一种列车上水机器人容错控制系统及方法与流程

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种列车上水机器人容错控制系统及方法。

背景技术：

随着机器人技术的发展，近年来工业机器人在码垛、车间装配、焊接、喷涂等领域都得到了较大的普及，但在铁路行业，工业机器人的应用并不常见，尤其是在旅客列车上水领域，依靠人工的上水方式在“智慧铁路”的发展趋势下，其数据无法同步，自控水平低下，安全隐患大，效率低等弊端愈发凸显。

现有的专利200920307174.7公布了一种铁路旅客列车自动上水装置，该方法包括ac/dc模块、液位开关、上水开关、继电器和供水电磁阀，其工作原理是将装置的进水管与车站上水管连接，闭合上水开关后，上水电磁阀得电，装置开始上水，当水箱中水位达到预设值后，供水电磁阀掉电，供水结束，该方法也只涉及列车上水装置，且仅能实现上水结束后阀门自动关闭的功能，当遇到故障时没有一个具体的高效的解决方案。

人工上水安全隐患大，效率低下，劳动强度高，采用机器人代替人工执行上水操作是未来的一个发展方向，但上水机器人系统复杂，一旦某个部位或器件发生故障，都有可能影响机器人正常工作。对于机器人常见的故障，应考虑适当的容错措施。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中列车上水机器人容错率低的问题。

为此，本发明提供了一种列车上水机器人容错控制系统，其特征在于：包括备用电池模块、关节抱死模块和故障数据库模块、速度传感器及控制器；

所述速度传感器用于检测上水机器人各关节的运动速度；

所述备用电池模块用于当上水机器人断电时给该上水机器人供电；

所述关节抱死模块用于当上水机器人断电时锁死该上水机器人，所述关节抱死模块与所述备用电池模块电连接；

所述故障数据库模块用于记录上水机器人的故障信息；

所述控制器用于根据所述速度传感器的信息控制所述关节抱死模块的状态。

优选地，所述故障数据库模块包括信息调用单元及故障记录模块，所述故障记录模块用于记录上水机器人发生故障的当时故障信息及上水机器人发生故障之前的历史故障信息，所述信息调用单元用于调取所述历史故障信息。

优选地，所述历史故障信息包括上水机器人发生故障的记录信息及对应解决方法。

优选地，所述关节抱死模块包括全关节抱死单元，所述全关节抱死模块用于当上水机器人发生故障后对该上水机器人的全部关节锁死。

优选地，所述关节抱死模块包括局部关节抱死模块，所述局部关节抱死模块用于当上水机器人发生故障后对该上水机器人的部分关节锁死。

优选地，所述控制器为单片机、dsp或fpga。

优选地，所述速度传感器包括线速度传感器及角速度传感器。

本发明还提供了一种列车上水机器人容错控制方法，包括：

当速度传感器检测到上水机器人的关节的速度突变，启动备用电源；

控制器控制速度突变的关节抱死；

故障数据库模块对所述速度突变时的上水机器人的关节的位置状态记录，并将速度突变的关节的自由度退化，当上水机器人的关节位置状态重现所述速度突变时的上水机器人的关节位置状态时开启自由度退化模式。

优选地，所述自由度退化模式为减少上水机器人的关节速度突变方向上的自由度。

优选地，所述关节的速度突变包括电源断电及上水机器人发生碰撞。

本发明的有益效果：本发明提供的这种列车上水机器人容错控制系统及方法，通过速度传感器来监测上水机器人各个关节的速度，若速度发生了突变，则说明电源断电或者是该关节处发生了碰撞，从而开启备用电源，并将该关节抱死或者整个上水机器人进行抱死，以确保安全，并对该故障信息进行储存，一方面，当上水机器人的位置状态重现该故障时的状态时开启自由度退化模式，避免再次发生相同的碰撞，另一方面，当下次发生相同故障时还可以调取历史故障排出记录找到相应的维修方法。该系统不仅提高了上水机器人在上水过程中的容错率，且降低了故障发生率，提高列车上水的效率，降低了成本。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明列车上水机器人容错控制系统的模块框图；

