一种转向架位姿检测、校正方法及其系统与流程

1.本发明涉及轨道车辆检修设备技术领域，具体涉及一种转向架位姿检测、校正方法及其系统。


背景技术：

2.城市轨道交通车辆走行部中具有较多关键部件，在列车运行和/或制动中发挥着重要作用，因而应对相应的关键部件进行闲时探伤检修，以确保列车的安全运行和/或制动。目前，探伤系统的上下料需要多人共同完成，在上料时，还需要保证部件的放置规范，以确保部件探伤结果的可靠性。
3.具体的，在走行部中的转向架自动检修作业中，保证检修结果的准确性的前提是将待测转向架准确无误的放入转向架支架上，这对操作的精确性和安全性带来了很大考验。而当前传统的转向架位姿检测、校正方法中的转向架位姿调整方法为操作人员通过人眼观察位置，远程操作行吊或叉车，但人眼远距离观察并不能得到较为精确的目标位置。因此，如何准确高效地对转向架偏移量进行准确智能地分析，降低工作人员劳动强度、提高工作效率成为一个亟待解决的问题。
4.综上所述，传统的转向架位姿检测、校正方法存在需要人工参与调节待测转向架位姿且待测转向架位姿调节不准确的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种转向架位姿检测、校正方法及其系统，通过将机器视觉技术与纠偏单元结合，实现自动校正待测转向架相对于转向架支架位姿，保证了待测转向架放置于转向架支架的位置的准确性，有效提升检修结果的准确性，解决了传统的转向架位姿检测、校正方法存在的需要人工参与调节待测转向架位姿且待测转向架位姿调节不准确的问题。
6.为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种转向架位姿检测、校正方法，包括：将待测转向架放置于转向架支架时，通过图像采集设备采集转向架位姿图像；基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数；在所述转向架偏移参数高于预设阈值时，将所述转向架偏移参数转换为偏移坐标并传输至纠偏单元；所述纠偏单元支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，并基于所述偏移坐标调整所述待测转向架位姿后，将所述待测转向架重新放置于所述转向架支架。
7.可选地，基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数，包括：分别对所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像进行surf特征检测，提取出所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点；基于所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点进行特征匹配生成匹配点；基于随机样本一致性算法对匹配点进行一次过滤后，基于均方差过滤算法对所述匹配点进行二次过滤；基于二次过滤后的所述匹配点生成旋转矩阵和平移矩阵构成的转向架偏移参数。
8.可选地，所述转向架位姿检测、校正方法还包括：在纠偏单元将调整位姿后的所述待测转向架重新放置于所述转向架支架时，图像采集设备重新采集转向架位姿图像，并重新基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数，若转向架偏移参数仍大于预设阈值，则基于所述纠偏单元继续调整所述待测转向架的位姿。
9.可选地，所述纠偏单元支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，并基于所述偏移坐标调整所述待测转向架位姿，包括：所述纠偏单元的升降机构支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架；所述纠偏单元基于所述偏移坐标控制周向位移机构、第一位移机构和第二位移机构移动以调整所述待测转向架位姿。
10.相应地，本发明提供，一种转向架位姿检测、校正系统，包括：转向架支架，用于放置待测转向架，并采集转向架位姿图像；数据处理单元，用于基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数，在所述转向架偏移参数高于预设阈值时，将所述转向架偏移参数转换为偏移坐标并传输至纠偏单元；所述纠偏单元，用于在转向架偏移参数高于预设阈值时，支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，并基于所述偏移坐标调整所述待测转向架位姿后，将所述待测转向架重新放置于所述转向架支架。
11.可选地，所述纠偏单元包括升降机构、周向位移机构、第一位移机构和第二位移机构，其中，在所述数据处理单元将偏移坐标并传输至所述纠偏单元时，所述升降机构支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，所述纠偏单元基于所述偏移坐标控制周向位移机构、第一位移机构和第二位移机构移动以调整所述待测转向架位姿。
