一种适用于高速磁浮的充电轨道车的制作方法

1.本发明属于高速磁浮技术领域，具体涉及一种适用于高速磁浮的充电轨道车。


背景技术：

2.随着我国磁浮技术的不断研究和发展，相关技术的研究与应用已经越来越成熟，其中便包括高速磁浮技术。在高速磁浮轨道交通中的设计过程中，往往针对高速磁浮列车的每节车辆配备有4套独立的蓄电池组，分别提供440v和24v电源，以确保各车辆的正常用电需求。
3.在高速磁浮交通运行过程中，需要保证其各蓄电池组处于正常的工作状态，一旦出现蓄电池组失电的情况时，便需要将高速磁浮列车停放在磁浮轨道线上，等待对失电电池组排除故障，对其集中快充。
4.然而，高速磁浮轨道不同于传统公路或者铁路运输系统，其站点距离往往较远，且磁浮轨道通常远离地面，导致常规的快速充电装置难以在高速磁浮系统中进行应用。此外，由于高速磁浮列车的电气箱仓盖通常设置在磁浮侧板的外侧，使得即便高速磁浮列车停留在轨道上，也难以通过人工作业的方式完成失电电池组的快速充电。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种适用于高速磁浮的充电轨道车，能在高速磁浮轨道上进行快速行驶，并在行驶至对应高速磁浮列车附近后完成定位，以及实现充电机构与列车充电部位的快速匹配，进而完成高速磁浮列车蓄电池的快速充电。
6.为实现上述目的，本发明提供一种适用于高速磁浮的充电轨道车，包括车体；所述车体包括车厢和走行机构；
7.所述走行机构设置在所述车厢的底部，用于匹配高速磁浮的t型梁并在t型梁上完成走行，以将所述充电轨道车带动到高速磁浮列车的停车位置；
8.所述车厢包括操作仓和容置仓；所述操作仓设置在车体的前部，用于进行车体走行控制以及充电过程的相关作业过程；
9.所述容置仓中设置有充电电池组，该充电电池组与充电线的一端连接，且充电线的另一端设置有充电接头，通过所述充电接头与磁浮列车上的充电接口连接，可实现所述充电电池组对高速磁浮列车电池组的充电；且
10.在所述容置仓中设置有爬壁机器人，其可在所述t型梁的侧板上往复走行，以将所述充电线牵引送至所述高速磁浮列车的电气箱仓盖，并实现所述充电接头与所述充电接口的对位和连接；相应地，在完成充电后，所述爬壁机器人可将所述充电线收回至所述容置仓中。
11.作为本发明的进一步改进，所述爬壁机器人包括小车车体、多轴操作臂、吸附模组和车轮结构；
12.所述多轴操作臂连接在所述小车车体的顶部，其端部设置有充电线夹钳，用于夹持所述充电接头进行送线并进行所述充电接头与所述充电接口的定位对接；
13.所述吸附模组设置在所述小车车体的底部，用于与所述侧板产生磁吸附力，确保所述爬壁机器人在侧板上走行时不从侧板上掉落；
14.所述车轮结构设置在所述小车车体的底部两侧，用于带动所述小车车体在所述侧板上进行走行。
15.作为本发明的进一步改进，所述吸附模组包括永磁体和可控电磁体；
16.所述永磁体用于提供持续的磁吸附力，确保所述小车车体可以稳定吸附于所述侧板；
17.所述可控电磁体为对应设置的多组，各组所述可控电磁体的磁吸附力可调，用于动态调整所述小车车体与所述侧板之间的磁吸附力大小，进而减小所述小车车体的行驶阻力。
18.作为本发明的进一步改进，在所述容置仓中设置有吊放机构，用于将容置仓中的所述爬壁机器人吊放至所述侧板的一侧以及将所述侧板上的爬壁机器人吊收回所述容置仓中。
19.作为本发明的进一步改进，所述容置仓中还设置有充电线收放机构，用于实现所述充电线的准确收放。
20.作为本发明的进一步改进，所述充电线收放机构包括电缆卷筒、转动电机、排线电机和丝杆；
21.所述电缆卷筒的外周设置有绕线盘，所述绕线盘与所述转动电机的输出端连接，可在该输出端的带动下绕轴转动，以此进行所述充电线的收放作业；且
22.所述电缆卷筒通过所述丝杆与所述排线电机的输出端连接，使得所述电缆卷筒可在所述排线电机的带动下进行轴向往复运动，以实现所述充电线收线作业时的分层排线。
23.作为本发明的进一步改进，在所述电缆卷筒的一侧还设置有前导向轮机构，用于所述充电线收放时的导向；
24.所述前导向轮机构包括前导向轮，所述充电线匹配所述前导向轮，并可由所述前导向轮完成所述充电线收放过程中的导向；且
