一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统

1.本发明涉及铁路报废车厢拆解技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统。


背景技术：

2.随着铁路技术的发展，每年有超过两万辆铁路货车需要进行报废处理，报废的铁路货车需要经过拆解处理，其中底架翻转是关键工序之一，铁路货车底架重量为7-8吨，长度为12.5-13米，宽度为2.8-2.9米，其结构具有特殊性，上部为平板结构，下部为型钢结构，从上部拆解底架工艺实施较为困难，因此需要将底架翻转180度再进行切割拆解，然而目前针对底架的翻转都需要人工进行装夹，针对不同尺寸的底架需要对夹具进行反复调整，导致工人劳动强度大、安全性底下；不同工人装夹效果差异明显，导致装夹稳定性和适应性差，无法保证生产质量；整个装夹与翻转过程依赖于人工操作各种夹具与翻转机，生产效率低；传统的光电传感器对底架和翻转机进行定位的方法在移动过程中容易累计较多的误差，属于开环控制，定位精度较差，无法适应智能工厂的自动化生产。
3.为解决上述问题，发明者提供了一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，其中的装夹与翻转装置能够对不同型号的底架进行自动对中、装夹与180度翻转，有效提高了翻转过程中的装夹稳定性和适应性，其中机器视觉控制系统能够对底架、rgv轨道车、装夹与翻转装置的定位实现闭环控制，移动过程中累计的误差较小，能够控制整个系统自动化运行，有效提高了定位精度、生产效率和安全性，可适用于智能工厂的自动化生产线。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，解决以下技术问题：目前针对底架的翻转都需要人工进行装夹，针对不同尺寸的底架需要对夹具进行反复调整，导致工人劳动强度大、安全性底下；不同工人装夹效果差异明显，导致装夹稳定性和适应性差，无法保证生产质量；整个装夹与翻转过程依赖于人工操作各种夹具与翻转机，生产效率低；传统的光电传感器对底架和翻转机进行定位的方法在移动过程中容易累计较多的误差，属于开环控制，定位精度较差，无法适应智能工厂的自动化生产。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，包括装夹与翻转装置、机器视觉控制系统、运输轨道、rgv轨道车，所述装夹与翻转装置共有两个，布置在翻转工位的两侧。
7.作为本发明进一步的方案：所述装夹与翻转装置包括装夹单元、翻转单元；
8.其中，所述装夹单元包括连接盘、装夹底座、支座、支撑柱、液压缸、夹紧臂、第一减速电动机、双旋向丝杠、轴承座、丝杠螺母、夹紧平台、装夹滑块、装夹滑轨、对中夹块，所述连接盘的中部固连有装夹底座，所述装夹底座为长方形焊接框架结构，其前方设有长方形
开口，后方设有圆形开口，所述连接盘通过焊接固连在圆形开口内，所述装夹底座上下侧各设有若干肋板，并与所述连接盘焊接固连，所述装夹底座的上方和下方对称固连有四个方形支座，所述方形支座上固连有支撑柱，所述支撑柱为四棱柱形结构，其四周设有若干肋板，所述支撑柱的内侧铰接有液压缸，所述液压缸的另一端铰接有夹紧臂，所述夹紧臂为矩形结构且下方设有圆弧形凸起且表面设有耐磨橡胶，其右端铰接在支撑柱的下方，所述装夹底座的左侧固连有第一减速电动机，所述第一减速电动机为力矩电动机，所述第一减速电动机的输出轴固连有双旋向丝杠，所述双旋向丝杠上设有两段旋向相反的梯形螺纹，所述双旋向丝杠由固连在所述装夹底座中的三组轴承座支撑，所述双旋向丝杠的螺纹轴段均传动连接有丝杠螺母，所述丝杠螺母上固连有夹紧平台，所述夹紧平台的后侧固连有四个装夹滑块，所述装夹滑块位于装夹滑轨上，所述装夹滑轨固连在所述装夹底座的前端面，所述夹紧平台上固连有对中夹块，所述对中夹块为直角梯形结构，其夹紧面设有耐磨橡胶；
