一种钢轨工作面仿形打磨机器人的制作方法

1.本实用新型涉及一种铁路养护机械技术领域，尤其涉及一种钢轨工作面仿形打磨机器人。


背景技术：

2.在无缝线路的钢轨铺设和钢轨换修施工中，需要对钢轨进行现场焊接，为了去除钢轨焊接过程中产品的焊锡等金属材料，以及为了消除轨道线路磨损病害，往往需要对轨道钢轨侧部和顶部进行仿形打磨，以恢复钢轨外形尺寸，使得钢轨表面平整，防止交通事故的发生。而目前，铁路系统对钢轨焊接点的打磨主要有大型打磨车方式和人工打磨方式。
3.大型打磨车主要用于新建线路铺轨时、或者在既有线路无缝化提速改造时使用。其速度快，效率高。但使用场合有限，因为大型打磨车体积太大，造价太高，导致每个铁路局数量太少，大型打磨车使用时得纳入铁路局机车统一调配，涉及到工务、机务、供电各部门，需要多人多部门协作，铁路部门在铁轨日常维护和焊接中不方便使用大型打磨车。
4.而在线路检修和焊接时完全依靠人工打磨，人工打磨使用一些简易的打磨机具，如角磨机，钢轨打磨机，钢轨仿形打磨机的机具，配合钢轨平直尺等量具等，在三五个人协作下，一边打磨一边测量。其劣势是打磨效率低，人工劳动强度大，打磨精度不高，打磨质量参差不齐，不能实现标准化作业。
5.现有的这种打磨方式，不仅准确度不高，测量时的人为因素及偶然因素也很大，而且大大浪费人力。因此，针对此种情况，有必要开发出一种特殊使用用途的钢轨对接焊缝工作面三轴柔性仿形打磨机器人。


技术实现要素：

6.本实用新型为解决现有打磨方式所存在的上述问题，自主设计开发出了一种打磨精度高、使用方便、操作简单、节省人力、测量效率高且智能化程度高的钢轨工作面仿形打磨机器人。
7.本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人能全自动对钢轨工作面进行打磨，且在打磨过程中实现激光自动跟踪、自动测量，并且操作简单，测量准确，可精确到0.5毫米级，最高精度可达到0.1mm级；这种该仿形打磨机器人一人就能操作，节省了人力，提高了效率。设置好仿形打磨机器人的参数后，人机界面一键式操作，可一次性完成整个打磨与测量工作，完全实现标准化作业。
8.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.本实用新型提供一种钢轨工作面仿形打磨机器人，包括移动安装平台和安装于所述移动安装平台上的打磨机构、第三轴旋转仿形机构及微电脑控制器；其中，所述第三轴旋转仿形机构安装于移动安装平台，且与所述打磨机构可拆卸连接，用于驱动其上安装的所述打磨机构沿所述钢轨的外周转动，用于对所述钢轨进行仿形打磨。
10.较为优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，还包括：
11.第一轴自动进给机构，所述第一轴自动进给机构可拆卸连接所述打磨机构，用于驱动所述打磨机构自动进给以贴近或远离所述钢轨；
12.第二轴平移测量机构，所述第二轴平移测量机构安装于所述第三轴旋转仿形机构，并连接所述第一轴自动进给机构，用于驱动所述打磨机构沿所述钢轨的长度方向移动。
13.优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述移动安装平台包括：
14.两扇形立板，所述扇形立板的顶边为弧形结构，相互之间通过第一连接杆呈对称连接；
15.两连接轴，所述连接轴分别纵向设置于对应的所述扇形立板外侧壁的下端，并可纵向跨设于两所述钢轨的上方；
16.两第一走行轮，所述第一走行轮分别套设于对应的所述连接轴的远侧端，且与远侧端的所述钢轨对应布置；
17.两第二走行轮，所述第二走行轮分别设置于对应的所述扇形立板外侧壁的下端，且与近侧端的所述钢轨对应布置。
18.较为优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述移动安装平台还包括：
19.第二连接杆，所述第二连接杆两端的端部分别连接两所述扇形立板的外侧端，且两端分别通过斜撑加强杆连接所述扇形立板的中部；
20.支撑框架，所述支撑框架呈倒u型结构，其两侧下端均对应连接所述扇形立板的外侧壁，并分别对应连接所述第二走行轮；
21.两钢轨固定器，所述钢轨固定器设置于对应的所述扇形立板内侧壁的下端，且其开口向下与近侧端的所述钢轨相应布置。
22.较为优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述移动安装平台还包括：
23.第一接近传感器，所述第一接近传感器设置于支撑框架内侧壁的近侧端，且位于所述第三轴旋转仿形机构顺时针转动的最大行程轨迹上；
24.第二接近传感器，所述第二接近传感器设置于所述支撑框架内侧壁的远侧端，且位于所述第三轴旋转仿形机构逆时针转动的最大行程轨迹上。
25.优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述打磨机构包括：
26.打磨机机架，所述打磨机机架的中部设置有中空的套筒，两端设置有打磨机滚轮；
27.打磨电机，所述打磨电机设置于所述第一轴自动进给机构上，且其输出轴上安装有打磨砂轮，所述打磨砂轮可伸缩设置于所述套筒内；
28.测距传感器，所述测距传感器至少为一个，设置于所述打磨机机架的底部；以及
29.打磨电控盒，所述打磨电控盒分别电连接所述打磨电机和所述测距传感器。
30.优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述第一轴自动进给机构包括：
