一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制系统及方法

1.一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于：磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法的实现所用到的系统包括设于待打磨钢轨（1）上方的打磨车（2），设于所述打磨车（2）内的计算控制中心（3）、射流发生单元（4）和机械臂驱动单元（5），设于所述打磨车（2）下表面的激光测距传感器组件（6）和喷嘴控制单元（7）；其中，所述射流发生单元（4）、所述机械臂驱动单元（5）、所述激光测距传感器组件（6）以及所述喷嘴控制单元（7）分别与所述计算控制中心（3）通信连接；所述激光测距传感器组件（6）包括间隔设于所述打磨车（2）下表面的第一激光测距传感器（61）和第二激光测距传感器（62）；所述喷嘴控制单元（7）包括设于所述机械臂驱动单元（5）下面的机械臂（71）、设于所述机械臂（71）上的射流喷嘴（72）和陀螺仪（73）；所述射流喷嘴（72）通过射流管（42）和所述射流发生单元（4）连接；通过所述激光测距传感器组件（6）对所述打磨车（2）行驶过程中不同截面所述钢轨（1）的轨顶高度数据进行快速采集，并通过所述计算控制中心（3）对采集数据进行处理，对不同截面所述钢轨（1）的打磨理想轮廓尺寸进行计算，从而实现不同钢轨截面所述射流喷嘴（72）目标空间位置的即时计算；通过所述陀螺仪（73）和所述机械臂（71）对所述射流喷嘴（72）的空间状态进行精确定位，并结合所述射流喷嘴（72）的目标空间位置进行路径规划，通过所述机械臂驱动单元（5）驱动所述机械臂（71）并带动所述射流喷嘴（72）快速到达目标空间位置执行打磨工作；磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法包括如下步骤：S1：分别对机械臂（71）的坐标系及自身姿态、第一激光测距传感器（61）、第二激光测距传感器（62）以及陀螺仪（73）进行标定和零点漂移补偿；S2：计算控制中心根据所述钢轨（1）的标准廓形，对比钢轨标准尺寸和所述钢轨（1）的实测轨顶高度，利用相似性原理，建立所述钢轨（1）的理想轮廓尺寸；S3：所述计算控制中心（3）对比钢轨理想轮廓尺寸和实时射流切割参数，计算得到所述射流喷嘴（72）的目标位置数据；S4：所述计算控制中心（3）分析所述陀螺仪（73）和所述机械臂（71）的实时状态检测数据，并通过计算得到所述射流喷嘴（72）的实际空间位置数据；S5：所述计算控制中心（3）对所述机械臂（71）的路径进行规划，所述机械臂驱动单元（5）驱动所述机械臂（71）使所述射流喷嘴（72）的位置由所述实际空间位置到达所述目标位置，从而实现射流喷嘴空间位置的精确控制；S6：所述计算控制中心（3）将新的实时射流切割参数传递至所述射流发生单元（4），所述射流发生单元（4）产生高压磨料射流并传递至所述射流喷嘴（72），所述射流喷嘴（72）将所述高压磨料射流冲击在所述钢轨（1）上进行打磨。 2.根据权利要求1所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于：所述射流发生单元（4）与所述计算控制中心（3）之间设有射流发生系统电源控制线（41），通过所述射流发生系统电源控制线（41）实现所述射流发生单元（4）与所述计算控制中心（3）的通信连接；所述机械臂驱动单元（5）与所述计算控制中心（3）之间设有机械臂电源信号线（51），通过所述机械臂电源信号线（51）实现所述机械臂驱动单元（5）与所述计算控制中心（3）的通信连接；所述陀螺仪（73）和所述计算控制中心（3）之间设有陀螺仪电源信号线（731），通过所述陀螺仪电源信号线（731）实现所述陀螺仪（73）和所述计算控制中心（3）的通信连接。 3.根据权利要求2所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于：所述第一激光测距传感器（61）和所述计算控制中心（3）之间设有第一激光测距传感器电源信号线（611），通过所述第一激光测距传感器电源信号线（611）实现所述第一激光测距传感器（61）和所述计算控制中心（3）的通信连接；所述第二激光测距传感器（62）和所述计算控制中心（3）之间设有第二激光测距传感器电源信号线（621），通过所述第二激光测距传感器电源信号线（621）实现所述第二激光测距传感器（62）与所述计算控制中心（3）的通信连接。 4.根据权利要求3所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于：所述钢轨（1）设于钢轨轨枕（11）上；所述第一激光测距传感器（61）设于所述钢轨轨枕（11）的中心正上方，用于实时测量所述打磨车（2）与所述钢轨轨枕（11）的距离H1，并通过所述第一激光测距传感器电源信号线（611）将所述距离H1数据传送至所述计算控制中心（3）；所述第二激光测距传感器（62）设于所述钢轨（1）的轨顶中心正上方，用于实时测量所述打磨车（2）与所述钢轨（1）的轨顶之间的距离H2，并通过所述第二激光测距传感器电源信号线（621）将所述距离H2数据传送至所述计算控制中心（3）。 5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于：所述机械臂（71）从打磨车（2）内伸出，所述射流喷嘴（72）安装在机械臂（71）的前端套筒内，所述陀螺仪（73）安装在所述机械臂（71）的前端套筒上。 6.根据权利要求5所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于，步骤S2中所述实测轨顶高度的得到包括以下步骤：S21：在打磨车行驶过程中，通过所述第一激光测距传感器（61）测量所述打磨车（2）与所述钢轨轨枕（11）的距离H1，并通过所述第一激光测距传感器电源信号线（611）将距离H1数据传送至计算控制中心（3）；S22：通过所述第二激光测距传感器（62）测量所述打磨车（2）与所述钢轨（1）轨顶的距离H2，并通过所述第二激光测距传感器电源信号线（621）将距离H2数据传送至计算控制中心（3）；S23：所述计算控制中心（3）通过计算得出所述钢轨（1）的所述实测轨顶高度H3=H1-H2通过所述计算控制中心（3）计算得到所述钢轨（1）的实测轨顶高度。 7.根据权利要求5所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于，步骤S3中所述目标位置数据包括所述射流喷嘴（72）距所述钢轨（1）的距离H0、所述射流喷嘴（72）沿所述钢轨（1）方向转动角度α0及所述射流喷嘴（72）与所述钢轨轨枕（11）上表面的夹角β0。 8.根据权利要求5所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于，步骤S4中所述实际空间位置数据的得到包括：所述陀螺仪（73）通过所述陀螺仪电源信号线（731）将其检测到的实时角度数据信息传递至所述计算控制中心（3），所述机械臂驱动单元（5）通过所述机械臂电源信号线（51）将所述机械臂（71）的实时状态信息传递至所述计算控制中心（3），所述计算控制中心（3）通过计算得出所述射流喷嘴（72）的实际空间位置数据。 9.根据权利要求5所述的一种磨粒水射流钢轨打磨喷嘴姿态控制方法，其特征在于，步骤S4中所述实际空间位置数据包括所述射流喷嘴（72）距所述钢轨（1）的距离H4、所述射流喷嘴（72）沿所述钢轨（1）方向转动角度α1及所述射流喷嘴（72）与所述钢轨轨枕（11）上表面的夹角β1。