動變形對位、自動清洗和回零，并生成清洗輥與車體外輪廓的壓力接觸曲線圖，實現(xiàn)了作業(yè)過程的無人化、自動化。