31.第一轴机架，所述第一轴机架为倒u型结构，其两端连接所述打磨机构的打磨机机架；
32.第一步进电机，所述第一步进电机通过第一固定板连接所述第一轴机架；
33.第一滑台模组，所述第一滑台模组的底座固定连接所述第一固定板，其丝杆通过传动带连接所述第一步进电机，其滑台固定连接打磨电机并可进行上下滑动；以及
34.快捷接头，所述快捷接头至少为两个，下端固定设置于所述第一轴机架的顶部，上端与所述第二轴平移测量机构底部的快捷连接块可拆卸连接。
35.优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述第二轴平移测量机构包括：
36.第二滑台模组，所述第二滑台模组横向设置于所述第三轴旋转仿形机构的旋转工作支架上；
37.第二步进电机，所述第二步进电机设置于所述第二滑台模组的底座上，且其输出轴连接所述第二滑台模组上的丝杆，以驱动其上的滑台进行左右移动；
38.弹性导向伸缩机构，所述弹性导向伸缩机构的上端连接所述第二滑台模组的滑台，底部设置有快捷连接块。
39.较为优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述弹性导向伸缩机构包括：
40.第一导向板，所述第一导向板纵向设置于所述第二滑台模组的滑台上，且其两端分别开设有限位孔；
41.第二导向板，所述第二导向板纵向位于所述旋转工作支架的下方位置，且与所述第一导向板呈上下对应布置；
42.导向杆，所述导向杆为两个，其顶端分别设置有限位板，下端分别穿过所述第一导向板两端的限位孔固定于所述第二导向板；
43.伸缩弹簧，所述伸缩弹簧为两个，分别套设于对应的所述导向杆，其顶端连接所述第一导向板，下端连接所述第二导向板。
44.优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述第三轴旋转仿形机构包括：
45.旋转工作支架，所述旋转工作支架为中空的管状结构，其两端分别设置长轴支撑座；
46.旋转支撑架，所述旋转支撑架为两个，分别设置于两扇形立板的内侧或外侧，且其顶端连接对应的所述长轴支撑座的底部；
47.旋转支撑轴，所述旋转支撑轴的一端固定于所述扇形立板的弧形外周的圆心位置，另一端固定连接所述旋转支撑架的底端；
48.同步传动长轴，所述同步传动长轴横向穿设于所述旋转工作支架内，且其两端分别穿过所述长轴支撑座连接从动轮；
49.工作轴套，所述工作轴套为两个，其一端通过第二固定板安装于对应的所述旋转支撑架上端，另一端依次设置有主动轮和主动齿轮，所述主动轮通过同步带连接对应的所述从动轮；
50.圆弧齿条，所述圆弧齿条为两个，分别沿所述扇形立板的弧形顶边固定，且其外边缘高于所述扇形立板的顶边布置，并与所述主动齿轮齿合连接；
51.第三步进电机，所述第三步进电机至少为一个，对应安装于所述第二固定板，且其输出轴连接对应的所述工作轴套。
52.较为优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，所述第三轴旋转仿形机构还包括：
53.万向支撑器，所述万向支撑器的一端通过螺杆螺纹设置于所述旋转支撑架上端的通孔内，另一端通过滚珠设置于所述圆弧齿条的侧壁。
54.优选地，在所述的钢轨工作面仿形打磨机器人上，还包括：
55.微电脑控制器，所述微电脑控制器安装于所述移动安装平台的支撑框架上，且分
别电连接第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第一接近传感器、第二接近传感器以及打磨电控盒。
56.本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
57.(1)打磨精度高：针对钢轨上的焊缝，采用测距传感器自动寻焊缝高度，通过第一轴自动进给机构、第二轴平移测量机构和第三轴旋转仿形机构的协同配合，有效提高打磨精度，焊缝与基本轨的差值可达0.1mm级，具有较高的打磨精度；
58.(2)使用方便：该仿形打磨机器人的质量轻，拆装简单、运送方便；且采用了微电脑控制器对机构进行行程控制，测量时无需人工计算，能自动显示结果，是一款智慧型设备；
59.(3)操作简单：人工只需将该仿形打磨机器人运送到指定钢轨作业位置，将机器人固定在钢轨的焊接点上方，踩下机器人走行轮上的刹车或锁紧钢轨固定器，机器人即可固定在打磨位置；开启机器人自动打磨程序后，机器人完成自动打磨流程，并且在打磨时微电脑控制器的显示屏会有实时数据反馈，易于操作；
60.(4)节省人力：原人工打磨需3人协同工作，现采用该仿形打磨机器人仅需1人就可完成打磨工作，且整个打磨过程可采用一键设置方式，完全实现标准化作业，省时，省力；
61.(5)测量效率高：该仿形打磨机器人可一边对焊接点进行打磨，一边对钢轨表面进行自动测量，可由操作人员任意选取焊点高度，没有人为误差产生；
62.(6)智能化程度高：微电脑控制器采用人机界面触屏控制器，且带有存储功能，方便收集数据与分析数据，还可以有自动分析数据功能，为打磨程序的设定及各机构的行程控制提供参考依据；
63.(7)该仿形打磨机器人的结构设计新颖，运行稳定、可靠，具有省时、省力、高精度，高可靠，智能化程度高的特点，作为铁路维修的特种机器人开创了新思路。
附图说明
64.图1为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人的立体结构示意图一；
