一种智能识别的混铁车自动接电装置及方法

技术领域

本发明涉及铁路运输装备自动化领域，尤其涉及一种智能识别的混铁车自动接电装置及方法。

背景技术

混铁车自动接电装置是为混铁车提供倾动电源和指令信号的智能连接装置。混铁车自动接电装置适用于炼钢厂倒罐站及密闭的排渣场等电源连接次数多、金属粉尘多、高温危险、人工连接困难的作业恶劣场所。

包括CN206834434U《一种混铁车电源自动连接器》、CN111299564A《一种混铁车自动接电装置》在内的目前的混铁车自动接电装置采用纵向气缸进行纵向驱动，采用横向气缸进行横向驱动，采用定位气缸进行纵向定位，通过振动电机的振动使导向吊座装置的2个喇叭口插套与混铁车的2个导向杆插入后进行定位，从而使插头与混铁车插座同步对接。目前的混铁车自动接电装置存在结构复杂、定位精度低、振动电机容易损坏、成本较高等问题。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种智能识别的混铁车自动接电装置。本发明采用的技术手段如下：

一种智能识别的混铁车自动接电装置，包括智能识别单元、插头驱动机构和控制系统，所述智能识别单元用于对车身插座进行三维成像，所述控制系统的输入端与智能识别单元相连，输出端与插头驱动机构相连，所述控制系统用于通过智能识别单元获取的混铁车所带识别点，计算插头与车体插座横向距离。

进一步地，所述插头驱动机构包括纵向缸、纵向轨道、横向缸、横向轨道，装置包括上车体和下车体，上车体、横向轨道、横向缸安装在下车体上，插头、纵向缸、纵向轨道、智能识别系统的摄像装置安装在上车体上；横向缸驱动上车体在横向轨道上移动，纵向缸驱动上车体在纵向轨道上移动，使得插头与混铁车插座接触或分离。

进一步地，横向缸内置磁致伸缩位移传感器，进而精确控制上车体移动距离。

进一步地，还包括纵向调节装置、纵向限位开关装置和调平装置，插头通过纵向调节装置的作用实现垂直方向上的移动；插头通过调平装置的作用实现水平方向上的平衡调整，纵向缸通过纵向限位开关装置控制上车体的行程。

进一步地，所述上车体上设有保护罩为纵向轨道提供防护，防止灰尘及异物影响上车纵向走行；所述下车体上设有保护罩为横向轨道提供防护，防止灰尘及异物影响上车横向走行。

进一步地，所述智能识别单元包括3D工业相机，所述3D工业相机的参数如下：测量工作距离200～3000mm；视野范围：140*80～2020*1150；Z方向精度0.01～0.2mm；合成点云频率：最高15Hz。

进一步地，所述控制系统对智能识别单元输入的图像进行预处理及点云重构，并且基于点云重构结构进行三维空间中的自动插拔电动态轨迹规划，所述控制系统还用于将规划后的路径传输至插头驱动机构，所述插头驱动机构基于规划的路径将插头移动至插座处或是在工作完成后返回至原位。

进一步地，智能识别单元统采用3D视觉智能感知算法实现实时3D感知；控制系统基于Pass Through、Voxel Grid、Statistical中的至少一个算法对点云进行处理；基于SIFT、SURF、KLT中的至少一个算法进行图像配准以及图像融合，基于三角剖分和区域生长相结合算法进行点云重构。

本发明还公开了一种智能识别的混铁车自动接电方法，包括如下步骤：

混铁车就位完毕后，智能识别系统的视觉识别模块通过拍照确定混铁车插座位置；

控制系统计算确定插头与插座横向距离；

控制系统控制横向缸驱动上车体移动，横向距离确认后，纵向缸驱动上车体向混铁车方向移动，使插头与插座压实，完成自动接电动作；

当混铁车倾翻动作完成待离开工位时，控制系统控制纵向缸驱动上车体向混铁车反向移动；

插头与插座分离后，插头回到初始位置，控制系统控制横向缸驱动上车体回到初始位置，完成自动断电动作。

进一步地，控制系统基于智能识别单元的视觉识别模块计算确定插头与插座之间的距离，具体包括如下步骤：

3D工业相机对插座进行三维成像；

基于3D工业相机的点云数据，使用点云感知算法，分割出固定结构件，对分割出来的固定结构件平面及自动插拔装置进行精确点云匹配，实现对插座的三维空间位置姿态精确定位；

基于插头和插座的空间位置关系设计插头的移动轨迹。

本发明通过智能识别系统，精确计算插头与插座间的横向距离，通过控制横向缸，可精确对位，保证插头与插座横向对正，进而完成自动接电动作。可有效防止传统定位喇叭口内长时间运行后积灰及异物影响插电动作的弊端，减少了定位气缸和定位块，大幅度提高定位精度。本发明不需要震动电机，降低能耗且减少维护量；且具有如下优点：结构简单，安全可靠，接电动作效率高，可提高倒罐站自动化水平；可有效防治传统定位喇叭口内长时间运行后积灰及异物影响插电动作的弊端；减少人员成本，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明智能识别的混铁车自动接电装置主视图；