9.其中，所述翻转单元包括支撑框架、支撑底板、回转支撑轴承、小齿轮、第二减速电动机、第三减速电动机、齿轮、齿条、机架、平移滑轨、平移滑块，所述支撑框架为中空的方形焊接框架结构，所述支撑框架的前端与回转支撑轴承的内圈固连，所述回转支撑轴承的外圈啮合有小齿轮，所述小齿轮固连在第二减速电动机的输出轴上，所述第二减速电动机固连在支撑框架的内部，所述支撑框架的底部设有支撑底板，所述支撑底板上固连有第三减速电动机，所述第三减速电动机的下方输出轴固连有齿轮，所述齿轮与所述齿条相啮合，所述齿条固连在所述机架上，所述机架的上固连有四条平移滑轨，每条所述平移滑轨上均设有两个平移滑块，所述平移滑块的上方固连有所述支撑底板。
10.作为本发明进一步的方案：所述连接盘通过螺栓固连在回转支撑轴承的外圈上。
11.作为本发明进一步的方案：所述机器视觉控制系统包括支撑杆、图像采集装置、计算机、plc、驱动控制器，所述支撑杆的形状为l形，其悬臂端下方固连有图像采集装置，所述图像采集装置位于翻转工位的上方，可采集整个底架翻转过程的俯视角图像信息，所述支撑杆上固连有计算机，所述计算机作为上位机，将采集到的图像进行目标识别，获得所述装夹与翻转装置、rgv轨道车、底架的实时位置，所述计算机的上方固连有plc，所述plc作为下位机，用于接收计算机的控制指令，所述plc的上方固连有驱动控制器，所述驱动控制器中包括第一减速电动机控制器、第二减速电动机控制器、第三减速电动机控制器、液压缸控制器、rgv轨道车控制器，所述驱动控制器接收来自plc的控制信号从而控制上述执行装置。
12.作为本发明进一步的方案：所述运输轨道包括纵向轨道、横向轨道，所述纵向轨道和横向轨道的交汇处为待翻转工位，所述两个装夹与翻转装置的中间位置为翻转工位，所述计算机中记录有待翻转工位和翻转工位的位置信息。
13.作为本发明进一步的方案：所述rgv轨道车包括车体、升降平台、纵向轮组、横向轮组，所述车体的上方设有两个升降平台，所述升降平台内设有升降油缸对平台进行升降，所述车体下方设有纵向轮组和横向轮组，所述横向轮组通过丝杠传动连接在所述车体的下方，可通过丝杠传动沿竖直方向上下运动，所述纵向轮组用于匹配纵向轨道，所述横向轮组用于匹配横向轨道。
14.作为本发明进一步的方案：所述机器视觉控制系统的具体控制方法包括：
15.s1、当有底架需要翻转时，控制rgv轨道车运送底架在纵向轨道上向待翻转工位移动，当底架接近待翻转工位时图像采集装置开始不断地采集底架的图像信息并传输至计算
机，计算机会计算图像中底架的当前位置与待翻转工位之间的距离，从而实时调整rgv轨道车控制器所输出的脉冲数量，实现闭环控制，之后的rgv轨道车和底架的定位控制均采用同样的闭环控制方法，底架到达待翻转工位后rgv轨道车停止移动；
16.s2、控制rgv轨道车的横向轮组向下运动接触横向轨道，rgv轨道车沿横向轨道移动，当底架到达翻转工位时，控制rgv轨道车停止移动，此时计算机会根据采集的图像计算底架的长度和宽度，接着控制升降平台将底架抬升至特定高度，使底架处于装夹单元的有效装夹范围内偏下方的位置，之后控制第三减速电动机同时正转，从而带动装夹与翻转装置同时向内侧移动相应的距离，该距离与底架的长度成反比，此过程中计算机会计算图像中装夹与翻转装置的当前位置与目标位置之间的距离，从而不断地调整第三减速电动机控制器所输出的脉冲数量，实现装夹与翻转装置位置的闭环控制，装夹与翻转装置到达预定位置后，控制第一减速电动机同时正转一段时间，带动对中夹块向底架的两侧面移动并推动两侧面使底架对中，之后控制第一减速电动机同时反转使对中夹块远离底架一段距离，接着同时控制液压缸伸长从而带动夹紧臂对底架的上下两面进行夹紧，此过程中底架会被其下方的夹紧臂抬离升降平台，之后控制第一减速电动机同时正转，带动对中夹块将底架的两侧面夹紧，之后第一减速电动机持续输出扭矩，接着控制rgv轨道车回到待翻转工位；