25.在所述前导向轮与所述电缆卷筒之间设置有偏位检查装置；所述偏位检查装置与所述前导向轮对应设置，用于检测所述充电线收放线过程中是否存在偏位；且所述偏位检查装置与所述排线电机信号交互连接，使得所述排线电机可在该偏位检查装置检查出充电线偏位时带动所述电缆卷筒加速运动或者减速运动，以此实现充电线的偏位矫正。
26.作为本发明的进一步改进，所述走行机构包括走行轮对和导向轮对；
27.所述走行轮对设置在所述车体的底部，用于抵接所述t型梁的顶面完成走行；所述导向轮对设置在所述车体底部的两侧，其对应设置在所述车体底部两侧的底侧板上，用于与所述t型梁的侧壁面抵接匹配，实现所述走行轮对走行过程中的导向。
28.作为本发明的进一步改进，所述底侧板为可拆卸设置或者可弯折设置，使得所述导向轮对仅在所述走行轮对匹配所述t型梁后才对应匹配所述t型梁的侧壁面。
29.作为本发明的进一步改进，所述多轴操作臂的端部对应所述充电线夹钳设置有定位模组，用于识别所述电气箱仓盖的位置并实现所述充电接口与所述充电接头的对位。
30.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
31.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
32.(1)本发明的适用于高速磁浮的充电轨道车，包括由车厢和走行机构构成的车体，利用走行机构在t型梁上的可靠走行，可以实现充电轨道车的在高速磁浮轨道梁上的准确驱动，快速到达待充电的磁浮列车位置，再通过车厢中充电电池组、充电线和爬壁机器人的对应设置，使得爬壁机器人可以带动充电线沿t型梁的侧板往复运动，使得充电线的充电接头可以准确被运送到高速磁浮列车上的充电接口位置，并快速完成充电接口与充电接头的对位与连接，进而完成失电蓄电池组的快速充电，完成高速磁浮列车失电后的快速应急处理，充分保障高速磁浮列车的可靠运行。
33.(2)本发明的适用于高速磁浮的充电轨道车，其通过优选设置爬壁机器人的结构组成，使得爬壁机器人不但可以在t型梁侧板上稳定走行，还能充分保证爬壁机器人走行到位后充电接头与充电接口的快速、准确对位，避免了充电接头与充电接口匹配过程中的人工户外作业过程，保证了高速磁浮列车充电维护的安全性和可靠性。
34.(3)本发明的适用于高速磁浮的充电轨道车，其通过吊放机构与爬壁机器人的对应设置，准确实现了爬壁机器人的收放作业，确保爬壁机器人可以准确到达t型梁的侧板，再结合爬壁机器人上永磁体和可控电磁体的对应设置，可以充分保证爬壁机器人在侧板上的可靠运行，避免爬壁机器人的跌落损坏，降低相应的设备成本。
35.(4)本发明的适用于高速磁浮的充电轨道车，其通过对应充电线设置充电线收放机构和偏位检查装置，可以准确实现充电线的收放过程，并准确测定出充电线收放过程中的偏位情况，以及在检查出偏位情况后快速实现偏位矫正，充分保证充电线排线卷绕的准确性，避免充电线的变形或者打结，进一步保证充电线收放过程中地准确性和可靠性。
36.(5)本发明的适用于高速磁浮的充电轨道车，其通过多轴操作臂上定位模组的对应设置，可以实现充电接头与充电接口对位匹配过程中的快速定位，配合充电接头与充电接口的对应磁吸设置，可以保证两者对位匹配后的连接可靠性，避免因外界环境影响而导致充电接头与充电接口的意外分开，保证充电过程的准确性和安全性。
37.(6)本发明的适用于高速磁浮的充电轨道车，能在高速磁浮的t型梁上可靠走行，准确达到高速磁浮列车因蓄电池组失电而停车的位置，再通过爬壁机器人的对应走行，可以实现充电线的充电接头与列车上的充电接口的快速、准确对位，并在对位匹配后可靠连接，准确完成高速磁浮列车的电池组充电过程，实现高速磁浮列车蓄电池失电后的应急处理，为高速磁浮技术的发展和应用提供了保障，具有较好的实用价值和推广价值。
附图说明
38.图1是本发明实施例中适用于高速磁浮的充电轨道车的断面结构示意图；
39.图2是本发明实施例中适用于高速磁浮的充电轨道车的侧面剖视图；
40.图3是本发明实施例中充电线收发机构的结构示意图；
41.图4是本发明实施例中充电线收发机构进行线缆偏位矫正的结构示意图；