12.可选地，所述周向位移机构与升降机构连接，所述周向位移机构具有用于驱动其相对于纠偏单元转动的周向动力机构，所述周向位移机构的转动平面垂直于升降机构的升降方向所在直线；所述第一位移机构与周向位移机构滑动连接，所述第一位移机构具有用于驱动其在第一方向上直线往复运动的第一动力机构；以及所述第二位移机构与第一位移机构滑动连接，所述第二位移机构具有用于驱动其在第二方向上直线往复运动的第二动力机构。
13.可选地，所述转向架支架上设置有图像采集设备，用于采集所述转向架位姿图像。
14.可选地，所述数据处理单元通过分别对所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像进行surf特征检测，提取出所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点后，基于所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点进行特征匹配生成匹配点，并基于随机样本一致性算法对匹配点进行一次过滤后，基于均方差过滤算法对所述匹配点进行二次过滤，从而基于二次过滤后的所述匹配点生成旋转矩阵和平移矩阵构成的转向架偏移参数。
15.本发明的首要改进之处为提供的转向架位姿检测、校正方法，通过将机器视觉技术与纠偏单元结合，基于转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数后，通过纠偏单元自动校正待测转向架位姿，实现自动校正待测转向架相对于转向架支架位姿，保证了待测转向架放置于转向架支架的位置的准确性，有效提升检修结果的准确性，解决了传统的转向架位姿检测、校正方法存在的需要人工参与调节待测转向架位姿且待测转向架位姿调节不准确的问题。
附图说明
16.图1是本发明的转向架位姿检测、校正方法的简化流程图；图2是本发明的转向架位姿检测、校正系统的简化单元连接图；图3为本发明的纠偏单元的示意图；图4为本发明的纠偏单元为未示出周向电机的正视图；图5为本发明的纠偏单元为未示出周向电机的左视图；图6为本发明的周向位移机构的剖视图；图7为本发明的第一螺母的设置示意图；图8为本发明的转向架支架的示意图。
具体实施方式
17.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
18.如图1所示，一种转向架位姿检测、校正方法，包括：将待测转向架放置于转向架支架时，通过图像采集设备采集转向架位姿图像；基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数；在所述转向架偏移参数高于预设阈值时，将所述转向架偏移参数转换为偏移坐标并传输至纠偏单元；所述纠偏单元支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，并基于所述偏移坐标调整所述待测转向架位姿后，将所述待测转向架重新放置于所述转向架支架。其中，预设转向架标准图像的获取方式可以是：在启动转向架位姿检测、校正系统前，将待测转向架放入转向架支架上，通过人工校准调整准确位置后，基于图像采集设备获取预设转向架标准图像；预设阈值可以是x、y方向正负2mm，周向正负0.1
°
；纠偏单元可以搭载在agv小车上。
19.进一步的，所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数，包括：分别对所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像进行surf特征检测，提取出所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点；基于所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点进行特征匹配生成匹配点；基于随机样本一致性算法对匹配点进行一次过滤后，基于均方差过滤算法对所述匹配点进行二次过滤；基于二次过滤后的所述匹配点生成旋转矩阵和平移矩阵构成的转向架偏移参数。其中，基于所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点进行特征匹配所使用的特征匹配方法可以是暴力匹配方法(brute-force)；基于均方差过滤算法对所述匹配点进行二次过滤包括：首先计算所有匹配点的均方差，然后遍历匹配点如果匹配点的距离平方大于k倍均方差则认为该点匹配错误，并去除该匹配点，k为常数，由技术人员灵活设置。
20.更进一步的，在基于均方差过滤算法对所述匹配点进行二次过滤后，还可以进行第三次过滤以尽可能保证旋转平移矩阵的准确性。具体的，上述二次过滤后的匹配点仍可能存在误匹配的可能，直接用这些匹配点计算旋转平移矩阵，会出现较大误差。因此本技术通过计算匹配点的像素偏差去除误匹配点，通过利用公式、
分别计算匹配点的像素x、y方向的偏差与平均偏差的比值，其中，表示x方向的平均偏差，表示y方向的平均偏差，n为匹配点的数量，i为匹配点的序号。如果比值大于或者小于(和为常数，由技术人员根据实际工况设置)，则该点为误匹配点，剔除。
21.更进一步的，所述转向架位姿检测、校正方法还包括：在纠偏单元将调整位姿后的所述待测转向架重新放置于所述转向架支架时，图像采集设备重新采集转向架位姿图像，并重新基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数，若转向架偏移参数仍大于预设阈值，则基于所述纠偏单元继续调整所述待测转向架的位姿。
