CN108166421B - 一种基于路面清洁度检测的环卫作业车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于路面清洁度检测的环卫作业车，包括洒水机构和垃圾收集机构；还包括控制器、速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器；速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器均与控制器相连；洒水机构和垃圾收集机构受控于控制器；控制器还连接有定位模块；控制器基于定位模块计算环卫作业车的在最近的△t时间段行驶距离△s，基于垃圾箱容量传感器计算垃圾箱容量在单位距离内的增量△V；计算已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2＝△V/△s；基于γ2控制清扫电机的转速n。该基于路面清洁度检测的环卫作业车易于实施，能实现智能加水和倾倒垃圾。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于路面清洁度检测的环卫作业车。
背景技术
现有的负责清扫路面的环卫车，在其行进路线上，何时需要加水，何时需要倾倒垃圾，均需要人工自行确定，往往导致以下问题：
(1)因为缺水而距离最近的加水点较远，而需要返回加水，导致清扫效率降低，以及导致油耗或电能增加；
(2)因为垃圾仓满需要退回垃圾站倾倒垃圾再继续作业导致作业效率降低，以及导致油耗或电能增加；
因此，有必要设计一种新的基于路面清洁度检测的环卫作业车。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于路面清洁度检测的环卫作业车，该基于路面清洁度检测的环卫作业车能智能调节清扫电机转速。
发明的技术解决方案如下：
一种基于路面清洁度检测的环卫作业车包括洒水机构和垃圾收集机构；还包括控制器、速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器；速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器均与控制器相连；洒水机构和垃圾收集机构受控于控制器；
控制器还连接有定位模块；
控制器基于定位模块计算环卫作业车的在最近的△t时间段行驶距离△s，基于垃圾箱容量传感器计算垃圾箱容量在单位距离内的增量△V；
计算已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2＝△V/△s；基于γ2控制清扫电机的转速n。
环卫作业车上还包括摄像头和通信模块。
方法2中，驾驶员通过按键或触摸屏输入清洁度等级信号，如5个按键，按下第一个按键表示当前清洁度为1级，等等；在方法2中，远程操控员通人机接口发送清洁度等级信号到环卫车。
采用以下方法确定路面清洁度；
方法1：计算单位时间内垃圾箱中垃圾的增量确定路面清洁度；
方法2：由驾驶员基于视觉判断路面清洁度；
方法3：在环卫车前端安装摄像头以获取清扫现场路面图像并将清扫现场路面图像发送至远程监控平台，由远程控制平台的操作员基于摄像头获取的清扫现场路面图像确定路面清洁度；
基于路面清洁度控制清扫电机的转速；路面越清洁，则清扫电机的转速越小；
环卫车作业路径规划方法还包括垃圾倾倒控制方法。
方法1中，转速n＝k2*γ2，γ2为已作业单位公里数平均垃圾收集量； k2为常数。
方法2和方法3中，设定清洁度为5级，转速n＝i*k3*γ2，i＝1,2，...，5， i表示级别，k3表示常数，即级别越高，转速越大。
所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车的控制方法还包括补水控制方法。
本发明还能依据雨量检测以节水；
一种基于雨量检测的环卫车作业控制方法，作业车通过基于雨量传感器的雨量检测电路检测作业时的实时的雨量值；根据雨量值调节水量调节阀的开度以调节清扫机构中的喷水量，以节约水箱中的蓄水用量。
水量调节阀的开度(百分数)K＝1-k1*Rx；k1为常数，K的取值为0-1之间； Rx为雨量传感器的输出电压值。k1依据实际情况取值。
包括基于雨量检测的补水控制方法；
补水控制方法包括如下步骤：
步骤11：检测与补水有关的参数：
检测或计算如下参数：
(1)检测当前剩余储水量Lx；
(2)已作业单位公里数平均洒水量β2；
(3)计算当前位置到前方最近的2个补水点的距离，单位为公里；
其中到最近的第一个补水点Z1的距离为S2，到次近的补水点Z2的距离为 S7；
步骤12：计算当前位置到Z1的消耗水量Lz1；计算当前位置到Z2的消耗水量Lz2；