65.图2为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人的立体结构示意图二；
66.图3为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人的主视结构示意图；
67.图4为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人的左视结构示意图；
68.图5为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人的右视结构示意图；
69.图6为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人的仰视结构示意图；
70.图7为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中移动安装平台的左视结构示意图；
71.图8为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中移动安装平台的右视结构示意图；
72.图9为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中移动安装平台上钢轨固定器的结构示意图；
73.图10为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中打磨机构和第一轴自动进给机构的左视结构示意图；
74.图11为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中打磨机构和第一轴自动进给机构的右视结构示意图；
75.图12为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中打磨机构和第一轴自动进给机构的主视结构示意图；
76.图13为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中第二轴平移测量机构的俯视结构示意图；
77.图14为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中第二轴平移测量机构的仰视结构示意图；
78.图15为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中第三轴旋转仿形机构的左视结构示意图；
79.图16为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中第三轴旋转仿形机构的右视结构示意图；
80.图17为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中第三轴旋转仿形机构具有万向支撑器的左视结构示意图；
81.图18为本实用新型的钢轨工作面仿形打磨机器人中第三轴旋转仿形机构具有万向支撑器的右视结构示意图；
82.其中，各附图标记为：
83.001-钢轨；
84.100-移动安装平台，101-扇形立板，102-第一连接杆，103-第二连接杆，104-斜撑加强杆，105-连接轴，106-第一走行轮，107-第二走行轮，108-支撑框架，109-钢轨固定器，110-第一接近传感器，111-第二接近传感器；112-c型扣件，113-销轴固定件，114-锁紧螺栓；
85.200-打磨机构，201-打磨机机架，202-套筒，203-打磨机滚轮，204-打磨电机，205-打磨砂轮，206-打磨电控盒，207-测距传感器；
86.300-第一轴自动进给机构，301-第一轴机架，302-第一步进电机(，303-第一固定板，304-第一滑台模组，305-快捷接头；
87.400-第二轴平移测量机构，401-第二滑台模组，402-第二步进电机，403-第一导向板，404-第二导向板，405-导向杆，406-伸缩弹簧，407-快捷连接块；
88.500-第三轴旋转仿形机构，501-旋转工作支架，502-长轴支撑座，503-旋转支撑架，504-旋转支撑轴，505-同步传动长轴，506-同步带，507-工作轴套，508-第二固定板，509-圆弧齿条，510-第三步进电机，511-万向支撑器；
89.600-微电脑控制器。
具体实施方式
90.下面通过具体实施例对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。
91.在其中的一些实施例中，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，提供一种特殊使用用途的钢轨工作面仿形打磨机器人，其主要包括移动安装平台100、打磨机构200和由第一轴自动进给机构300、第二轴平移测量机构400及第三轴旋转仿形机构500构成的三轴柔性仿形打磨机构。第一轴自动进给机构300自动进给打磨机构200，第三轴旋转仿形机构500控制砂轮紧贴钢轨工作面旋转动作，第二轴平移测量机构400左右平移对焊接缝进行测量。
92.该钢轨工作面仿形打磨机器人能够由操作人员轻松手抬起，搬运至焊接点位钢轨上，能快速方便把机器人固定。且如果两焊接打磨点相距不远，则可以松开锁紧结构与滚轮刹车，在钢轨上人工推动该机器人前行，这样省力、方便。第二轴平移测量机构400和第三轴旋转仿形机构500安装固定在机器人本体上，打磨机构200和由第一轴自动进给机构300在工作时能快捷安装在第二轴平移测量机构400的快捷接口处，安装与拆卸方便省力；各电气采用航空接头，可快插快卸，但接触可靠。