17.s3、控制第二减速电动机同时正转带动装夹单元和底架旋转180度，当图像采集装置和计算机采集并识别到底架完成180度翻转时，控制第二减速电动机停转；
18.s4、控制rgv轨道车回到翻转工位，接着控制第一减速电动机同时反转使对中夹块远离底架并回到初始位置，控制液压缸回缩并回到初始位置，此过程中底架被放回升降平台上，接着控制装夹与翻转装置回到初始位置并控制第二减速电动机同时正转180度回到初始姿态，之后控制升降平台下降至初始位置，并控制rgv轨道车移动到达待翻转工位，接着控制rgv轨道车的横向轮组向上运动远离横向轨道，此时纵向轮组接触纵向轨道，之后控制rgv轨道车运送底架沿着纵向轨道向下一个工位移动。
19.本发明的有益效果：
20.1、该基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，通过第一减速电动机带动双旋向丝杠旋转，从而带动对中夹块向中间运动实现了底架的对中；液压缸带动夹紧臂实现了底架上下两面的夹紧，最后配合对中夹块实现了底架的装夹；第二减速电动机通过齿轮传动实现了装夹单元和底架的180度翻转，以上机构的配合使用最终实现了对不同型号的铁路货车底架进行自动对中、装夹与180度翻转，有效提高了翻转过程中的装夹稳定性和适应性。
21.2、该基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，通过图像采集装置不断地采集图像信息并传输至计算机，计算机将采集到的图像进行目标识别，获得装夹与翻转装置、rgv轨道车、底架的实时位置，并得到底架的长度和宽度，根据以上信息机器视觉控制系统能够对底架、rgv轨道车、装夹与翻转装置的定位实现闭环控制，移动过程中累计的误差较小，能够控制整个系统自动化运行，有效提高了定位精度、生产效率和安全性，使其能够适应智能工厂的自动化生产线。
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
23.图1为本发明结构示意图；
24.图2为底架的底面结构示意图；
25.图3为本发明装夹与翻转装置结构示意图；
26.图4为本发明装夹单元结构示意图；
27.图5为本发明装夹单元背面结构示意图；
28.图6为本发明翻转单元结构示意图；
29.图7为本发明翻转单元背面局部剖视图；
30.图8为本发明机器视觉控制系统结构示意图；
31.图9为本发明运输轨道结构示意图；
32.图10为本发明rgv轨道车结构示意图；
33.图11为本发明机器视觉控制系统的相关组件示意图；
34.图12为本发明翻转过程示意图；
35.图13为本发明机器视觉控制系统的控制流程图。
36.图中：1、装夹与翻转装置；2、机器视觉控制系统；3、运输轨道；4、rgv轨道车；5、底架；11、装夹单元；12、翻转单元；1101、连接盘；1102、装夹底座；1103、支座；1104、支撑柱；1105、液压缸；1106、夹紧臂；1107、第一减速电动机；1108、双旋向丝杠；1109、轴承座；1110、丝杠螺母；1111、夹紧平台；1112、装夹滑块；1113、装夹滑轨；1114、对中夹块；1201、支撑框架；12011、支撑底板；1202、回转支撑轴承；1203、小齿轮；1204、第二减速电动机；1205、第三减速电动机；1206、齿轮；1207、齿条；1208、机架；1209、平移滑轨；1210、平移滑块；21、支撑杆；22、图像采集装置；23、计算机；24、plc；25、驱动控制器；31、纵向轨道；32、横向轨道；41、车体；42、升降平台；43、纵向轮组；44、横向轮组。
具体实施方式
37.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作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。