42.图5、图6是本发明实施例中爬壁机器人的结构示意图；
43.图7、图8是本发明实施例中充电接头与充电接口的结构示意图；
44.图9是本发明实施例中充电轨道车与高速磁浮车辆匹配时的侧视图；
45.图10是本发明实施例中充电轨道车工作时的控制过程流程图；
46.图11是本发明实施例中充电系统的组成示意图；
47.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
48.1、车体；2、作业组件；3、驱动电机；4、编码器；5、驱动轴；6、主动轮；7、导向轮；8、充电电池组；9、充电线收放机构；10、吊放机构；11、爬壁机器人；12、座椅；13、操作台；14、排线电机；15、丝杆；16、电缆卷筒；17、转动电机；18、前导向轮机构；19、前导向轮；20、偏位检查装置；21、绕线盘；22、多轴操作臂；23、相机；24、充电线夹钳；25、小车车体；26、车轮结构；27、永磁体；28、可控电磁体；29、驱动结构；30、接口；31、接口磁体；32、接头；33、接头磁体；34、侧板；35、电气箱仓盖。
具体实施方式
49.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明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。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
54.实施例：
55.请参阅图1～图9，本发明优选实施例中适用于高速磁浮的充电轨道车包括车体1，车体1包括车厢和设置在车厢底部的走行机构，通过走行机构的设置，可实现充电轨道车在长定子t型梁上的对应走行，使得充电轨道车可以快速走行到磁浮列车的停车区域。同时，
在车厢中对应设置有充电电池组8，其与充电线对应连接，用于通过充电线为磁浮列车的电池组充电。其次，对应充电线的延展和收放设置有充电线收放机构9，以其实现充电线的延伸和收放控制。相应地，对应充电线端部充电接头与列车上充电接口的匹配还设置有爬壁机器人11，其可夹持充电接头并将充电线带动延伸至磁浮列车的电气箱仓盖35附近，进而实现充电接头与磁浮列车上充电接口的对应匹配，完成相应地充电过程。待完成对应的充电过程后，由爬壁机器人11拔下充电接头并将充电线带回车厢中，进而充电轨道车驶离完成充电的磁浮车辆。
56.具体而言，在优选实施例中，车体1走行机构如图1中所示，其包括走行轮对和导向轮对。其中，走行轮对设置在车体1的底部，并在车体1的纵向上为间隔设置的至少两个，例如，在图2所示的优选实施例中，车体1的前端和后端分别设置有两个走行轮对，由四个走行轮对将车体1支撑在磁浮轨道梁上。
57.在优选实施例中，走行轮对与高速磁浮的t型梁顶面接触，并可在t型梁的顶面上往复走行，以此实现充电轨道车的往复走行。此外，在优选实施例中，对应走行轮对设置的驱动机构优选如图1中所示，其包括与主动轮6匹配设置的驱动电机3、编码器4、驱动轴5，通过驱动电机3的驱动，可以实现主动轮6的对应驱动，完成充电轨道车的走行驱动。
58.同时，在车体1的底部两侧分别对应t型梁的两侧设置有导向轮机构，优选实施例中的导向轮机构如图2中所示，其包括并排设置的2个导向轮7，两导向轮7同时抵接t型梁的侧壁面，为车体1的走行导向。实际设置时，在车体1的首端两侧和尾端两侧分别设置有导向轮机构，即导向轮7优选设置为8个。同时，优选实施例中的导向轮机构中，两个导向轮7优选在竖向上并排设置，即两个导向轮7同轴设置。通过导向轮机构的对应设置，可以充分保证车体1走行过程中的准确性和稳定性。
59.此外，优选实施例中的导向轮机构设置在车体两侧的底侧板上，并使得车体1在t型梁上抵接走行时，底侧板刚好正对t型梁的侧壁面。实际设置时，底侧板优选为可拆卸设置或者可弯折设置，使得当车体1匹配在t型梁上方后，才对应将底侧板安装在车体1的两侧或者控制底侧板弯折到导向轮7抵接t型梁侧壁面的位置。