图2是本发明列车上水机器人容错控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

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一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实施例提供了一种列车上水机器人容错控制系统，包括备用电池模块、关节抱死模块和故障数据库模块、速度传感器及控制器；

所述速度传感器用于检测上水机器人各关节的运动速度；

所述备用电池模块用于当上水机器人断电时给该上水机器人供电；

所述关节抱死模块用于当上水机器人断电时锁死该上水机器人，所述关节抱死模块与所述备用电池模块电连接；

所述故障数据库模块用于记录上水机器人的故障信息；

所述控制器用于根据所述速度传感器的信息控制所述关节抱死模块的状态。

如图1和图2所示，本发明的容错系统主要用于列车上水机器人上，备用电池模块安装在机器人底座中，正常情况下上水机器人通过控制柜中电源线供电，电源线同时也与备用电池连接，当备用电池电量低于预设值时，对其进行充电，充满后自动断开。当车站突然断电时，机器人可采用备用电池供电以继续执行上水操作。所述关节抱死模块分为局部关节抱死和全关节抱死两种模式，其中速度传感器包括线速度传感器和角速度传感器，具体地通过关节处的线速度传感器和角速度传感器来分别得到该关节处的线速度和角速度突变来进行报警，关节的线速度或角速度突变可能是因为断电或者发生了碰撞而引起，其中当上水机器人中某个关节发生故障时，可只对该关节进行抱死，而当发生断电或系统奔溃事故时，可将某个机器人上所有关节进行抱死，等待检修人员检修。具体地，控制器实时接收传感器的信号来判断故障种类，通过电流传感器即可知道外部电源供电状态，通过关节处的线速度传感器和角速度传感器来判断碰撞事故，通过自我检测来判断系统故障。其中当上水机器人中某个关节发生故障时，可只对该关节进行抱死，而当发生断电或碰撞事故时，可将机器人上所有关节进行抱死，等待检修人员检修。所述故障数据库模块包括故障信息记录单元和信息调用单元，其中故障信息记录单元对机器人每次故障信息进行记录，记录方式可以是自动记录，也可以是手动录入，信息调用单元用于发生故障时调用历时类似故障案例，并自动匹配解决方法。

当速度传感器检测到上水机器人的关节的速度突变，控制器获取该速度突变信息，然后启动备用电源，此时上水机器人得电，无论外部电源是否断电都不影响机器人的工作；然后控制器控制速度突变的关节抱死，故障数据库模块对所述速度突变时的上水机器人的关节的位置状态记录，并将速度突变的关节的自由度退化，当上水机器人的关节位置状态重现所述速度突变时的上水机器人的关节位置状态时开启自由度退化模式，防止机器人在同样的地方发生同样的碰撞。

优选地方案，控制器为单片机、dsp或fpga。具体根据需要处理的数据规模和运算量来选择控制器，例如dsp用于快速处理数据和大批量数据。

优选地方案，速度传感器包括线速度传感器及角速度传感器。由此可知，线速度传感器可以监测上水机器人的运动状态，角速度传感器可以监测上水机器人的关节旋转速度。

本发明的有益效果：本发明提供的这种列车上水机器人容错控制系统及方法，通过速度传感器来监测上水机器人各个关节的速度，若速度发生了突变，则说明电源断电或者是该关节处发生了碰撞，从而开启备用电源，并将该关节抱死或者整个上水机器人进行抱死，以确保安全，并对该故障信息进行储存，一方面，当上水机器人的位置状态重现该故障时的状态时开启自由度退化模式，避免再次发生相同的碰撞，另一方面，当下次发生相同故障时还可以调取历史故障排出记录找到相应的维修方法。该系统不仅提高了上水机器人在上水过程中的容错率，且降低了故障发生率，提高列车上水的效率，降低了成本。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。