摘要：在当代社会中，随着我国经济的不断飞速发展，我国的科技水平也在飞速提高，从而推动我国的智能装备也取得了巨大的突破，工业机器人的应用也得到了极大的进步；用机器人解决火车摘钩是实现火车卸料站自动化、编组站自动化长期未解决的难点。结合近年来智能技术的发展，本文提出了一种新型的火车摘钩解决方案。
关键词：机器人；火车摘钩；智能；视觉
一、目前火车摘钩实现自动化所面临的问题
1.1火车摘钩现状
目前国内大部分火车车厢之间的连接，绝大部分采用的是密接式自动车钩，在铁路运输的翻车卸料站、驼峰编组站均需要进行人工摘钩作业。人工摘钩单一作业，劳动强度大；灰尘很重，工作环境差；人工作业与移动的车厢间有安全隐患，智能化程度低。因此， 为了适应我国国民经济的飞速发展和铁路运量迅猛增长的要求， 实现提钩自动化势在必行，也是实现铁路现代化、智能化不可缺少的一部分。
1.2实现火车摘钩自动化难点分析
自动摘钩问题是火车卸料站自动化、编组站自动化进程中典型的“瓶颈”问题，也是目前世界上尚未解决的一项技术难题，其难点在于该自动化的作业目标是不断运动着的列车，且操作形状各异，定位寻位难度大，位置分散，操作时机和内容随机变化，摘钩作业节拍要求高。
二、机器人智能火车摘钩解决方案
随着工业机器人技术、传感器技术的不断发展，利用这些新的技术为原本难以实现的自动化摘钩提供了新的解决方案；结合现有摘钩工况条件及工艺流程，尽可能少变动的情况下充分进行布局，充分考虑安全性，可靠性等，充分利用现场空间，在满足系统设备布局需求的前提下，尽可能减少对现有其他设施的改造内容。
2.1方案总体思路
设置一台专用的6轴机器人携带特定设计的专用脱钩手抓，完成机器人脱钩工作，并为机器人设置X向、Y向轨道，提高机器人服务范围，机器人在脱钩位前一位置寻找车钩位置，采用随行系统至脱钩位脱钩，寻位时间与车厢等待时间重合，不占用脱钩时间；为机器人配置先进的视觉系统和传感器，为机器人增加眼睛，解决不同车厢车钩位置的不确定性。
2.2火车卸料站自动摘钩总体布置
设置龙门行走系统为机器人增加服务半径，龙门行走系统X轴与火车轨道平行，Y向轨道与火车轨道垂直；
图1 火车卸料站自动摘钩布置
1、机器人摘钩站 2、火车轨道 3、机器人合钩站 4、翻车机 5、车厢
2.3机器人龙门行走系统
机器人行走轴又称机器人第七轴，机器人轨道等，主要用于扩大机器人作业半径，扩展机器人使用范围功能，主要应用于焊接、铸造、机械加工、智能仓储、汽车、航天等行业领域。本方案的的机器人行走系统由承载基座框架、进口重载型直线导轨、进口高精度大模数研磨高精级齿条、进口伺服系统及行星减速机、防尘系统、行程极限开关、缓冲装置进口高柔性静音拖链等组成。
2.4机器人手抓
本方案的机器人抓手均为专用抓手；采用国际知名机器人集成公司气抓，采用空气作为动力，可搬运重量的工件，范围从几克到 80 千克不等，适合在许多应用场合使用，从洁净车间到潜在爆炸性工作区域。机械手能够与感应传感器系统、磁开关或工件特定机械手棘爪组合使用提高了功能性、过程稳定性和生产效率。另外，创新的设计改进，例如多齿导轨，在与最新的生产技术结合后，能够确保牢固性和可靠性，因而成为长寿命期的安全投资。配合我公司独立开发的力控机构，解决在提钩过程中的卡滞现象。
2.5智能视觉系统
机器视觉系统的主要组成部分包括照明、镜头、图像传感器、视觉处理和通信。照明可以照亮要检测的零件，使其特征突出，从而可通过相机清晰地看到。镜头采集图像并以光的形式将其传送给传感器。机器视觉相机中的传感器将此光转换为数字图像，然后将其发送至处理器进行分析。
2D视觉系统+激光传感器
考虑到本项目的火车提钩具有一定的特殊性，有以下几点考虑：
a、3D视觉系统虽然近几年发展迅速，但目前市面上没有大规模的用于工业市场，主要用于高精行业，且目前价格昂贵；
b、接触寻位目前多用于焊接，对工件表面要求较高，不能用铁锈、氧化层、油漆及其他绝缘层等，且寻位时间长，本项目容易发生误寻位及寻位不成功；
因此，本方案推荐采用2D视觉系统+激光传感器的方式，2D视觉提供提钩的平面位置，激光传感器修正提钩的空间位置，配合完成提钩的寻位。
三、机器人智能火车摘钩作业流程
摘钩位工作流程
1.牵引车将车厢牵引至脱钩工位过程中，工位传感器检测到信号，挂靠随行装置翻转到位，机器人Y向轨道沿X向轨道与车型随行，相对位置固定；
2.智能相机配合激光传感器寻找提钩位置，机器人手抓夹持住提钩；
3.牵引车牵引到脱钩位置后发出信号，机器人动作提钩；
4.机器人完成提钩，Y向轨道带机器人沿X向轨道移动至初始位置，等待下一车厢；
5、如发生卡滞，机器人Y向移动至对侧位置，提钩。
摘钩钩节拍： 2~4 S
结语
随着我国经济的不断飞速发展，我国的科技水平也在飞速提高，从而推动我国的智能装备也取得了巨大的突破，工业机器人的应用也得到了极大的进步；用机器人解决火车摘钩是实现火车卸料站自动化、编组站自动化长期未解决的难点。结合近年来智能技术的发展，采用机器人智能摘钩作业，解决人工摘钩劳动强度大、工作环境差、安全性差，智能化程度低等问题；实现提钩自动化势在必行，也是实现铁路现代化、智能化不可缺少的一部分。
参考文献
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[3]薛峰,陈川.机器视觉技术发展及其工业应用[J].无线互联科技.2016(13).
论文作者:张德召,江滔,袁建华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/9
标签：机器人论文; 火车论文; 卸料论文; 作业论文; 智能论文; 传感器论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第24期论文;