基于机器人技术的地铁车辆轮对自动化清洗系统研究

史时喜

(轨道交通工程信息化国家重点实验室（中铁一院），陕西 西安 710043)

基金项目：中铁第一勘察设计院集团有限公司2018年度科研（软件）开发项目 (院科18-61)

作者简介：史时喜（1983—），男，高级工程师，硕士，主要研究方向为地铁车辆基地的设计等，highgecho@foxmail.com.

摘要：设计了一种基于机器视觉定位技术的地铁车辆轮对清洗机器人，研究了自动清洗作业时机器人的三维定位方法，分析了不同三维定位方法的优缺点以及对轮对清洗作业的适用性，提出了一种基于机械手单相机多目视觉三维定位系统及方法，介绍了该方法实现机器人作业时三维定位的流程及技术难点。研究结果表明，单相机多目视觉定位方法能有效解决特定场景中机器人的定位问题，从而使机器人技术得以成功应用于地铁车辆轮对清洗作业中。

关键词：地铁车辆；轮对；机器人；机器视觉；激光清洗

中图分类号：U231⁺.96   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2021)04-0031-04

地铁车辆轮对的清洗是轮对探伤前的必要工序，直接影响探伤质量^［1-2］。目前国内车辆轮对清洗普遍以人工作业方式为主，在作业过程中会有大量有机溶剂、化学清洗废液产生，对人体有害。作业人员需要绕轮对往返作业，效率低下^［3］。在一些作业环境差、重复次数多的地铁车辆检修工序中应用工业机器人是行业未来的发展趋势^［4］。本文介绍了一种将工业机器人技术应用于车辆轮对激光清洗作业中的方案，在轮缘定位上首次采用单相机多目视觉三维定位方法。研究内容可为工业机器人技术在地铁车辆检修中的进一步应用研究提供参考。

1 地铁车辆轮对清洗机器人功能及组成

1.1 设备功能

轮对清洗机器人主要用于地铁车辆轮对表面油漆、锈斑的自动化智能清洗^［5］。系统采用激光清洗的方式，由机器人自动操作，配备具有机器视觉技术的工业相机，能自适应各种轮对结构。在设备作业的同时利用工业相机对除漆、除锈效果进行自检，如果不达标，则进行二次或多次清洗，确保优良的除漆、除锈效果。采用激光清理锈迹、油漆时，产生的废物主要为残渣、气体和清洗废液，设备配备排气系统和废液、残渣收集装置，避免了其对作业人员健康的损害和对环境的污染。

1.2 设备组成

轮对激光清洗机器人由龙门架、拨轮定位装置、六轴机器人、机器视觉模块、激光除漆装置、除尘装置、电气自动控制系统等组成。轮对激光清洗机器人结构如图1所示。

在轨道上方设置横跨轨道的龙门架，龙门架横梁下方安装六轴机器人，机器人的工作端通过法兰盘安装激光除漆装置和机器视觉模块^［6］。龙门架前方和后方的轨道侧面分别设置有轮对拨轮定位装置，拨轮定位装置上设置有光电接近开关，均低于轨道上表面。轮对位于光电接近开关上方时，触发光电接近开关，六轴机器人接收到光电接近开关的闭合信号后运行设定的程序，进行轮对清洗作业。清洗机器人采用遨博I5协作式机器人。机器视觉模块包括线激光和工业相机genie_TS_M1920，用来获取车轮外形尺寸数据。激光除漆装置主要利用高能量脉冲激光束照射轮对表面，使轮对表面的油漆、锈斑发生瞬间迸裂剥离，从而达到清洁轮对的目的^［7］。