38.请参阅图1-13所示，本发明为一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，包括装夹与翻转装置1、机器视觉控制系统2、运输轨道3、rgv轨道车4，所述装夹与翻转装置1共有两个，布置在翻转工位的两侧。
39.所述装夹与翻转装置1包括装夹单元11、翻转单元12；
40.其中，所述装夹单元11包括连接盘1101、装夹底座1102、支座1103、支撑柱1104、液压缸1105、夹紧臂1106、第一减速电动机1107、双旋向丝杠1108、轴承座1109、丝杠螺母1110、夹紧平台1111、装夹滑块1112、装夹滑轨1113、对中夹块1114，所述连接盘1101的中部固连有装夹底座1102，所述装夹底座1102为长方形焊接框架结构，其前方设有长方形开口，后方设有圆形开口，所述连接盘1101通过焊接固连在圆形开口内，所述装夹底座1102上下侧各设有若干肋板，并与所述连接盘1101焊接固连，所述装夹底座1102的上方和下方对称固连有四个方形支座1103，所述方形支座1103上固连有支撑柱1104，所述支撑柱1104为四棱柱形结构，其四周设有若干肋板，所述支撑柱1104的内侧铰接有液压缸1105，所述液压缸
1105的另一端铰接有夹紧臂1106，所述夹紧臂1106为矩形结构且下方设有圆弧形凸起且表面设有耐磨橡胶，其右端铰接在支撑柱1104的下方，所述装夹底座1102的左侧固连有第一减速电动机1107，所述第一减速电动机1107为力矩电动机，所述第一减速电动机1107的输出轴固连有双旋向丝杠1108，所述双旋向丝杠1108上设有两段旋向相反的梯形螺纹，所述双旋向丝杠1108由固连在所述装夹底座1102中的三组轴承座1109支撑，所述双旋向丝杠1108的螺纹轴段均传动连接有丝杠螺母1110，所述丝杠螺母1110上固连有夹紧平台1111，所述夹紧平台1111的后侧固连有四个装夹滑块1112，所述装夹滑块1112位于装夹滑轨1113上，所述装夹滑轨1113固连在所述装夹底座1102的前端面，所述夹紧平台1111上固连有对中夹块1114，所述对中夹块1114为直角梯形结构，其夹紧面设有耐磨橡胶；
41.其中，所述翻转单元12包括支撑框架1201、支撑底板12011、回转支撑轴承1202、小齿轮1203、第二减速电动机1204、第三减速电动机1205、齿轮1206、齿条1207、机架1208、平移滑轨1209、平移滑块1210，所述支撑框架1201为中空的方形焊接框架结构，所述支撑框架1201的前端与回转支撑轴承1202的内圈固连，所述回转支撑轴承1202的外圈啮合有小齿轮1203，所述小齿轮1203固连在第二减速电动机1204的输出轴上，所述第二减速电动机1204固连在支撑框架1201的内部，所述支撑框架1201的底部设有支撑底板12011，所述支撑底板12011上固连有第三减速电动机1205，所述第三减速电动机1205的下方输出轴固连有齿轮1206，所述齿轮1206与所述齿条1207相啮合，所述齿条1207固连在所述机架1208上，所述机架1208的上固连有四条平移滑轨1209，每条所述平移滑轨1209上均设有两个平移滑块1210，所述平移滑块1210的上方固连有所述支撑底板12011。
42.所述连接盘1101通过螺栓固连在回转支撑轴承1202的外圈上。
43.所述机器视觉控制系统2包括支撑杆21、图像采集装置22、计算机23、plc24、驱动控制器25，所述支撑杆21的形状为l形，其悬臂端下方固连有图像采集装置22，所述图像采集装置22位于翻转工位的上方，可采集整个底架5翻转过程的俯视角图像信息，所述支撑杆21上固连有计算机23，所述计算机23作为上位机，将采集到的图像进行目标识别，获得所述装夹与翻转装置1、rgv轨道车4、底架5的实时位置，所述计算机23的上方固连有plc24，所述plc24作为下位机，用于接收计算机23的控制指令，所述plc24的上方固连有驱动控制器25，所述驱动控制器25中包括第一减速电动机控制器、第二减速电动机控制器、第三减速电动机控制器、液压缸控制器、rgv轨道车控制器，所述驱动控制器25接收来自plc24的控制信号从而控制上述执行装置。