60.进一步地，优选实施例中车体1的车厢包括容置仓和操作仓，操作仓位于车体的前部，其中设置有作业组件2，用于作业人员操作、控制轨道车走行，在操作仓中，作业组件2优选包括座椅12和操作台13。相应地，在操作仓中还对应设置有显示屏幕，用于显示对应的作业过程，方便作业人员准确获得轨道车及相应机构的工作状态。
61.相应地，在容置仓中，对应容置有充电电池组8，对应该充电电池组8设置有充电线，该充电线的一端连接充电电池组8，另一端的端部设置有充电接头，用于与列车上的充电接口匹配，完成对应的充电过程。同时，在容置仓中对应充电线设置有充电线收放机构9，用于充电线的收放控制。此外，对应充电线的延伸控制设置有爬壁机器人11，其可带动充电线自车体1延伸至列车的电气箱仓盖，完成充电线的送线和充电接头的对位插拔。
62.进一步地，对应爬壁机器人11的收放控制，在容置仓中还对应设置有吊放机构10，并在车厢的侧壁上开设有车门，使得爬壁机器人11可在吊放机构10的吊放下从车门放出，并将其对应吊放至t型梁的侧板上，进而爬壁机器人11可在侧板上对应运动并到达相应的充电位置。当然，在完成充电后，爬壁机器人11可拔下充电接头，并带动其运动到车体1的车门位置，再由吊放机构10将其收回至容置仓中。
63.在优选实施例中，吊放机构10包括支架、吊线和吊线收放单元。其中，支架固定在车体内，吊线收放单元对应设置在支架上，可用于吊线的收放控制，吊线的一端匹配吊线收放单元，另一端连接在爬壁机器人11上。在爬壁机器人11吊放和运动过程中，吊线收放单元不断放线，保证吊线的长度与爬壁机器人11的运动过程匹配。而且，通过吊线的对应设置，也可避免爬壁机器人11从轨道梁侧板上脱落时，爬壁机器人11可以由吊线可靠吊住，保证爬壁机器人11工作和使用的可靠性，减少爬壁机器人11的损坏。
64.更具体地，优选实施例中对应充电线的收放还设置有如图3、图4中所示的充电线收放机构9，其包括排线电机14、丝杆15、电缆卷筒16、转动电机17和前导向轮机构18。其中，转动电机17的输出端与电缆卷筒16同轴设置，可带动其正向转动或者反向转动，以此实现充电线的收放；排线电机14通过丝杆15匹配电缆卷筒16，使得电缆卷筒16可在转动过程中进行轴向往复运动，使得充电线可以准确分层卷绕在电缆卷筒16的绕线盘21上。
65.进一步地，优选实施例中的前导向轮机构18包括前导向轮19，如图4中所示，用于充电线在收线过程的匹配，并对应完成充电线收线过程中的偏位矫正。在优选实施例中，对应充电线的偏位矫正设置有偏位检查装置20，其设置在绕线盘21与前导向轮19之间，用于检测充电线收线过程中是否存在偏位。通过偏位状态的检测，配合排线电机14的控制，可以通过调整电缆卷筒16水平运动的快慢来对应矫正充电线的偏位。例如，当偏位检查装置20检测到充电线的位置偏左，则控制电缆卷筒16加速往左运动，以补偿充电线的偏位距离；当偏位检查装置20检测到充电线的位置偏右，则控制电缆卷筒16减速往左运动，使得电缆卷筒16可以“等待”充电线到位，以此完成充电线收线时的偏位矫正。
66.更详细地，优选实施例中的偏位检查装置20包括机械传动件和霍尔传感器，且偏位检查装置20为分设于充电线两侧的两个，使得充电线可从两偏位检查装置20之间通过，通过两偏位检查装置20对应检测充电线的位置，以此对应判断充电线是否存在偏位。例如，准确收线时，充电线优选从两偏位检查装置20的正中位置通过，一旦充电线的位置出现偏离，则其将会偏向其中一个偏位检查装置20，以此可以判断充电线的偏位状态，完成偏位矫正。
67.进一步地，在优选实施例中，对应充电线的送线还设置有爬壁机器人11，其如图5、图6中所示，其能够吸附在磁浮轨道t型梁的侧板34以及高速磁浮列车的走行部盖板上并走行，进而携带充电接头运动到磁浮列车的电气箱仓盖35位置，并在识别充电接口后完成充电接头与充电接口的对位连接，实现对磁浮列车失电蓄电池组的充电。
68.具体而言，优选实施例中的爬壁机器人11包括小车车体25和设置在小车车体25底部的车轮结构26，以及设置在小车车体25顶部的多轴操作臂22。在优选实施例中，多轴操作臂22为四轴操作臂，且该四轴操作臂的端部设置有充电线夹钳24，用于夹持充电线进行走行，其进一步优选夹持充电线端部的充电接头，使得充电接头与充电线夹钳24的相对位置可以保持固定，为充电接头与充电接口的对位提供定位依据。进一步优选地，优选实施例中的车轮结构26为橡胶轮轮对，并对应其在小车车体25上设置有驱动结构29，使得其可在侧板34上进行往复驱动。