93.从功能上来看，所述移动安装平台100可移动架设于两平行布置的钢轨001上，在该移动安装平台100上安装固定由第一轴自动进给机构300、第二轴平移测量机构400及第三轴旋转仿形机构500构成的三轴柔性仿形打磨机构，通过三轴柔性仿形打磨机构控制打磨机构200对钢轨焊接点进行高精度打磨。
94.如图10、图11和图12所示，所述打磨机构200可调节安装于所述移动安装平台100，用于对所述钢轨001进行接触打磨。具体地，所述打磨机构200主要包括打磨机机架201、打磨电机204、打磨砂轮205、测距传感器207和打磨电控盒206。
95.在所述打磨机机架201的中部设置有中空的套筒202，套筒202为环形的中空结构，用于安装打磨砂轮205，同时对打磨砂轮205起到一定的保护作用。打磨机机架201的两端分别设置有打磨机滚轮203，打磨机滚轮203在对焊接点进行打磨时，贴合在待打磨的钢轨001表面，以在打磨砂轮205与焊接点之间形成一个原始的给进空间，便于打磨砂轮205进行一定程度上的伸缩。打磨机滚轮203采用pom工程塑料材质，能保证与钢轨001接触绝缘，不可能产生其它的影响。
96.所述打磨电机204作为所述打磨机构200的动力驱动单元，其设置于所述第一轴自动进给机构300上，随第一轴自动进给机构300进行上下移动。所述打磨电机204的输出轴上安装有打磨砂轮205，所述打磨砂轮205可伸缩设置于所述套筒202内。所述打磨电机204用于驱动所述打磨砂轮205进行旋转，第一轴自动进给机构300用于驱动所述打磨砂轮205进给至焊接点。
97.所述测距传感器207采用激光测距传感器，用于实时检测焊缝与基本轨的差值，用于保证打磨的精度。该测距传感器207至少为一个，设置于所述打磨机机架201的底部；优选地，如图11和图12所示，所述测距传感器207为两个，分别设置在套筒202两侧的打磨机机架201底部位置。应当注意的是，该仿形打磨机器人实现仿形打磨的规则是以既有工作面作为打磨面的仿形参照，以既有工作面作为参照的方式有多种，如激光测量，超声测量，机械测量等方法实现仿形。
98.所述打磨电控盒206固定设置在打磨机机架201上，且位于所述打磨电机204的一侧位置。所述打磨电控盒206分别电连接所述打磨电机204和所述测距传感器207，用于根据所述测距传感器207检测的数据，控制打磨电机204运行或停止。
99.所述第一轴自动进给机构300作为该仿形打磨机器人的第一轴运动机构，可采用任何线性移动机构，其可采用任何线性移动机构，可拆卸连接所述打磨机构200，可根据焊接点大小及打磨要求更换不同的打磨机构200。所述第一轴自动进给机构300的设置主要是用于驱动所述打磨机构200在相对方向上进行上下移动，实现自动进给，以使得打磨机构200上的打磨砂轮205贴近或远离所述钢轨001。
100.所述打磨机构200和第一轴自动进给机构300构成一个可快捷拆卸的组合机构，其
工作时，打磨电机204带着打磨砂轮205高速旋转，为打磨砂轮205的打磨保证磨削力，第一轴自动进给机构300上的步进工进电机可手动寻砂轮到焊缝的打磨点，然后自动工作，每循环一次工进0.1mm，每次打磨完一次，通过第二轴平移测量机构400左右移动，由测距传感器207自动测出焊缝与基本轨和高度差值，这样能自动计算需打磨量，直到打磨平焊缝与钢轨误差小于0.1mm。该可快捷拆卸的组合机构与机器人本体能快捷组装与拆卸，并且稳定可靠，适用野外作业。
101.所述第二轴平移测量机构400作为该仿形打磨机器人的第二轴运动机构，可采用任何线性移动机构，其可拆卸连接所述第一轴自动进给机构300。具体地，所述第二轴平移测量机构400的底部与第一轴自动进给机构300的顶部之间采用快捷接头进行安装固定和拆卸，便于将第一轴自动进给机构300及其上的打磨机构200整体拆下，便于搬运输送，且安装拆卸简单方便。所述第二轴平移测量机构400主要用于驱动所述第一轴自动进给机构300及其上的所述打磨机构200沿所述钢轨001的长度方向移动，从而控制打磨机构200上的打磨砂轮205对焊接缝进行左右移动打磨。
102.所述第三轴旋转仿形机构500作为该仿形打磨机器人的第三轴运动机构，安装于移动安装平台100。且第三轴旋转仿形机构500上可拆卸安装有所述第二轴平移测量机构400，通过第三轴旋转仿形机构500可同步经第二轴平移测量机构400、第一轴自动进给机构300驱动打磨机构200相对移动安装平台100及钢轨001做翻转运动，第三轴旋转仿形机构500控制打磨机构200的翻转角度为0-270
°
，能够对钢轨001除底部位置的大部分外表面进行打磨。优选地，第三轴旋转仿形机构500控制打磨机构200的翻转角度为0-180
°
；更优选地，第三轴旋转仿形机构500控制打磨机构200的翻转角度为0-150
°
，能够满足大部分钢轨焊接面的打磨需求。第三轴旋转仿形机构500的主要作用是用于驱动其上安装的所述打磨机构200沿所述钢轨001的外周转动，往复打磨钢轨焊接缝。
103.在其中的一些实施例中，如图7和图8所示，所述移动安装平台100的结构整体呈对称布置，其主要包括两扇形立板101、两连接轴105、两第一走行轮106和两第二走行轮107。
