龐龍亮，楊 輝，王海峰，許世杰，張軍奎

（北京衛(wèi)星制造廠 北京星達科技發(fā)展有限公司，北京 100190）

控制技術

全向智能移動設備在列車車體轉(zhuǎn)運中的應用

龐龍亮，楊 輝，王海峰，許世杰，張軍奎

（北京衛(wèi)星制造廠 北京星達科技發(fā)展有限公司，北京 100190）

針對高速動車組車體體積大、重量大帶來的轉(zhuǎn)運不方便等問題，提出了一種基于麥克納姆輪的列車轉(zhuǎn)運設備。介紹了設備的工作原理及實現(xiàn)方式。在此基礎上自主設計開發(fā)了一套多功能列車轉(zhuǎn)運平臺，多功能列車轉(zhuǎn)運平臺具備靈活的運動方式、良好的通過性、較高的定位精度，極大的提高了高速動車組的轉(zhuǎn)運效率。

全向輪組；列車車體轉(zhuǎn)運；智能控制

0 引言

列車車體尺寸大，重量大，列車裝配廠房往往存在空間有限，作業(yè)通道狹小，列車裝配過程中車體的轉(zhuǎn)運成為影響列車生產(chǎn)效率的重要因素。通常列車車體轉(zhuǎn)運往往采用常規(guī)的輪式轉(zhuǎn)運設備，輪式轉(zhuǎn)運設備可實現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)向等功能，轉(zhuǎn)彎半徑大，運轉(zhuǎn)靈活性不高，轉(zhuǎn)運效率低下，嚴重影響了列車裝配廠房利用率及列車生產(chǎn)效率。

針對上述問題，本文提出了一種基于麥克納姆輪的列車車體轉(zhuǎn)運設備。通過麥克納姆輪特殊的全向移動形式，結合雙平臺聯(lián)動控制技術，實現(xiàn)列車車體的二維平面內(nèi)全向移動及有效行程內(nèi)任意高度的升降及定位。該設備載重大、定位精度高，運動形式靈活，可大幅提高列車車體的轉(zhuǎn)運效率，有效提升廠房利用率及生產(chǎn)效率。

1 設備原理

列車車體長，重量大，例如一節(jié)高速列車車體長度約25m，裝配過程后期重量可達40t，為了充分節(jié)省空間，提高設備利用率，本列車車體轉(zhuǎn)運設備采用兩臺設備聯(lián)動控制的形式，通過麥克納姆輪實現(xiàn)設備的全向移動功能[1]，通過聯(lián)通式液壓懸掛實現(xiàn)地面的適應性及升降功能。

1.1 全向移動功能實現(xiàn)原理

本設備通過麥克納姆輪實現(xiàn)全向移動功能，麥克納姆輪結構如圖1所示，主要由輪轂和具有特殊輪廓曲線的棍子組成，其中棍子均勻的分布在輪轂上，可以自由旋轉(zhuǎn)，棍子軸線與輪轂軸線成45度夾角，所有棍子組成的外包絡線形成一個圓。每個全向輪組具有繞輪組軸心轉(zhuǎn)動、繞棍子軸心轉(zhuǎn)動兩個自由度[2,3]。

圖1 全向輪結構形式

全向移動功能一般通過四個或者四個以上麥克納姆輪協(xié)同控制輪組實現(xiàn)。如圖2所示，通過輪組之間的方向、差速及上述兩個自由度的分解或合成，實現(xiàn)設備的全向移動功能。

圖2 全向移動形式與各輪驅(qū)動方向關系圖

1.2 液壓懸掛實現(xiàn)原理

根據(jù)上述麥克納姆輪實現(xiàn)原理，輪組與地面有效接觸是實現(xiàn)全向移動功能的首要條件。另外，設備還需要具備一定的升降功能，實現(xiàn)列車車體轉(zhuǎn)運過程架臺的離地后轉(zhuǎn)運及轉(zhuǎn)運后落地功能，因此懸掛系統(tǒng)必須具備輪組著地及升降兩個功能。

由于本列車車體轉(zhuǎn)運設備單平臺采用12個麥克納姆輪，采用常規(guī)的減振形式難以實現(xiàn)12個輪組同時著地，本文開發(fā)了一種聯(lián)通式液壓減振系統(tǒng)，將十二個減振油缸分為四組，每組油缸兩兩聯(lián)通，當出現(xiàn)單個輪組與地面沒有有效接觸時，液壓系統(tǒng)會自動均衡各油缸壓力，實現(xiàn)輪組著地。

通過動力單元、車姿控制閥、油缸內(nèi)置位移傳感器閉環(huán)控制，實現(xiàn)車姿控制，即可實現(xiàn)設備的升降功能。

圖3 液壓懸掛聯(lián)通原理示意圖

2 設備實現(xiàn)

2.1 設備的整體設計

列車車體轉(zhuǎn)運設備采用兩臺基于麥克納姆輪的移動平臺聯(lián)動控制，實現(xiàn)列車車體的轉(zhuǎn)運功能。單個移動平臺采用12個麥克納姆輪，控制12個行走電機控制麥克納姆輪的方向、速度，通過12個麥克納姆輪驅(qū)動力的合成與分解，實現(xiàn)設備二維平面內(nèi)任意方向的移動功能，包括直行、橫行、斜行、任意曲線移動、零回轉(zhuǎn)半徑轉(zhuǎn)動等全向移動形式[4]。通過上述液壓懸掛系統(tǒng)，確保每個輪組的著地性。

圖4為列車車體轉(zhuǎn)運設備系統(tǒng)原理圖，操作者通過

圖4 設備原理示意圖

【】【】手持器將操作信息發(fā)送給兩個控制器，控制器通過識別手持器信號，判定操作指令，同時結合位移傳感器反饋的信號，判定設備當前位置、速度信息，通過運動學方程解算成相應的電機方向、轉(zhuǎn)速指令，并傳遞給相應的電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器驅(qū)動電機按照指令運轉(zhuǎn)。位移傳感器將相應的位置、高度信息傳遞給控制器，兩控制器比較位置、高度信息后自動修正偏差，從而實現(xiàn)整個聯(lián)動過程的精確控制。同時，控制器將兩移動平臺位移、速度等相關信息傳遞給操作者，為發(fā)出下一個操作指令做參考[5]。

2.2 設備實現(xiàn)

The application of intelligent omni-directional mobile platform in high speed train body transportation

PANG Long-liang, YANG Hui, WANG Hai-feng, XU Shi-jie, ZHANG Jun-kui

TH238

B

1009-0134(2016)12-0009-03

2016-08-23

中國航天科技集團第五研究院航天技術應用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品孵化項目（2012FH06529）

龐龍亮（1983 -），男，工程師，工學碩士，主要從事機械設計研究。