全向智能移動設(shè)備在列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)中的應(yīng)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(dá)科技發(fā)展有限公司，北京 100190）

控制技術(shù)

全向智能移動設(shè)備在列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)中的應(yīng)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(dá)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(yùn)不方便等問題，提出了一種基于麥克納姆輪的列車轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。介紹了設(shè)備的工作原理及實(shí)現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)開發(fā)了一套多功能列車轉(zhuǎn)運(yùn)平臺，多功能列車轉(zhuǎn)運(yùn)平臺具備靈活的運(yùn)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(yùn)效率。

全向輪組；列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)；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(yùn)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(yùn)往往采用常規(guī)的輪式轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，輪式轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)向等功能，轉(zhuǎn)彎半徑大，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性不高，轉(zhuǎn)運(yùn)效率低下，嚴(yán)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(yùn)設(shè)備。通過麥克納姆輪特殊的全向移動形式，結(jié)合雙平臺聯(lián)動控制技術(shù)，實(shí)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(shè)備載重大、定位精度高，運(yùn)動形式靈活，可大幅提高列車車體的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，有效提升廠房利用率及生產(chǎn)效率。

1 設(shè)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(dá)40t，為了充分節(jié)省空間，提高設(shè)備利用率，本列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備采用兩臺設(shè)備聯(lián)動控制的形式，通過麥克納姆輪實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全向移動功能[1]，通過聯(lián)通式液壓懸掛實(shí)現(xiàn)地面的適應(yīng)性及升降功能。

1.1 全向移動功能實(shí)現(xiàn)原理

本設(shè)備通過麥克納姆輪實(shí)現(xiàn)全向移動功能，麥克納姆輪結(jié)構(gòu)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(luò)線形成一個(gè)圓。每個(gè)全向輪組具有繞輪組軸心轉(zhuǎn)動、繞棍子軸心轉(zhuǎn)動兩個(gè)自由度[2,3]。

圖1 全向輪結(jié)構(gòu)形式

全向移動功能一般通過四個(gè)或者四個(gè)以上麥克納姆輪協(xié)同控制輪組實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，通過輪組之間的方向、差速及上述兩個(gè)自由度的分解或合成，實(shí)現(xiàn)設(shè)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(guān)系圖

1.2 液壓懸掛實(shí)現(xiàn)原理

根據(jù)上述麥克納姆輪實(shí)現(xiàn)原理，輪組與地面有效接觸是實(shí)現(xiàn)全向移動功能的首要條件。另外，設(shè)備還需要具備一定的升降功能，實(shí)現(xiàn)列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)過程架臺的離地后轉(zhuǎn)運(yùn)及轉(zhuǎn)運(yùn)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(gè)功能。

由于本列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備單平臺采用12個(gè)麥克納姆輪，采用常規(guī)的減振形式難以實(shí)現(xiàn)12個(gè)輪組同時(shí)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(gè)減振油缸分為四組，每組油缸兩兩聯(lián)通，當(dāng)出現(xiàn)單個(gè)輪組與地面沒有有效接觸時(shí)，液壓系統(tǒng)會自動均衡各油缸壓力，實(shí)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(shí)現(xiàn)車姿控制，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升降功能。

圖3 液壓懸掛聯(lián)通原理示意圖

2 設(shè)備實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)備的整體設(shè)計(jì)

列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備采用兩臺基于麥克納姆輪的移動平臺聯(lián)動控制，實(shí)現(xiàn)列車車體的轉(zhuǎn)運(yùn)功能。單個(gè)移動平臺采用12個(gè)麥克納姆輪，控制12個(gè)行走電機(jī)控制麥克納姆輪的方向、速度，通過12個(gè)麥克納姆輪驅(qū)動力的合成與分解，實(shí)現(xiàn)設(shè)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(gè)輪組的著地性。

圖4為列車車體轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備系統(tǒng)原理圖，操作者通過

圖4 設(shè)備原理示意圖

【】【】手持器將操作信息發(fā)送給兩個(gè)控制器，控制器通過識別手持器信號，判定操作指令，同時(shí)結(jié)合位移傳感器反饋的信號，判定設(shè)備當(dāng)前位置、速度信息，通過運(yùn)動學(xué)方程解算成相應(yīng)的電機(jī)方向、轉(zhuǎn)速指令，并傳遞給相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)按照指令運(yùn)轉(zhuǎn)。位移傳感器將相應(yīng)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(shí)現(xiàn)整個(gè)聯(lián)動過程的精確控制。同時(shí)，控制器將兩移動平臺位移、速度等相關(guān)信息傳遞給操作者，為發(fā)出下一個(gè)操作指令做參考[5]。

2.2 設(shè)備實(shí)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(tuán)第五研究院航天技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品孵化項(xiàng)目（2012FH06529）

龐龍亮（1983 -），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)研究。