104.所述扇形立板101为扇形的钢板结构，其顶边为圆弧形结构的外边缘。所述扇形立板101作为第三轴旋转仿形机构500的安装支撑框架，根据需要，可以为多个，呈并排且间隔布置，相互之间通过一根第一连接杆102连接。优选地，所述扇形立板101为两个，该两个所述扇形立板101的内侧端之间采用一根第一连接杆102进行固定连接。
105.所述连接轴105和第一连接杆102构成了该移动安装平台100的底部支撑结构，第一连接杆102沿钢轨001的长度方向横向布置，所述连接轴105垂直第一连接杆102沿布置。具体地，所述连接轴105为两个，分别纵向设置于两所述扇形立板101外侧壁的下端位置，并纵向跨设在两所述钢轨001的上方位置。该移动安装平台100通过所述连接轴105架设在待打磨钢轨001的焊接点位置上。
106.为提高该仿形打磨机器人搬运的便捷性，便于移动移动安装平台100，以对同一钢轨001上不同的焊接缝进行打磨。通过在移动安装平台100的底部安装走行轮，可实现移动安装平台100的自由移动。
107.具体地，所述走行轮包括两第一走行轮106和两第二走行轮107，两第一走行轮106和两第二走行轮107均采用可刹车行走轮，整体呈四角布置在移动安装平台100的底部。值得注意的是，该仿形打磨机器人在钢轨上移动只设计了四个走行轮，如何驱动这四个走行
轮有太多方法，如人工推动、机器拉动、电机驱动等，如且根据需要可在该移动安装平台100上配设行走电机，用于驱动第一走行轮106或第二走行轮107在钢轨001上进行主动行走。第一走行轮106和第二走行轮107均采用pom工程塑料材质，能保证与钢轨001接触绝缘，不可能产生其它的影响。
108.两所述第一走行轮106分别套设于对应的所述连接轴105的远侧端，且与远侧端的所述钢轨001对应布置，在采用该仿形打磨机器人时，人工将移动安装平台100的一侧通过第一走行轮106架设在远侧端的所述钢轨001上。
109.两所述第二走行轮107分别设置于对应的所述扇形立板101外侧壁的下端，且与近侧端的所述钢轨001对应布置。根据需要，所述第二走行轮107可安装在连接轴105另一端上，也可以如图7和图8所示固定安装在扇形立板101外侧壁。在采用该仿形打磨机器人时，人工移动安装平台100的另一侧通过第二走行轮107架设在近侧端的所述钢轨001上。
110.作为其中的一个优选实施例，为提高该移动安装平台100结构在使用过程中的稳定性，克服因晃动对打磨精度的影响。所述移动安装平台100还包括第二连接杆103、斜撑加强杆104和支撑框架108。所述第二连接杆103两端的端部分别连接两所述扇形立板101的外侧端，且两端分别通过斜撑加强杆104连接所述扇形立板101的中部，形成三角固定结构，从底部对两扇形立板101进行加固。所述支撑框架108呈倒u型结构，其两侧支脚的下端均对应连接所述扇形立板101的外侧壁，并分别对应连接所述第二走行轮107。此外，所述支撑框架108的两端的支脚可采用若干螺栓固定安装在扇形立板101外侧壁。
111.作为其中的一个优选实施例，如图7和图8所示，所述移动安装平台100还包括两钢轨固定器109，所述钢轨固定器109设置于对应的所述扇形立板101内侧壁的下端，且其开口向下与近侧端的所述钢轨001相应布置。具体地，如图9所示，所述钢轨固定器109为类似自行车钳形闸结构，其主要由两片c型扣件112、一个销轴固定件113和两个锁紧螺栓114组成，两个c型扣件112的顶端通过销轴固定件113铰接连接并固定安装在扇形立板101上，两所述扇形立板101分别安装有锁紧螺栓114。当移动安装平台100人工搬运到钢轨001上时，两片c型扣件112下端打开抱合钢轨001，通过旋紧锁紧螺栓114，锁紧螺栓114的另一端紧紧的抵接在钢轨001上。
112.作为其中的一个优选实施例，如图2、图6和图8所示，为使得第三轴旋转仿形机构500的可调旋转行程在可限范围内，所述移动安装平台100还包括第一接近传感器110和第二接近传感器111，通过第一接近传感器110和第二接近传感器111控制第三轴旋转仿形机构500的翻转行程。
113.所述第一接近传感器110通过固定块设置在支撑框架108内侧壁的近侧端，且位于所述第三轴旋转仿形机构500顺时针转动的最大行程轨迹上。当第三轴旋转仿形机构500向上翻转至第一接近传感器110位置时，第三轴旋转仿形机构500停止翻转。
114.所述第二接近传感器111通过固定块设置于所述支撑框架108内侧壁的远侧端，且位于所述第三轴旋转仿形机构500逆时针转动的最大行程轨迹上。当第三轴旋转仿形机构500向下翻转至第二接近传感器111位置时，第三轴旋转仿形机构500停止翻转。
115.在其中的一些实施例中，如图10、图11和图12所示，所述第一轴自动进给机构300主要包括第一轴机架301、第一步进电机302、第一滑台模组304和快捷接头305。由第一步进电机302、第一滑台模组304构成该所述第一轴自动进给机构300的第一驱动组件，实现所述
第一轴自动进给机构300上下动作的第一驱动组件受最高与最低调节行程限制，上下可调行程必须在可限范围内。且该第一驱动组件受激光测距组件实时测量数据结合微电脑控制器600来控制。
116.所述第一轴机架301为倒u型结构，其由方管采用焊接方式或螺栓固定方式构成。第一轴机架301两端的支脚的底端焊接连接所述打磨机构200的打磨机机架201上，构成稳固的方形框架结构。所述第一轴机架301一侧的支脚上设置有第一固定板303，第一固定板303为l型固定板，其竖向板采用焊接或螺栓连接的方式固定在第一轴机架301上，横向板上固定安装有第一步进电机302和第一滑台模组304。