69.同时，在多轴操作臂22的端部还设置有定位模组，用于识别电气箱仓盖35的位置并实现充电接口与充电接头的对位。在实际设置时，定位模组优选为图像采集模组，进一步优选为相机23，其可实时采集充电接头所在的位置图像以及反馈充电接头周围的环境图
像，保证充电接头和充电线延展工作的准确性。
70.具体对位时，基于定位模组进行的充电接头与充电接口之间的对位过程如图10中所示。其中，当爬壁机器人11运动到磁浮列车上或者附近的对应位置时，控制多轴操作臂22向电气箱仓盖35转动，由相机23实时采集图像，通过对图像进行预处理和特征提取，判断是否多轴操作臂22的端部是否接近充电接口，并以此对应计算对接的偏移量，判断是否满足充电对位的要求；如果满足，则进行充电接口与充电接头的对位，完成对位匹配后启动充电；若不满足，则进行机械臂姿态的调整过程，直至完成充电接口与充电接头的对位过程。
71.另外，优选实施例中的小车车体25如图6中所示，其底部对应设置有由永磁体27和多组可控电磁体28组成的吸附模组。由于永磁体27的作用，当小车车体25运动到轨道梁的侧板34时，其可以对应吸附在侧板34上。车体的自重由车轮结构26与侧板34的摩擦力克服，该摩擦力的最大值由作为正压力的磁吸附力决定。为了确保小车车体25稳定吸附于侧板34上不脱落并能可靠走行，需要确定吸附模组的吸附能力，该吸附能力取决于吸附模组的磁吸附力大小，具体落脚于各吸附单元与侧板34之间的吸附力大小以及吸附单元与侧板34之间的间隙距离上。
72.在优选实施例中，该吸附能力通过永磁体27与可控电磁体28的配合来实现。永磁体27保证小车车体25与侧板34的稳定吸附，多个可控电磁体28在保证车体吸附稳定性的情况下，灵活调节磁吸附力的大小，减小小车车体25的行驶阻力。具体设置时，小车车体25底部的可控电磁体28优选设置为8组，如图6中所示，通过不同数量可控电磁体28的优选控制，可以对应调节爬壁机器人11与侧板34之间的磁吸附力大小，保证机器人稳定吸附的同时，尽可能减小小车的行驶阻力，确保爬壁机器人11工作的准确性。
73.进一步优选地，优选实施例中的充电接头和充电接口如图7、图8中所示。其中，充电接头如图8中所示，其包括呈柱状的本体，该本体的端面上成对设置有接头32，并在本体的端面上对应嵌设有接头磁体33。相应地，在如图7中所示的充电接口上，对应设置有接口30和接口磁体31，使得充电接头与充电接口对应匹配时，接头32可以对应插入接口30中，且接口磁体31可与接头磁体33对应匹配，完成吸附，保证两者连接的可靠性和稳定性，避免充电过程中充电接头的误脱落。
74.在优选实施例中，其通过充电电池组8进行充电的充电系统采用分阶段脉冲充电，进一步优选采用高频开关电源技术，系统组成优选如图11中所示。其中，充电系统的总体方案设计优选包括主电路和控制电路两个部分，主电路主要由滤波器、整流滤波、高频逆变、高频变压等组成。控制电路主要由反馈电路、保护及报警电路、智能电路、数据采集等。在设计时，为了实现系统的自动充电，使得充电安全可靠性有所提高，同时方便调整产品的结构模块，保证主电路的稳定性，充电系统优选包括两个处理器，把控制与充电紧密的结合起来，分为一号处理器和二号处理器两部分，二号处理器为上位机，用于人机交互、显示、键盘等；一号处理器为下位机，专门用于主充电控制、采集相关数据等。
75.本发明中的适用于高速磁浮的充电轨道车，能在高速磁浮的t型梁上可靠走行，准确达到高速磁浮列车因蓄电池组失电而停车的位置，再通过爬壁机器人的对应走行，可以实现充电线的充电接头与列车上的充电接口的快速、准确对位，并在对位匹配后可靠连接，准确完成高速磁浮列车的电池组充电过程，实现高速磁浮列车蓄电池失电后的应急处理，为高速磁浮技术的发展和应用提供了保障，具有较好的实用价值和推广价值。
76.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。