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他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例提供的一种扣件操作机器人的控制方法，适用于可对扣件进行拆卸和回收的扣件操作机器人，控制方法包括：

承载有多个所述扣件操作机器人的作业车在沿轨道行走的过程中，逐一将位于所述作业车的头部的所述扣件操作机器人释放在不同的相邻两根轨枕的中间位置；

所述作业车在沿轨道行走的过程中，当所述扣件操作机器人7完成操作工作时，在所述作业车的尾部逐一将所述扣件操作机器人收集于所述作业车；

将收集于所述作业车的所述扣件操作机器人7由所述作业车的尾部运送至所述作业车的头部，并重复执行所述逐一将位于所述作业车的头部的所述扣件操作机器人7释放在不同的相邻两根轨枕的中间位置的动作。

首先，作业车承载有多个扣件操作机器人，多个扣件操作机器人可沿着作业车的行驶方向依次分布，作业车在沿轨道行走的过程中，逐一将位于所述作业车的头部的所述扣件操作机器人释放在不同的相邻两根轨枕的中间位置；其中，作业车的头部是指以作业车的行驶方向来看的头部，说明书附图1所示的箭头方向即为作业车的行驶方向。

然后，被释放的扣件操作机器人7对扣件进行操作，扣件操作机器人7的具体结构可参考说明书附图2所示，其可包括竖直提升机构71、扳手组件72、扣件拾取组件73、行走机构74和滚轮75，主要功能是对扣件进行拆卸和回收，扣件操作机器人7的具体工作原理和结构可参考现有技术，本文对此并未改进。

接着，当被释放的扣件操作机器人7完成操作工作时，即完成对扣件进行拆卸和回收时，由于扣件操作机器人7在操作过程中，作业车始终在沿轨道行走，因此完成操作工作的扣件操作机器人7处于作业车的尾部，并由作业车所收集，即在作业车的尾部收集。

最后，被收集于作业车的扣件操作机器人7，由作业车的尾部运送至作业车的头部，以执行下一轮的释放、操作和收集。

针对上述中“逐一将位于所述作业车的头部的所述扣件操作机器人释放在不同的相邻两根轨枕的中间位置”的步骤，可以通过设置降落圆盘3的方式，将扣件操作机器人7释放于相邻两根轨枕的中间位置。

为了清楚的描述如何利用降落圆盘3释放扣件操作机器人7，可参考说明书附图1示出的结构，然而需要指出的是，说明书附图1仅仅示出了一种用以释放扣件操作机器人7的循环系统，至于如何对扣件操作机器人7进行释放，还可设置其他不同结构，以达到相同的技术效果；同时，循环系统中各个部件的工作原理和设置方式亦可参考现有技术。

作业车可设置循环系统，循环系统的结构如说明书附图1所示，循环系统主要包括：上部输送轨道1、上部输送机构2、降落圆盘3、降落轨道4、下部支撑轨道6、提升圆盘9、提升轨道10、提升圆盘角度编码器11、降落圆盘角度编码器12、扣件回收机构13和道钉检测开关14；其中，降落圆盘3设于头部，降落圆盘3的周圈设有凹槽5，提升圆盘9设于尾部，提升圆盘9的周圈设有提升圆盘提升齿8。

扣件操作机器人7经降落圆盘3释放至下部支撑轨道6后，由扣件操作机器人7的行走机构74带动可沿循环系统前进的相反方向行进至道钉处自动对位，开始扣件拆卸作业；作业完成后，扣件操作机器人7继续沿循环系统前进相反方向行进，经提升圆盘9边缘的提升圆盘提升齿8拨动，扣件操作机器人7沿提升轨道10回到上部输送轨道1，当扣件操作机器人7到达扣件回收机构13的上方时，扣件操作机器人7将扣件释放在扣件回收机构13中，然后由上部输送机构2将扣件操作机器人7输送至降落圆盘3处等待，经降落圆盘3进入下一轮循环作业。