117.具体地，所述第一滑台模组304采用滚珠丝杆模组驱动组件，其底座固定连接所述第一固定板303，其上滚珠丝杆的一端通过传动带连接所述第一步进电机302，滚珠丝杆上安装有滑台，且打磨电机204固定安装在滑台上，该打磨电机204可在第一步进电机302的驱动下随滑台进行上下滑动。
118.所述快捷接头305至少为两个，下端固定设置于所述第一轴机架301的顶部，上端与所述第二轴平移测量机构400底部的快捷连接块407可拆卸连接。所述快捷连接块407的一侧端开设有挂孔，快捷接头305的上端设置有限位块，该限位块的直径大于挂孔的大小，快捷接头305通过限位块挂在快捷连接块407上，且安装拆卸方便，快捷。
119.在其中的一些实施例中，如图13和图14所示，所述第二轴平移测量机构400作为该仿形打磨机器人的第二轴运动机构，其主要包括第二滑台模组401、第二步进电机402和弹性导向伸缩机构，用于驱动第二滑台模组401带动所述第一轴自动进给机构300及其上的所述打磨机构200沿所述钢轨001的长度方向移动。该第二轴平移测量机构400上控制砂轮左右移动的第二滑台模组401受最左与最右调节行程限制，其左右可调行程必须在可限范围内。
120.具体地，所述第二滑台模组401横向设置于所述第三轴旋转仿形机构500的旋转工作支架501上；所述第二步进电机402设置于所述第二滑台模组401的底座上，且其输出轴连接所述第二滑台模组401上的丝杆，以驱动其上的滑台进行左右移动。所述弹性导向伸缩机构的上端连接所述第二滑台模组401的滑台，底部设置有快捷连接块407。通过所述第二步进电机402驱动弹性导向伸缩机构沿第二滑台模组401的长度方向进行左右移动。
121.具体地，所述弹性导向伸缩机构包括第一导向板403、第二导向板404、导向杆405和伸缩弹簧406。其中，所述第一导向板403纵向设置于所述第二滑台模组401的滑台上，且其两端分别开设有限位孔。所述第二导向板404纵向位于所述旋转工作支架501的下方位置，且与所述第一导向板403呈上下对应布置。
122.所述导向杆405为两个，其顶端分别设置有限位板，下端分别穿过所述第一导向板403两端的限位孔固定于所述第二导向板404。所述伸缩弹簧406为两个，分别套设于对应的所述导向杆405，其顶端连接所述第一导向板403，下端连接所述第二导向板404。
123.第二轴平移测量机构400通第二滑台模组401实现左右直线移动，弹性导向伸缩机构通过弹簧力的作用，在仿形打磨时使打磨砂轮紧靠钢轨焊缝面实现打磨，由于钢轨截面不是规则面，通过弹性导向伸缩机构自动伸缩来做自动调整，简单实用，与第一轴快捷连接块在第一轴安装与拆卸时方便可靠。
124.在其中的一些实施例中，如图15和图16所示，所述第三轴旋转仿形机构500整体呈
对称布置，主要包括旋转工作支架501、旋转支撑架503、旋转支撑轴504、同步传动长轴505、工作轴套507、圆弧齿条509和第三步进电机510。由第三步进电机510、工作轴套507及圆弧齿条509构成所述第三轴旋转仿形机构500的第三驱动组件，实现砂轮紧贴钢轨工作面旋转动作的第三驱动组件受顺时针与逆时针调节行程限制，旋转可调行程必须在可限范围内。同样地，第三驱动组件受激光测距组件实时测量数据结合微电脑控制器600来控制。
125.其中，所述旋转工作支架501为中空的管状结构，其两端分别设置长轴支撑座502。所述旋转支撑架503为两个，分别设置于两扇形立板101的内侧或外侧，且其顶端连接对应的所述长轴支撑座502的底部，通过旋转工作支架501左右分别设置的两组旋转支撑架503为确保了第三轴旋转仿形机构500旋转半径的一致性。
126.所述旋转支撑轴504一端通过方形轴承座固定于所述扇形立板101的弧形外周的圆心位置，另一端通过卧式轴承座固定连接所述旋转支撑架503的底端。所述同步传动长轴505横向穿设于所述旋转工作支架501内，且其两端分别穿过所述长轴支撑座502连接从动轮。
127.所述工作轴套507为两个，其一端通过第二固定板508安装于对应的所述旋转支撑架503上端，另一端依次设置有主动轮和主动齿轮，所述主动轮通过同步带506连接对应的所述从动轮；所述圆弧齿条509为两个，分别沿所述扇形立板101的弧形顶边固定，且其外边缘高于所述扇形立板101的顶边布置，并与所述主动齿轮齿合连接；所述第三步进电机510至少为一个，对应安装于所述第二固定板508，且其输出轴连接对应的所述工作轴套507。
128.所述第三轴旋转仿形机构500左右两边通过齿轮、圆弧齿条做旋转工作，带动其为钢轨做仿形打磨，为确保左右两边同步工作，采用左右两边同步带及带轮连接，并且由同步传动长轴505做两端同步驱动功能，解决了两端不同步问题。需说明的是，该第三轴旋转仿形机构500采用弧形齿条59作为弧形动作线路，也可采用圆形、不规则形作为动作线路。
129.此外，如图17和图18所示，所述第三轴旋转仿形机构500还包括万向支撑器511，所述万向支撑器511采用带杆圆柱直筒万向球，也即市售可得的牛眼轮万向球，其一端通过螺杆螺纹可伸缩设置于所述旋转支撑架上端的通孔内，另一端通过滚珠设置于所述圆弧齿条的侧壁。滚珠相对圆弧齿条侧壁的间距可通过旋转螺杆来调节控制。通过万向支撑器511起到固定第三轴旋转仿形机构500的作用，防止第三轴旋转仿形机构500左右摆动，保证了机器人打磨时的结构稳定性。