Lz1＝S2*β2；Lz2＝S7*β2；
步骤13：判断是否需要在Z1补水点进行补水：
若Lz1<Lx≦Lz2，则必须在Z1点加水；
若Lz2<Lx，则不在Z1点加水；至于在Z2是否需要加水，则在下一个路段 (即Z1到z2之间的路段)再确定。
当环卫车越过补水点Z1后，则返回步骤11；返回步骤11后，重新确定Z1 和Z2。
已作业单位公里数平均洒水量β2的计算方法为：β2＝(L-a*ε)/k；
其中L为水箱容量，a为水箱当前水位，ε为水箱横截面积，k为已作业行驶里程。
环卫车匀速行驶；匀速是指速度在预设速度v0的±10％的范围内，v0为常量。如为20km/h。
水箱水位由水位传感器测量得到，环卫车上设有控制器(如MCU等)，控制器中具有用于计算参数的计算模块。
还包括垃圾倾倒控制方法；
垃圾倾倒控制方法包括以下步骤：
步骤21：检测与垃圾倾倒有关的参数：
检测或计算如下参数：
(1)检测当前已收集垃圾量b；
(2)已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2
(3)当前车辆位置与指定垃圾倾倒点位置Y距离：S1；
步骤22：计算垃圾箱满预期可作业距离S6＝(M-b)/γ2
步骤23：判断是否需要在指定垃圾倾倒点Y倾倒垃圾：
若S1≦S6＜S1+S3，则必须在Y点倾倒垃圾；
M为垃圾箱容量，
S3为指定垃圾倾倒点Y与作业终点位置F距离；
作业终点也具有垃圾倾倒处。
已收集垃圾量通过称重检测或采用接近传感器或超声波传感器检测。
已收集垃圾量通过红外对射管检测。红外对射管用于检查垃圾箱的垃圾堆积高度，红外对射管为多组，竖直等间距排布。
已作业单位公里数平均垃圾收集量的计算公式为:γ2＝(M-b)/k。
一种基于雨量检测的环卫作业车，包括洒水机构和垃圾收集机构；还包括控制器、速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器；速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器均与控制器相连；洒水机构和垃圾收集机构受控于控制器；
环卫作业车还包括雨量检测电路，雨量检测电路包括雨量传感器和放大器；雨量传感器输出的信号通过放大器进入控制器；控制器还控制水量调节阀的开度，具体控制电路为现有成熟技术。
放大器为基于多路选择器的放大倍数可调的放大器。
多路选择器为四选一多路选择器，所述的放大器为OP07运算放大器。
雨量传感器的信号输出端输出雨量采集信号Vin，所述的信号输出端经电阻 R0的接运算放大器(型号为OP07，或采用LM353等)的反相输入端，运算放大器的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器的同向输入端还分别经4个电阻 R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器OP07的输出端Vout，Vout接控制器的ADC端；
控制器的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；
所述的环卫车的动力装置采用锂电池驱动。新能源汽车，节能环保。也可以采用燃油车，或者混动车。
水量调节阀的开度(百分数)K＝1-k1*Rx；k1为常数，K的取值为0-1之间； Rx为雨量传感器的输出电压值；k1依据实际情况取值。
所述的环卫车由锂电池驱动。采用新能源汽车，节能环保。环卫车也可以采用燃油车，或者采用混合动力车。
另外，多个环卫车具有定位模块，且都与监控平台无线通信连接。
另外，每一个环卫车均与远程监控中心无线通信连接，并接收远程监控中心发出的指令，指令中包括路径规划指令，即每一辆车按照什么路线行驶，由多个环卫车共同完成某一区域的清扫作业。环卫车本身具有定位模块，能依据路径规划行驶，避免偏航，能实现无人自动驾驶，或者远程平台的操控下行驶。
有益效果：
本发明的基于路面清洁度检测的环卫作业车，通过水箱水位检测以及垃圾箱实时剩余容量的检测，再结合当前位置到最近的补水点以及垃圾倾倒点的距离，综合提前判定在何处补水，在何处倾倒垃圾，能显著提高清扫作业效率，也能避免多走行程导致清扫车能耗增加，另外，本发明还可以通过雨量检测实施喷水量控制，从而节约用水，更进一步，本发明还可以基于路面清洁度检测实现清扫电机的转速控制，使得整个作业过程更智能。因而，本发明的基于路面清洁度检测的环卫作业车具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为环卫车作业路径及区域示意图。