扣件操作机器人7设有滚轮75，可与降落圆盘3的凹槽5配合。当降落圆盘3旋转至凹槽5到达顶部时，处于降落圆盘3顶端的扣件操作机器人7的滚轮75落入凹槽5，此时扣件操作机器人7和降落圆盘3可同步运动，降落圆盘3继续旋转，扣件操作机器人7在降落圆盘3的带动下沿着降落轨道4转动，待凹槽5旋转至降落圆盘3底部时，扣件操作机器人7依靠自身重力释放至下部支撑轨道6。

结合上述，当扣件操作机器人7降落至下部支撑轨道6后，通过行走机构74以一定速度向循环系统前进相反方向移动并接近目标扣件，扣件操作机器人7的定位机构与扣件螺母碰撞实现扣件操作机器人7与扣件的自定位。扣件操作机器人7自定位后，竖直提升机构71带动扳手组件72与扣件拾取组件73运动至下极限位，扣件拾取组件73抱紧扣件，启动扳手组件72，直至将螺母拧出道钉为止。

当螺母拧出后，竖直提升机构71带动扳手组件72与扣件拾取组件73运动至上极限位，扣件被取出；完成当前扣件拆卸作业之后，提升圆盘9的提升圆盘提升齿8可将扣件操作机器人7勾起，并在提升圆盘9的旋转作用下，将扣件操作机器人7运送至上部输送轨道1，进入下一轮循环作业。

可以看出，扣件操作机器人7释放至下部支撑轨道6后，可在规定时间内自动完成扣件拆卸和回收作业，实现了匀速不间断的自动化扣件拆卸回收作业，显著提高了扣件拆卸和回收作业的工作效率，节约了人工成本。

其中，降落圆盘3的转速可由轨枕间距和作业车车速确定，为确保扣件操作机器人7在轨枕间距中心位置被释放至下部支撑轨道6，可采用自动控制系统通过速度匹配、降落位置匹配和误差消除三个控制过程对降落圆盘3的转速做出动态调节，实时纠正与调整扣件操作机器人7的释放位置，同时可维持作业车匀速运行状态。

针对降落圆盘3的转速v_转和作业车的车速v_车进行匹配的过程，可根据公式计算得到设有凹槽5的降落圆盘3的转速v_转，其中，n为所述降落圆盘3设有的所述凹槽5的个数，v_车为所述作业车的车速，d为两根所述轨枕的间距；

根据所述转速v_转控制所述降落圆盘3旋转，以使所述扣件操作机器人落在相邻两根轨枕的中间位置。

n可具体为四个，也即降落圆盘3设有四个凹槽5，在每个扣件操作机器人7的释放周期内，扣件操作机器人7随降落圆盘3转过90°，作业车行进距离刚好为两根轨枕间距，根据上述公式即可得到降落圆盘3的转速v_转。

可以假设降落圆盘3的转速误差阈值为△v，降落圆盘3的实际转速为v′_转，当|v′_转-v_转|≤△v时，可满足扣件操作机器人7在轨枕间距中心位置被释放至下部支撑轨道6，否则，需对降落圆盘3的转速输出值做出相应调整。

当v′_转＜v_转-△v时，倘若降落圆盘3以当前转速继续工作，扣件操作机器人7会释放在轨枕间距中心位置的右侧，故此时需增大降落圆盘3的转速输出值，以保证扣件操作机器人7准确降落在轨枕间距中心位置。

当v′_转＞v_转+△v时，倘若降落圆盘3以当前转速继续工作，扣件操作机器人7会释放在轨枕间距中心位置的左侧，故此时需减小降落圆盘3的转速输出值，以保证扣件操作机器人7准确降落在轨枕间距中心位置。

上述速度匹配是作业车及循环系统进入工作状态时的一个初始匹配过程，在作业车的车速v_车和轨枕间距d基本保持不变时，整个控制过程只需考虑速度匹配。

然而倘若在进行上述速度匹配的过程中，作业车的车速v_车和轨枕间距d出现固定变化时，则需要进行的一个再次调整过程，该过程即为下述的降落位置匹配。

根据公式计算得到所述角度θ，其中，n为所述降落圆盘3设有的所述凹槽5的个数，d为两根所述轨枕的间距，L为设于所述作业车的头部的道钉检测开关14和所述降落圆盘3的旋转中心之间的水平距离，m为当所述道钉检测开关14检测到下一所述轨枕时，在所述水平距离L内的所述轨枕的间距数量；