130.在其中的一些实施例中，如图1、图2、图3所示，该钢轨工作面仿形打磨机器人还包括微电脑控制器600，微电脑控制器600采用人机界面触屏控制器。
131.所述微电脑控制器600安装于所述移动安装平台100的支撑框架108上，且分别电连接测距传感器207、第一步进电机302、第二步进电机402、第三步进电机510、第一接近传感器110、第二接近传感器111以及打磨电控盒206。通过第一步进电机302、第二步进电机402、第三步进电机510分别控制第一轴、第二轴及第三轴的调节行程，并由微电脑控制器600根据测距传感器207及第一接近传感器110、第二接近传感器111的实时测量数据来控制。上述实现精准打磨的各轴上行程的调整均可采用该机器人实现，并且操作方便，适宜一人操作，只要将机器人运送到指定工作地点即可。
132.在其中的一些实施例中，第一步进电机302、第二步进电机402、第三步进电机510及打磨电机204等均可采用三相电机、两相电机、柴油机、汽油机等作为动力源，具体根据需
要而定。
133.结合图1、图2、图3、图4和图5所示，该钢轨工作面仿形打磨机器人在使用时，需根据待打磨钢轨进行相应的调试，主要调试方法如下：
134.(1)人工将该仿形打磨机器人运送到需要打磨的钢轨上，快速压紧行走轮上的刹车，把机器人快速定位在钢轨上，不能产生移动；
135.(2)按微电脑控制器上的电源按钮，启动机器人；
136.(3)点击微电脑控制器上显示屏的手动寻底按钮，待砂轮与钢轨之间摩擦产生火花时再点击手动寻底按钮，完成手动寻底；
137.(4)点击微电脑控制器上显示屏的手动打磨；若在该机器人上加装砂轮阻力监测的设备，则步骤(3)可以省略，直接进入步骤(4)；
138.(5)待机器人完成自动打磨，控制砂轮上下、左右、旋转动作的步进电机在微电脑控制下自动回到初始状态，打磨工作结束。
139.调试后，结合如图1、图2、图3、图4、图12、图13和图14，该钢轨工作面仿形打磨机器人的工作原理说明如下：
140.(1)四人把打磨机器人本体抬到需打磨焊缝的钢轨001上，快速在第二轴平移测量机构400安装好打磨第一轴自动进给机构300和打磨机构200，调整好打磨砂轮与钢轨焊缝的位置，固定好机器人本体，连接好电气线路航空插头，并与发电机连接好电源，发电机供电，人工按电源按钮，整个机器人上电；
141.(2)按微电脑控制器600上的起动按钮，打磨电机204工作，从触屏按键上点动自动寻焊缝高度，第一步进电机302点动缓慢进给；
142.(3)当砂轮有微量火花时停止步进电机工作，然后人工点自动工作按键，第二旋转步进电机往复工作一次，第二步进电机402左右工作移动一次，测距传感器207测量一次焊缝与基本轨的高度差值，第一步进电机302进0.1mm，第三轴旋转仿形机构500往复工作第二次，第二步进电机402左右工作二次，测距传感器207测一次焊缝与基本轨的高度差值；
143.(4)通过多次自动循环，当激光测距传感器测到焊缝与基本轨的差值小于0.1mm后，机器人自动复位并停止工作，焊缝打磨完成。
144.本实用新型的仿形打磨机器人只精确打磨钢轨内侧面与钢轨正上方面，因为此两面与火车钢轮接触，需要精确控制打磨精度尺寸，减少人工打磨精度不高与不一致性的缺陷，避免工作过程中人为因素的偶然性，对钢轨在维修过程中很适用。
145.此外，本实用新型的仿形打磨机器人设计时就考虑如何减轻重量，降低搬运过程中的不方便性，并且打磨机构及第一轴自动进给机构能与机器人本体快捷装、卸，是钢轨维修的好帮手。且该机器人的打磨过程采用一键设置方式，省时、省力、高精度，高可靠，智能化程度高，做为铁路维修的特种机器人开创了新思路。
146.以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

技术特征：
1.一种钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，包括移动安装平台和安装于所述移动安装平台上的打磨机构、第三轴旋转仿形机构及微电脑控制器；其中，所述第三轴旋转仿形机构安装于移动安装平台，且与所述打磨机构可拆卸连接，用于驱动其上安装的所述打磨机构沿所述钢轨的外周转动，用于对所述钢轨进行仿形打磨。2.根据权利要求1所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，还包括：第一轴自动进给机构，所述第一轴自动进给机构可拆卸连接所述打磨机构，用于驱动所述打磨机构自动进给以贴近或远离所述钢轨；第二轴平移测量机构，所述第二轴平移测量机构安装于所述第三轴旋转仿形机构，并连接所述第一轴自动进给机构，用于驱动所述打磨机构沿所述钢轨的长度方向移动。3.根据权利要求1所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述移动安装平台包括：两扇形立板，所述扇形立板的顶边为弧形结构，相互之间通过第一连接杆呈对称连接；两连接轴，所述连接轴分别纵向设置于对应的所述扇形立板外侧壁的下端，并可纵向跨设于两所述钢轨的上方；两第一走行轮，所述第一走行轮分别套设于对应的所述连接轴的远侧端，且与远侧端的所述钢轨对应布置；两第二走行轮，所述第二走行轮分别设置于对应的所述扇形立板外侧壁的下端，且与近侧端的所述钢轨对应布置。4.