22.更进一步的，所述纠偏单元支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，并基于所述偏移坐标调整所述待测转向架位姿，包括：所述纠偏单元的升降机构支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架；所述纠偏单元基于所述偏移坐标控制周向位移机构、第一位移机构和第二位移机构移动以调整所述待测转向架位姿。
23.本发明通过将机器视觉技术与纠偏单元结合，基于转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数后，通过纠偏单元自动校正待测转向架位姿，实现自动校正待测转向架相对于转向架支架位姿，保证了待测转向架放置于转向架支架的位置的准确性，有效提升检修结果的准确性，解决了传统的转向架位姿检测、校正方法存在的需要人工参与调节待测转向架位姿且待测转向架位姿调节不准确的问题。
24.相应的，如图2所示，本发明提供，一种转向架位姿检测、校正系统，包括：转向架支架，用于放置待测转向架，并采集转向架位姿图像；数据处理单元，用于基于所述转向架位姿图像和预设转向架标准图像计算转向架偏移参数，在所述转向架偏移参数高于预设阈值时，将所述转向架偏移参数转换为偏移坐标并传输至纠偏单元；所述纠偏单元，用于在转向架偏移参数高于预设阈值时，支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，并基于所述偏移坐标调整所述待测转向架位姿后，将所述待测转向架重新放置于所述转向架支架。其中，所述转向架支架上设置有图像采集设备，用于采集所述转向架位姿图像；所述图像采集设备与所述数据处理单元建立通信连接，所述数据处理单元与所述纠偏单元建立通信连接。
25.进一步的，如图3所示，所述纠偏单元包括升降机构100、周向位移机构200、第一位移机构300和第二位移机构400，在所述数据处理单元将偏移坐标并传输至所述纠偏单元时，所述升降机构100支撑所述待测转向架脱离所述转向架支架，所述纠偏单元基于所述偏移坐标控制周向位移机构200、第一位移机构300和第二位移机构400移动以调整所述待测转向架位姿。其中，在本实施例中，所述升降机构100为气动伸缩装置或液动伸缩装置，或利用螺母丝杠实现升降功能的装置，该升降机构100为可以直接使用的设备，此处不做累述。
26.更进一步的，所述周向位移机构200与升降机构100连接，所述周向位移机构200具有用于驱动其相对于纠偏单元转动的周向动力机构，所述周向位移机构200的转动平面垂直于升降机构100的升降方向所在直线；所述第一位移机构300与周向位移机构200滑动连接，所述第一位移机构300具有用于驱动其在第一方向上直线往复运动的第一动力机构；以及所述第二位移机构400与第一位移机构300滑动连接，所述第二位移机构400具有用于驱动其在第二方向上直线往复运动的第二动力机构。其中，所述第一方向所在直线垂直于第
二方向所在直线，所述第一方向为x轴方向、第二方向为y轴方向；所述第二位移机构400远离第一位移机构300的一侧设有第一放置块1。
27.为了更好的使用本实施例，如图6所示，所述周向位移机构200包括底座201、周向支撑平台202、第一齿轮203和周向电机204；所述底座201与升降机构100的主动端连接；所述第一齿轮203的一侧与底座201转动连接，另一侧与周向支撑平台202固定连接；所述周向电机204的固定端与底座201连接，所述周向电机204的主动端具有第二齿轮205，所述第二齿轮205与第一齿轮203啮合，用于驱动周向支撑平台202相对于底座201转动。
28.在本实施例中，所述底座201连接在升降机构100的主动端，当升降机构100启动后，其主动端驱动底座201运动，从而实现对周向位移机构200的驱动。所述周向电机204启动后，通过第二齿轮205驱动第一齿轮203转动，由于第一齿轮203与周向支撑平台202固定连接，因此，当第一齿轮203转动时，周向支撑平台202同时转动，由此在平行于第一齿轮203的端面的平面上实现360
°
转动。
29.为了更好的使用本实施例，如图7所示，所述周向支撑平台202远离第一齿轮203的一侧设有第一导轨206；所述第一位移机构300包括第一支撑平台301、第一丝杠302和第一螺母303；所述第一支撑平台301通过第一导轨206与周向支撑平台202滑动连接；所述第一丝杠302设置于周向支撑平台202；所述第一螺母303的一端与第一丝杠302螺纹连接，另一端与第一支撑平台301固定连接；所述第一丝杠302具有用于驱动其轴向转动的第一电机304。
30.进一步的，如图4和图5所示，所述第一电机304能够驱动第一丝杠302转动，第一支撑平台301受第一导轨206限位、第一螺母303的一端固定连接第一支撑平台301，以及第一螺母303的另一端与第一丝杠302螺纹连接的基础上，使第一丝杠302转动时，能够利用第一螺母303驱动第一支撑平台301沿第一方向运动，该第一方向即为第一丝杠302的轴向方向。此时，第一支撑平台301相对于周向支撑平台202运动。