根据所述角度θ控制所述圆盘旋转。

其中，角度θ即为扣件操作机器人7即将被释放时的角度，结合说明书附图4可知，角度θ是指当前即将要掉落的扣件操作机器人7所在的凹槽5和降落圆盘3的中心之间的连线相较于水平线之间的角度。此外，道钉检测开关14可固定于作业车的前端，其和作业车同步运动，如说明书附图4和附图5所示。

也就是说，在扣件操作机器人7即将被释放时，此时监测降落圆盘3的当前位置是否符合上述角度θ。

当扣件操作机器人7被释放后，需要考虑下一个扣件操作机器人7被释放的角度问题，针对设置四个凹槽5的情形下，当上一个扣件操作机器人7刚刚被释放后，下一个扣件操作机器人7还应处于降落圆盘3上，且下一个扣件操作机器人7刚刚离开降落圆盘3的右侧90°的位置处，可参考说明书附图4和附图5。

根据公式计算得到扣件操作机器人7从凹槽5上掉落时下一个凹槽5的角度θ′，其中，n为所述降落圆盘3设有的所述凹槽5的个数，d为两根所述轨枕的间距，L为设于所述作业车的头部的道钉检测开关和所述圆盘的旋转中心之间的水平距离，m为当所述道钉检测开关检测到下一所述轨枕时，在所述水平距离L内的所述轨枕的间距数量；

根据所述角度θ′控制所述圆盘旋转。

其中，角度θ′是指当前一个扣件操作机器人7刚刚掉落后，接下来要掉落的扣件操作机器人7所在的凹槽5和降落圆盘3的中心之间的连线相较于水平线之间的角度，如说明书附图5所示。

本文的降落圆盘3可设置降落圆盘角度编码器12，可对扣件操作机器人7所处角度和降落圆盘3的当前速度进行实时检测，假设△θ为扣件操作机器人7的角度误差阈值，当扣件操作机器人7在降落圆盘3的当前角度θ″满足|θ″-θ|≤△θ以及|θ″-θ′|≤△θ时，则可满足扣件操作机器人7在轨枕间距中心位置被释放至下部支撑轨道6，否则，需对降落圆盘3的转速输出值做出相应调整。

当θ″＜θ-△θ时，若降落圆盘3以当前转速继续工作，则扣件操作机器人7会释放在轨枕间距中心位置的右侧，故此时需增大降落圆盘3的转速输出值，以保证扣件操作机器人7准确降落在轨枕间距中心位置。

当θ″＞θ+△θ时，若降落圆盘3以当前转速继续工作，则扣件操作机器人7会释放在轨枕间距中心位置的左侧，故此时需减小降落圆盘3的转速输出值，以保证扣件操作机器人7准确降落在轨枕间距中心位置。

与上述类似地，当θ″＜θ′-△θ时，需增大降落圆盘3的转速输出值；当θ″＞θ′+△θ时，需减小降落圆盘3的转速输出值。

更进一步地，作业车的前端还可设置里程编码器，可获取一定时间内养护作业车的行进距离。在养护作业车匀速前进过程中，道钉检测开关14每检测到一根轨枕，里程编码器进行一次脉冲计数。系统设置每经过p根轨枕，里程编码器读取一次养护作业车前进距离，即p根轨枕间距的实际里程M，此时，轨枕间距理论计算值N＝(p-1)×d。

假设系统设置的轨枕间距误差阈值为△d，当轨枕间距实际值与轨枕间距理论计算值满足关系式|M-N|≤△d时，可认为降落圆盘3以当前转速继续工作，扣件操作机器人7可从轨枕间距中心位置被释放至下部支撑轨道6。