44.所述运输轨道3包括纵向轨道31、横向轨道32，所述纵向轨道31和横向轨道32的交汇处为待翻转工位，所述两个装夹与翻转装置1的中间位置为翻转工位，所述计算机23中记录有待翻转工位和翻转工位的位置信息。
45.所述rgv轨道车4包括车体41、升降平台42、纵向轮组43、横向轮组44，所述车体41的上方设有两个升降平台42，所述升降平台42内设有升降油缸对平台进行升降，所述车体41下方设有纵向轮组43和横向轮组44，所述横向轮组44通过丝杠传动连接在所述车体41的下方，可通过丝杠传动沿竖直方向上下运动，所述纵向轮组43用于匹配纵向轨道31，所述横向轮组44用于匹配横向轨道32。
46.所述机器视觉控制系统2的具体控制方法包括：
47.s1、当有底架5需要翻转时，控制rgv轨道车4运送底架5在纵向轨道31上向待翻转
工位移动，当底架5接近待翻转工位时图像采集装置22开始不断地采集底架5的图像信息并传输至计算机23，计算机23会计算图像中底架5的当前位置与待翻转工位之间的距离，从而实时调整rgv轨道车控制器所输出的脉冲数量，实现闭环控制，之后的rgv轨道车4和底架5的定位控制均采用同样的闭环控制方法，底架5到达待翻转工位后rgv轨道车4停止移动；
48.s2、控制rgv轨道车4的横向轮组44向下运动接触横向轨道32，rgv轨道车4沿横向轨道32移动，当底架5到达翻转工位时，控制rgv轨道车4停止移动，此时计算机23会根据采集的图像计算底架5的长度和宽度，接着控制升降平台42将底架5抬升至特定高度，使底架5处于装夹单元11的有效装夹范围内偏下方的位置，之后控制第三减速电动机1205同时正转，从而带动装夹与翻转装置1同时向内侧移动相应的距离，该距离与底架5的长度成反比，此过程中计算机23会计算图像中装夹与翻转装置1的当前位置与目标位置之间的距离，从而不断地调整第三减速电动机控制器所输出的脉冲数量，实现装夹与翻转装置1位置的闭环控制，装夹与翻转装置1到达预定位置后，控制第一减速电动机1107同时正转一段时间，带动对中夹块1114向底架5的两侧面移动并推动两侧面使底架5对中，之后控制第一减速电动机1107同时反转使对中夹块1114远离底架5一段距离，接着同时控制液压缸1105伸长从而带动夹紧臂1106对底架5的上下两面进行夹紧，此过程中底架5会被其下方的夹紧臂1106抬离升降平台42，之后控制第一减速电动机1107同时正转，带动对中夹块1114将底架5的两侧面夹紧，之后第一减速电动机1107持续输出扭矩，接着控制rgv轨道车4回到待翻转工位；
49.s3、控制第二减速电动机1204同时正转带动装夹单元11和底架5旋转180度，当图像采集装置22和计算机23采集并识别到底架5完成180度翻转时，控制第二减速电动机1204停转；
50.s4、控制rgv轨道车4回到翻转工位，接着控制第一减速电动机1107同时反转使对中夹块1114远离底架5并回到初始位置，控制液压缸1105回缩并回到初始位置，此过程中底架5被放回升降平台42上，接着控制装夹与翻转装置1回到初始位置并控制第二减速电动机1204同时正转180度回到初始姿态，之后控制升降平台42下降至初始位置，并控制rgv轨道车4移动到达待翻转工位，接着控制rgv轨道车4的横向轮组44向上运动远离横向轨道32，此时纵向轮组43接触纵向轨道31，之后控制rgv轨道车4运送底架5沿着纵向轨道31向下一个工位移动。