31.为了更好的使用本实施例，所述第一支撑平台301远离周向支撑平台202的一侧设有第二导轨305；所述第二位移机构400包括第二支撑平台401、第二丝杠402和第二螺母403；所述第二支撑平台401通过第二导轨305与第一支撑平台301滑动连接；所述第二丝杠402设置于第一支撑平台301；所述第二螺母403的一端与第二丝杠402螺纹连接，另一端与第二支撑平台401固定连接；所述第二丝杠402具有用于驱动其轴向转动的第二电机404；所述第一放置块1设置于第二支撑平台401远离第二导轨305的一侧。
32.同理于第一支撑平台301，所述第二支撑平台401通过第二丝杠402和第二螺母403实现相对于第一支撑平台301的运动，其运动方向为第二方向，即第二丝杠402的轴向方向。
33.为了更好的使用本实施例，所述周向支撑平台202具有第一镂空孔207；所述第一电机304位于周向支撑平台202远离第一支撑平台301的一侧；所述第一螺母303的一端穿过第一镂空孔207与第一支撑平台301连接，所述第一螺母303在第一镂空孔207内沿第一方向往复运动。
34.在本实施例中，在纠偏单元搭载在agv小车上时，所述第一电机304设置于周向支撑平台202和agv小车之间，相应的缩短第一支撑平台301和第二支撑平台401之间的距离，以使第一丝杠302更好的驱动第一支撑平台301运动。所述第一镂空孔207可以是完整的孔型，也可以是一侧开口的半孔型。
35.为了更好的使用本实施例，所述周向支撑平台202具有第二镂空孔，所述第一支撑平台301具有第三镂空孔，所述第二镂空孔和第三镂空孔对应设置；所述第二电机404位于周向支撑平台202远离第一支撑平台301的一侧；所述第二螺母403的一端穿过第二镂空孔和第三镂空孔与第二支撑平台401连接，所述第二螺母403在第二镂空孔和第三镂空孔内沿第二方向往复运动。
36.在本实施例中，为了节省安装空间，在纠偏单元搭载在agv小车上时，所述第二电机404和第一电机304位于第一支撑平台301的同一侧，即均位于周向支撑平台202和agv小车之间。和第一镂空孔207相同的，所述第二镂空孔可以是完整的孔型，也可以是一侧开口的半孔型。
37.需要说明的是，所述周向电机204、第一电机304和第二电机404可以直接启动而驱动相应的支撑平台，也可以通过皮带、链条等部件实现传动过渡。
38.还需要说明的是，在本实施例中，在纠偏单元搭载在agv小车上时，所述周向电机204的轴向垂直于底座201的端面，在升降机构100的回收状态，所述周向电机204的固定端隐藏在agv小车内，在升降机构100启动时，周向电机204跟随升降机构100运动。
39.为了更好的使用本实施例，所述周向位移机构200还包括定位座208；所述定位座208与底座201固定连接；所述第一齿轮203套设于定位座208的外侧，并与定位座208滑动连接。
40.所述定位座208在底座201上确定位置后，将第一齿轮203套设在定位座208的外侧，由此确保第一齿轮203装配后，不会产生运动位置偏移，以更好的确保周向转动。
41.为了更好的使用本实施例，所述第一齿轮203靠近底座201的一侧设有支撑滚珠。
42.所述支撑滚珠能够在将第一齿轮203支撑在底座201的基础上，满足第一齿轮203的转动要求，以进一步确保周向转动的稳定性。在本实施例中，所述第一齿轮203靠近底座201的一侧设有沟槽，所述支撑滚珠设置于沟槽内，可以理解的是，支撑滚珠的数量能够填充沟槽，在该实施例中，所述沟槽和支撑滚珠的配合，还能够使周向位移机构200的厚度得到有效控制。
43.更进一步的，如图8所示，所述转向架支架包括第一支架2和第二支架3，两个支架之间具有间隙，能够使搭载有所述纠偏单元的agv小车运行至该间隙内。可知的，所述纠偏单元承载待测转向架后，可通过升降机构100将转向架放置在检修支架上，通过第一支架2和第二支架3对转向架进行支撑。
44.可以理解的是，所述第一支架2和第二支架3均设有第二放置块4，在四个位置支撑转向架。
45.此外，在本实施例中，所述转向架支架还包括立架6，所述图像采集设备为相机5，其通过立架6设置于第二放置块4的上方。
46.更进一步的，所述数据处理单元通过分别对所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像进行surf特征检测，提取出所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点后，基于所述转向架位姿图像和所述预设转向架标准图像的surf特征点进行特征匹配生成匹配点，并基于随机样本一致性算法对匹配点进行一次过滤后，基于均方差过滤算法对所述匹配点进行二次过滤，从而基于二次过滤后的所述匹配点生成旋转矩阵和平移矩阵构成的转向架偏移参数。
47.以上对本发明实施例所提供的一种转向架位姿检测、校正方法及其系统。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
48.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（ram）、内存、只读存储器（rom）、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。