图2为本发明智能识别的混铁车自动接电装置左视图；

图3为本发明智能识别的混铁车自动接电装置俯视图；

图4为本发明实施例中图像识别算法流程图。

图中：1.调平装置、2.上车体、3.纵向调节装置、4.插头、5.纵向缸、6.横向轨道、7.智能识别系统、8.纵向轨道、9.下车体、10.横向缸、11.纵向限位开关装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种智能识别的混铁车自动接电装置，包括智能识别单元、插头驱动机构和控制系统，所述智能识别单元用于对车身插座进行三维成像，所述控制系统的输入端与智能识别单元相连，输出端与插头驱动机构相连，所述控制系统用于通过智能识别单元获取的混铁车所带识别点，计算插头与车体插座横向距离。

具体地，如图1～3所示，所述插头驱动机构包括纵向缸5、纵向轨道8、横向缸10、横向轨道6，装置包括上车体2和下车体9，上车体、横向轨道、横向缸安装在下车体上，下车体安装在支架上，插头4、纵向缸5、纵向轨道8、智能识别系统7的摄像装置安装在上车体上；横向缸驱动上车体在横向轨道上移动，纵向缸驱动上车体在纵向轨道上移动，使得插头与混铁车插座接触或分离。本实施例中，所述纵向缸为气缸。

横向缸内置磁致伸缩位移传感器，进而精确控制上车体移动距离。

还包括纵向调节装置3、纵向限位开关装置11和调平装置1，插头通过纵向调节装置的作用实现垂直方向上的移动；插头通过调平装置的作用实现水平方向上的平衡调整，纵向缸通过纵向限位开关装置控制上车体的行程。在可选的实施方式中，纵向调节装置和调平装置可集成为一体化结构，其中的水平轴用于调整俯仰，垂直轴用于调整左右摇摆。

所述上车体上设有保护罩为纵向轨道提供防护，防止灰尘及异物影响上车纵向走行；所述下车体上设有保护罩为横向轨道提供防护，防止灰尘及异物影响上车横向走行。

所述智能识别单元包括3D工业相机，所述3D工业相机的参数如下：测量工作距离200～3000mm；视野范围：140*80～2020*1150；Z方向精度0.01～0.2mm；合成点云频率：最高15Hz。

由于混铁车每次进入车间停车的位置会有差异，加上混铁车本身车体也有差异，插座在混铁车身上的安装位置差异等因素，需要实时识别插座在三维空间中的位置和姿态。为此，作为优选的实施方式，如图4所示，所述控制系统对智能识别单元输入的图像进行预处理及点云重构，并且基于点云重构结构进行三维空间中的自动插拔电动态轨迹规划，所述控制系统还用于将规划后的路径传输至插头驱动机构，所述插头驱动机构基于规划的路径将插头移动至插座处或是在工作完成后返回至原位。

智能识别单元统采用3D视觉智能感知算法实现实时3D感知；控制系统基于PassThrough、Voxel Grid、Statistical中的至少一个算法对点云进行处理；基于SIFT、SURF、KLT中的至少一个算法进行图像配准以及图像融合，基于三角剖分和区域生长相结合算法进行点云重构。

本发明还公开了一种智能识别的混铁车自动接电方法，包括如下步骤：

混铁车就位完毕后，智能识别系统的视觉识别模块通过拍照确定混铁车插座位置；

控制系统计算确定插头与插座横向距离；

控制系统控制横向缸驱动上车体移动，横向距离确认后，纵向缸驱动上车体向混铁车方向移动，使插头与插座压实，完成自动接电动作；

当混铁车倾翻动作完成待离开工位时，控制系统控制纵向缸驱动上车体向混铁车反向移动；

插头与插座分离后，插头回到初始位置，控制系统控制横向缸驱动上车体回到初始位置，完成自动断电动作。

控制系统基于智能识别单元的视觉识别模块计算确定插头与插座之间的距离，具体包括如下步骤：

3D工业相机对插座进行三维成像；

基于3D工业相机的点云数据，使用点云感知算法，分割出固定结构件，对分割出来的固定结构件平面及自动插拔装置进行精确点云匹配，实现对插座的三维空间位置姿态精确定位；

基于插头和插座的空间位置关系设计插头的移动轨迹。

插头卸载的时候，使用3D工业相机对插头固定件进行高精度三维成像，利用固定件平面上的拉钉、圆孔进行精确点云匹配，计算出倒灌结束后插头的三维空间位置姿态，控制系统进行插头卸载轨迹规划，引导自动插拔装置进行插头卸载作业。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。