51.本发明的工作原理：当装夹与翻转装置1开始工作时，将底架5抬升到装夹单元11的有效装夹范围内偏下方的位置，第三减速电动机1205正转，带动齿轮1206转动，由于齿轮1206啮合有齿条1207，因此带动支撑框架1201在平移滑轨1209上向底架5移动，到达位置后，第一减速电动机1107正转带动双旋向丝杠1108转动，双旋向丝杠1108带动丝杠螺母1110向底架5的两侧面移动，丝杠螺母1110带动夹紧平台1111和对中夹块1114向底架5的两侧面移动，由于第一减速电动机1107为力矩电动机，因此对中夹块1114接触底架5的两侧面后依然可以持续输出推力，实现对底架5水平方向的对中，之后第一减速电动机1107反转，使对中夹块1114远离底架5的两侧面一段距离，接着液压缸1105伸长带动夹紧臂1106绕铰点向底架5的上下两面转动，此过程中由于底架5处于装夹单元的有效装夹范围内偏下方的位置，因此底架5会被其下方的夹紧臂1106抬离rgv轨道车4，并在竖直方向上居中夹紧，之后第一减速电动机1107正转带动对中夹块1114接触底架5的两侧面并持续输出推力，实现底架5在水平方向上的居中夹紧，接着rgv轨道车4回到待翻转工位，第二减速电动机1204正
转带动小齿轮1203转动，小齿轮1203带动回转支撑轴承1202的外圈转动180度，从而带动装夹单元11和底架5旋转180度。
52.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，包括装夹与翻转装置(1)、机器视觉控制系统(2)、运输轨道(3)、rgv轨道车(4)，其特征在于：所述装夹与翻转装置(1)共有两个，布置在翻转工位的两侧。2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统,其特征在于，所述装夹与翻转装置(1)包括装夹单元(11)、翻转单元(12)；其中，所述装夹单元(11)包括连接盘(1101)、装夹底座(1102)、支座(1103)、支撑柱(1104)、液压缸(1105)、夹紧臂(1106)、第一减速电动机(1107)、双旋向丝杠(1108)、轴承座(1109)、丝杠螺母(1110)、夹紧平台(1111)、装夹滑块(1112)、装夹滑轨(1113)、对中夹块(1114)，所述连接盘(1101)的中部固连有装夹底座(1102)，所述装夹底座(1102)为长方形焊接框架结构，其前方设有长方形开口，后方设有圆形开口，所述连接盘(1101)通过焊接固连在圆形开口内，所述装夹底座(1102)上下侧各设有若干肋板，并与所述连接盘(1101)焊接固连，所述装夹底座(1102)的上方和下方对称固连有四个方形支座(1103)，所述方形支座(1103)上固连有支撑柱(1104)，所述支撑柱(1104)为四棱柱形结构，其四周设有若干肋板，所述支撑柱(1104)的内侧铰接有液压缸(1105)，所述液压缸(1105)的另一端铰接有夹紧臂(1106)，所述夹紧臂(1106)为矩形结构且下方设有圆弧形凸起且表面设有耐磨橡胶，其右端铰接在支撑柱(1104)的下方，所述装夹底座(1102)的左侧固连有第一减速电动机(1107)，所述第一减速电动机(1107)为力矩电动机，所述第一减速电动机(1107)的输出轴固连有双旋向丝杠(1108)，所述双旋向丝杠(1108)上设有两段旋向相反的梯形螺纹，所述双旋向丝杠(1108)由固连在所述装夹底座(1102)中的三组轴承座(1109)支撑，所述双旋向丝杠(1108)的螺纹轴段均传动连接有丝杠螺母(1110)，所述丝杠螺母(1110)上固连有夹紧平台(1111)，所述夹紧平台(1111)的后侧固连有四个装夹滑块(1112)，所述装夹滑块(1112)位于装夹滑轨(1113)上，所述装夹滑轨(1113)固连在所述装夹底座(1102)的前端面，所述夹紧平台(1111)上固连有对中夹块(1114)，所述对中夹块(1114)为直角梯形结构，其夹