上述过程即为误差消除过程，也即，

获取所述作业车在经过预设个数p的所述轨枕时的实际里程M；

根据公式N＝(p-1)×d计算得到所述作业车在经过预设个数p的所述轨枕时的理论里程N；其中，p为所述作业车经过的所述轨枕的预设个数，d为两根所述轨枕的理论间距；

判断|M-N|是否小于等于误差阈值△d，

若否，则当M＜N-△d时，控制所述转速v_转增大；

则当M＞N+△d时，控制所述转速v_转减小。

当上述中的速度匹配完成后，在位置匹配的过程中降落圆盘3的转速输出值持续增大/减小调整累积次数超过系统设置次数m，或p根轨枕间距差值不满足关系式|M-N|≤△d时，需对降落圆盘3的转速输出值做出相应调整；

首先，当速度匹配完成后，在位置匹配的过程中降落圆盘3的转速输出值持续增大调整累积次数超过m次时，可考虑速度匹配公式中，养护作业车车速v_车或者轨枕间距d发生了确定性的改变(固定增大)，此时应对降落圆盘3的转速输出值做增大调整；

其次，当速度匹配完成后，在位置匹配的过程中降落圆盘3的转速输出值持续减小调整累积次数超过m次时，可考虑速度匹配公式中，养护作业车车速v_车或者轨枕间距d发生了确定性的改变(固定减小)，此时应对降落圆盘3的转速输出值做减小调整；

再有，如上述，当M＜N-△d时，若降落圆盘3的当前转速不变，扣件操作机器人7将降落在轨枕间距中心位置左侧，若要要满足扣件操作机器人7的降落位置在轨枕间距中心，应控制所述转速v_转增大；

当M＞N+△d时，若降落圆盘3的当前转速不变，扣件操作机器人7将降落在轨枕间距中心位置右侧，若要满足扣件操作机器人7的降落位置在轨枕间距中心，应控制所述转速v_转减小。

综上可知，综合上述的速度匹配、降落位置匹配和误差消除三个控制过程调整后的降落圆盘3的转速输出值，对降落圆盘3的实际转速做出相应调整，可在一定误差范围内保证扣件操作机器人7降落位置的准确性，将扣件操作机器人7释放位置的误差控制在可控范围内，并使得养护作业车以固定速度保持匀速前行，在一定程度上提高了扣件操作机器人7作业的准确性，实现了成段扣件拆卸作业的自动化控制，提高扣件操作机器人7循环作业的工作效率。

本发明实施例还提供一种扣件操作机器人的控制装置，包括上文的扣件操作机器人的控制方法，还包括用以承载多个扣件操作机器人7的作业车。

与此同时，为了实现扣件操作机器人的控制装置的自动化程度，还可设置人机交互界面、循环系统主控制器、主无线控制器、主控制器子站和智能IO设备，如说明书附图3所示。

针对人机交互界面，其可直接与养护作业车的循环系统主控制器通讯，用于显示和设置循环系统的工作参数值，如竖直提升机构71的伺服驱动器的通讯状态等，并提供故障和报警信号，以便作业车操作人员及时发现异常。

针对循环系统主控制器，其可与主控制器子站和智能IO设备通讯，进行机器人控制和信号采集。

针对主无线控制器，其可与各个扣件操作机器人7的从无线控制器进行数据交换；从无线控制器直接连接相应扣件操作机器人7的竖直提升机构71和行走机构74的伺服控制器，发送命令控制扣件操作机器人7动作，并采集扣件操作机器人7数据发送至主无线控制器。

主无线控制器将机器人数据反馈至循环系统主控制器，并接收循环系统主控制器的控制命令。扣件操作机器人7的数据包括：竖直提升机构71的伺服驱动器的通讯状态、运行状态等。

针对主控制器子站，用于调节作业车车速、降落圆盘3的转速和提升圆盘9的转速，并接收来自各部位传感器及RFID控制器的反馈信号。RFID控制器通过识别扣件操作机器人7的标签获取扣件操作机器人的编号信息。

针对智能IO设备，主要包括提升圆盘角度编码器11和降落圆盘角度编码器12，该IO设备可直接读取提升圆盘9及降落圆盘3的角度和速度。

以上对本发明所提供的扣件操作机器人的控制方法和控制装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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。