根据权利要求3所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述移动安装平台还包括：第二连接杆，所述第二连接杆两端的端部分别连接两所述扇形立板的外侧端，且两端分别通过斜撑加强杆连接所述扇形立板的中部；支撑框架，所述支撑框架呈倒u型结构，其两侧下端均对应连接所述扇形立板的外侧壁，并分别对应连接所述第二走行轮；两钢轨固定器，所述钢轨固定器设置于对应的所述扇形立板内侧壁的下端，且其开口向下与近侧端的所述钢轨相应布置。5.根据权利要求3所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述移动安装平台还包括：第一接近传感器，所述第一接近传感器设置于支撑框架内侧壁的近侧端，且位于所述第三轴旋转仿形机构顺时针转动的最大行程轨迹上；第二接近传感器，所述第二接近传感器设置于所述支撑框架内侧壁的远侧端，且位于所述第三轴旋转仿形机构逆时针转动的最大行程轨迹上。6.根据权利要求2所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述打磨机构包括：打磨机机架，所述打磨机机架的中部设置有中空的套筒，两端设置有打磨机滚轮；打磨电机，所述打磨电机设置于所述第一轴自动进给机构上，且其输出轴上安装有打磨砂轮，所述打磨砂轮可伸缩设置于所述套筒内；测距传感器，所述测距传感器至少为一个，设置于所述打磨机机架的底部；以及打磨电控盒，所述打磨电控盒分别电连接所述打磨电机和所述测距传感器。
7.根据权利要求2所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述第一轴自动进给机构包括：第一轴机架，所述第一轴机架为倒u型结构，其两端连接所述打磨机构的打磨机机架；第一步进电机，所述第一步进电机通过第一固定板连接所述第一轴机架；第一滑台模组，所述第一滑台模组的底座固定连接所述第一固定板，其丝杆通过传动带连接所述第一步进电机，其滑台固定连接打磨电机并可进行上下滑动；以及快捷接头，所述快捷接头至少为两个，下端固定设置于所述第一轴机架的顶部，上端与所述第二轴平移测量机构底部的快捷连接块可拆卸连接。8.根据权利要求2所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述第二轴平移测量机构包括：第二滑台模组，所述第二滑台模组横向设置于所述第三轴旋转仿形机构的旋转工作支架上；第二步进电机，所述第二步进电机设置于所述第二滑台模组的底座上，且其输出轴连接所述第二滑台模组上的丝杆，以驱动其上的滑台进行左右移动；弹性导向伸缩机构，所述弹性导向伸缩机构的上端连接所述第二滑台模组的滑台，底部设置有快捷连接块。9.根据权利要求8所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述弹性导向伸缩机构包括：第一导向板，所述第一导向板纵向设置于所述第二滑台模组的滑台上，且其两端分别开设有限位孔；第二导向板，所述第二导向板纵向位于所述旋转工作支架的下方位置，且与所述第一导向板呈上下对应布置；导向杆，所述导向杆为两个，其顶端分别设置有限位板，下端分别穿过所述第一导向板两端的限位孔固定于所述第二导向板；伸缩弹簧，所述伸缩弹簧为两个，分别套设于对应的所述导向杆，其顶端连接所述第一导向板，下端连接所述第二导向板。10.根据权利要求1所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述第三轴旋转仿形机构包括：旋转工作支架，所述旋转工作支架为中空的管状结构，其两端分别设置长轴支撑座；旋转支撑架，所述旋转支撑架为两个，分别设置于两扇形立板的内侧或外侧，且其顶端连接对应的所述长轴支撑座的底部；旋转支撑轴，所述旋转支撑轴的一端固定于所述扇形立板的弧形外周的圆心位置，另一端固定连接所述旋转支撑架的底端；同步传动长轴，所述同步传动长轴横向穿设于所述旋转工作支架内，且其两端分别穿过所述长轴支撑座连接从动轮；工作轴套，所述工作轴套为两个，其一端通过第二固定板安装于对应的所述旋转支撑架上端，另一端依次设置有主动轮和主动齿轮，所述主动轮通过同步带连接对应的所述从动轮；圆弧齿条，所述圆弧齿条为两个，分别沿所述扇形立板的弧形顶边固定，且其外边缘高
于所述扇形立板的顶边布置，并与所述主动齿轮齿合连接；第三步进电机，所述第三步进电机至少为一个，对应安装于所述第二固定板，且其输出轴连接对应的所述工作轴套。11.根据权利要求10所述的钢轨工作面仿形打磨机器人，其特征在于，所述第三轴旋转仿形机构还包括：万向支撑器，所述万向支撑器的一端通过螺杆螺纹设置于所述旋转支撑架上端的通孔内，另一端通过滚珠设置于所述圆弧齿条的侧壁。

技术总结
本实用新型公开了一种钢轨工作面仿形打磨机器人，包括移动安装平台和安装于所述移动安装平台上的打磨机构、第三轴旋转仿形机构及微电脑控制器；其中，所述第三轴旋转仿形机构安装于移动安装平台，且与所述打磨机构可拆卸连接，用于驱动其上安装的所述打磨机构沿所述钢轨的外周转动，用于对所述钢轨进行仿形打磨。本实用新型仿形打磨机器人可自动完成打磨流程，在打磨时微电脑控制器的显示屏会有实时数据反馈，易于操作；且其结构设计新颖，运行稳定、可靠，具有省时、省力、高精度、高可靠、智能化程度高的特点。化程度高的特点。化程度高的特点。


技术研发人员：陈山明 曹升 邹静 徐凤生 刘志春 郭标 丁胜强 汪群娟 郭方瑜 郭方岳
受保护的技术使用者：上海同贺信息科技有限公司
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2023/7/23