1、系统实现功能

本项目研发一种铁路轨道扣件自动维护机器人，该机器人系统包括6个功能模块：自行走平台、轨道扣件定位、扣件自动装卸机械臂、扣件上料、扣件回收和人机交互界面，各功能模块由机器人智能控制中心电脑统一协调控制。可实现铁路轨道维护作业中对轨道扣件的无人工干预自动拆装全过程。

2、系统设计难点

由于维护机器人是在施工现场进行工作，实际工作环境复杂多变，鲁棒性的轨道扣件检测识别技术是轨道扣件自动维护的基础。因此需要研究适应多种施工环境的照明子系统、采集子系统和扣件检测识别算法。

在螺母安装时，由于螺栓是人工预埋，因此存在螺栓并不完全垂直工作面的情况，如果螺母与螺栓工作面不完全重合，则极易发生螺纹滑丝，由此导致的返工工作量巨大。因此需要研究解决机械臂操纵螺母与螺栓工作面重合后再旋紧的关键问题。

在螺母拆卸时，存在螺母螺栓结合力不一致的问题，并经常存在锈蚀的情况，使用传统电机恒定功率输出驱动机械臂难以实现拆卸。因此需要研究机械臂的瞬时大力矩输出方式和控制算法。

3、总体技术方案

主要工作流程如下：

在施工前，自行走平台及各功能模块需在要施工的轨道上组装完毕，通过外部线路或发电机供电，上电后，操作人员通过人机交互界面设定施工内容、施工方向、施工速度和施工距离，机器人通过机器视觉进行轨道扣件定位，如果施工内容是安装，则机械臂实现扣件的自动安装，同时扣件上料系统配合机械臂操作；如果施工内容是拆卸，则机械臂实现扣件的自动拆卸，同时扣件回收系统配合机械臂操作。为了提高工作效率，实际施工时，可并联两台机器人同时工作以进行双轨的维护。

图1. 系统工作流程图

本课题的主要研究内容包括以下6个方面。

（1）维护机器人轨道自行走平台

（2）基于多信息融合的轨道扣件识别定位子系统

（3）轨道扣件自装卸智能机械臂子系统

（4）轨道扣件自动上料子系统

（5）轨道扣件自动回收子系统

（6）系统集成及性能评价

4、具体技术指标

完成铁路轨道扣件自动维护机器人原理/验证样机1套，能够稳定实现自行走机构、机械臂子系统、上料系统、回收系统、扣件拆卸和安装等各个功能的正常稳定运行，具有较好的人机交互界面。