紧面设有耐磨橡胶；其中，所述翻转单元(12)包括支撑框架(1201)、支撑底板(12011)、回转支撑轴承(1202)、小齿轮(1203)、第二减速电动机(1204)、第三减速电动机(1205)、齿轮(1206)、齿条(1207)、机架(1208)、平移滑轨(1209)、平移滑块(1210)，所述支撑框架(1201)为中空的方形焊接框架结构，所述支撑框架(1201)的前端与回转支撑轴承(1202)的内圈固连，所述回转支撑轴承(1202)的外圈啮合有小齿轮(1203)，所述小齿轮(1203)固连在第二减速电动机(1204)的输出轴上，所述第二减速电动机(1204)固连在支撑框架(1201)的内部，所述支撑框架(1201)的底部设有支撑底板(12011)，所述支撑底板(12011)上固连有第三减速电动机(1205)，所述第三减速电动机(1205)的下方输出轴固连有齿轮(1206)，所述齿轮(1206)与所述齿条(1207)相啮合，所述齿条(1207)固连在所述机架(1208)上，所述机架(1208)的上固连有四条平移滑轨(1209)，每条所述平移滑轨(1209)上均设有两个平移滑块(1210)，所述平移滑块(1210)的上方固连有所述支撑底板(12011)。3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统,其特征在于，所述连接盘(1101)通过螺栓固连在回转支撑轴承(1202)的外圈上。4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统,其特征在于，所述机器视觉控制系统(2)包括支撑杆(21)、图像采集装置(22)、计算机(23)、plc
(24)、驱动控制器(25)，所述支撑杆(21)的形状为l形，其悬臂端下方固连有图像采集装置(22)，所述图像采集装置(22)位于翻转工位的上方，可采集整个底架(5)翻转过程的俯视角图像信息，所述支撑杆(21)上固连有计算机(23)，所述计算机(23)作为上位机，将采集到的图像进行目标识别，获得所述装夹与翻转装置(1)、rgv轨道车(4)、底架(5)的实时位置，所述计算机(23)的上方固连有plc(24)，所述plc(24)作为下位机，用于接收计算机(23)的控制指令，所述plc(24)的上方固连有驱动控制器(25)，所述驱动控制器(25)中包括第一减速电动机控制器、第二减速电动机控制器、第三减速电动机控制器、液压缸控制器、rgv轨道车控制器，所述驱动控制器(25)接收来自plc(24)的控制信号从而控制上述执行装置。5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统,其特征在于，所述运输轨道(3)包括纵向轨道(31)、横向轨道(32)，所述纵向轨道(31)和横向轨道(32)的交汇处为待翻转工位，所述两个装夹与翻转装置(1)的中间位置为翻转工位，所述计算机(23)中记录有待翻转工位和翻转工位的位置信息。6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统,其特征在于，所述rgv轨道车(4)包括车体(41)、升降平台(42)、纵向轮组(43)、横向轮组(44)，所述车体(41)的上方设有两个升降平台(42)，所述升降平台(42)内设有升降油缸对平台进行升降，所述车体(41)下方设有纵向轮组(43)和横向轮组(44)，所述横向轮组(44)通过丝杠传动连接在所述车体(41)的下方，可通过丝杠传动沿竖直方向上下运动，所述纵向轮组(43)用于匹配纵向轨道(31)，所述横向轮组(44)用于匹配横向轨道(32)。7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统,其特征在于，所述机器视觉控制系统(2)的具体控制方法包括：s1、当有底架(5)需要翻转时，控制rgv轨道车(4)运送底架(5)在纵向轨道(31)上向待翻转工位移动，当底架(5)接近待翻转工位时图像采集装置(22)开始不断地采集底架(5)的图像信息并传输至计算机(23)，计算机(23)会计算图像中底架(5)的当前位置与待翻转工位之间的距离，从而实时调整rgv轨道车控制器所输出的脉冲数量，实现闭环控制，之后的rgv轨道车(4)和底架(5)的定位控制均采用同样的闭环控制方法，底架(5)到达待翻转工位后rgv轨道车(4)停止移动；s2、控制rgv轨道车(4)的横向轮组(44)向下运动接触横向轨道(32)，rgv轨道车(4)沿横向轨道(32)移动，当底架(5)到达翻转工位时，控制rgv轨道车(4)停止移动，此时计算机(23)会根据采集的图像计算底架(5)的长度和宽度，接着控制升降平台(42)将底架(5)抬升至特定高度，使底架(5)处于装夹单元(11)的有效装夹范围内偏下方的位置，之后控制第三减速电动机(1205)同时正转，从而带动装夹与翻转装置(1)同时向内侧移动相应的距离，该距离与底架(5)的长度成反比，此过程中计算机(23)会计算图像中装夹与翻转装置(1)的当前位置与目标位置之间的距离，从而不断地调整第三减速电动机控制器所输出的脉冲数量，实现装夹与翻转装置(1)位置的闭环控制，装夹与翻转装置(1)到达预定位置后，控制第一减速电动机(1107)同时正转一段时间，带动对中夹块(1114)向底架(5)的两侧面移动并推动两侧面使底架(5)对中，之后控制第一减速电动机(1107)同时反转使对中夹块(1114)远离底架(5)一段距离，接着同时控制液压缸(1105)伸长从而带动夹紧臂(1106)对底架(5)的上下两面进行夹紧，此过程中底架(5)会被其下方的夹紧臂(1106)抬离升降平台(42)，之后控制第一减速电动机(1107)同时正转，带动对中夹块(1114)将底架(5)的两侧面夹紧，之
后第一减速电动机(1107)持续输出扭矩，接着控制rgv轨道车(4)回到待翻转工位；s3、控制第二减速电动机(1204)同时正转带动装夹单元(11)和底架(5)旋转180度，当图像采集装置(22)和计算机(23)采集并识别到底架(5)完成180度翻转时，控制第二减速电动机(1204)停转；s4、控制rgv轨道车(4)回到翻转工位，接着控制第一减速电动机(1107)同时反转使对中夹块(1114)远离底架(5)并回到初始位置，控制液压缸(1105)回缩并回到初始位置，此过程中底架(5)被放回升降平台(42)上，接着控制装夹与翻转装置(1)回到初始位置并控制第二减速电动机(1204)同时正转180度回到初始姿态，之后控制升降平台(42)下降至初始位置，并控制rgv轨道车(4)移动到达待翻转工位，接着控制rgv轨道车(4)的横向轮组(44)向上运动远离横向轨道(32)，此时纵向轮组(43)接触纵向轨道(31)，之后控制rgv轨道车(4)运送底架(5)沿着纵向轨道(31)向下一个工位移动。

技术总结
本发明公开了一种基于机器视觉的铁路货车底架装夹与翻转系统，属于铁路报废车厢拆解技术领域。本发明包括装夹与翻转装置、机器视觉控制系统、运输轨道、RGV轨道车，装夹与翻转装置共有两个，布置在翻转工位的两侧，装夹与翻转装置包括装夹单元、翻转单元，装夹单元包括连接盘。本发明的装夹与翻转装置能够对不同型号的铁路货车底架进行自动对中、装夹与180度翻转，有效提高翻转过程中的装夹稳定性和适应性。本发明的机器视觉控制系统能够对底架、RGV轨道车、装夹与翻转装置的定位实现闭环控制，移动过程中累计的误差较小，能够控制整个系统自动化运行，有效提高了定位精度、生产效率和安全性，也可适用于智能工厂的自动化生产线。线。线。


技术研发人员：汪永明 汪传剑 钮牛 王刚
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/19