图2为电路原理框图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：如图1和2，一种基于雨量检测的环卫车作业控制方法，作业车通过基于雨量传感器的雨量检测电路检测作业时的实时的雨量值；根据雨量值调节水量调节阀的开度以调节清扫机构中的喷水量，以节约水箱中的蓄水用量。
水量调节阀的开度(百分数)K＝1-k1*Rx；k1为常数，K的取值为0-1之间； Rx为雨量传感器的输出电压值。k1依据实际情况取值。
包括基于雨量检测的补水控制方法；
补水控制方法包括如下步骤：
步骤11：检测与补水有关的参数：
检测或计算如下参数：
(1)检测当前剩余储水量Lx；
(2)已作业单位公里数平均洒水量β2；
(3)计算当前位置到前方最近的2个补水点的距离，单位为公里；
其中到最近的第一个补水点Z1的距离为S2，到次近的补水点Z2的距离为 S7；
步骤12：计算当前位置到Z1的消耗水量Lz1；计算当前位置到Z2的消耗水量Lz2；
Lz1＝S2*β2；Lz2＝S7*β2；
步骤13：判断是否需要在Z1补水点进行补水：
若Lz1<Lx≦Lz2，则必须在Z1点加水；
若Lz2<Lx，则不在Z1点加水；至于在Z2是否需要加水，则在下一个路段 (即Z1到z2之间的路段)再确定。
当环卫车越过补水点Z1后，则返回步骤11；返回步骤11后，重新确定Z1 和Z2。
已作业单位公里数平均洒水量β2的计算方法为：β2＝(L-a*ε)/k；
其中L为水箱容量，a为水箱当前水位，ε为水箱横截面积，k为已作业行驶里程。
环卫车匀速行驶；匀速是指速度在预设速度v0的±10％的范围内，v0为常量。如为20km/h。
水箱水位由水位传感器测量得到，环卫车上设有控制器(如MCU等)，控制器中具有用于计算参数的计算模块。
还包括垃圾倾倒控制方法；
垃圾倾倒控制方法包括以下步骤：
步骤21：检测与垃圾倾倒有关的参数：
检测或计算如下参数：
(1)检测当前已收集垃圾量b；
(2)已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2
(3)当前车辆位置与指定垃圾倾倒点位置Y距离：S1；
步骤22：计算垃圾箱满预期可作业距离S6＝(M-b)/γ2
步骤23：判断是否需要在指定垃圾倾倒点Y倾倒垃圾：
若S1≦S6＜S1+S3，则必须在Y点倾倒垃圾；
M为垃圾箱容量，
S3为指定垃圾倾倒点Y与作业终点位置F距离；
作业终点也具有垃圾倾倒处。
已收集垃圾量通过称重检测或采用接近传感器或超声波传感器检测。
已收集垃圾量通过红外对射管检测。红外对射管用于检查垃圾箱的垃圾堆积高度，红外对射管为多组，竖直等间距排布。
已作业单位公里数平均垃圾收集量的计算公式为:γ2＝(M-b)/k。
一种基于雨量检测的环卫作业车，包括洒水机构和垃圾收集机构；还包括控制器、速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器；速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器均与控制器相连；洒水机构和垃圾收集机构受控于控制器；
环卫作业车还包括雨量检测电路，雨量检测电路包括雨量传感器和放大器；雨量传感器输出的信号通过放大器进入控制器；控制器还控制水量调节阀的开度，具体控制电路为现有成熟技术。
放大器为基于多路选择器的放大倍数可调的放大器。
多路选择器为四选一多路选择器，所述的放大器为OP07运算放大器。
雨量传感器的信号输出端输出雨量采集信号Vin，所述的信号输出端经电阻 R0的接运算放大器(型号为OP07，或采用LM353等)的反相输入端，运算放大器的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器的同向输入端还分别经4个电阻 R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器OP07的输出端Vout，Vout接控制器的ADC端；
控制器的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；
所述的环卫车的动力装置采用锂电池驱动。新能源汽车，节能环保。也可以采用燃油车，或者混动车。
水量调节阀的开度(百分数)K＝1-k1*Rx；k1为常数，K的取值为0-1之间；Rx为雨量传感器的输出电压值；k1依据实际情况取值。
所述的环卫车由锂电池驱动。采用新能源汽车，节能环保。环卫车也可以采用燃油车，或者采用混合动力车。
本发明还能依据路面清洁度检测实施路径规划；
一种基于路面清洁度检测的环卫作业车的控制方法，采用以下方法确定路面清洁度；
方法1：计算单位时间内垃圾箱中垃圾的增量确定路面清洁度；
方法2：由驾驶员基于视觉判断路面清洁度；
方法3：在环卫车前端安装摄像头以获取清扫现场路面图像并将清扫现场路面图像发送至远程监控平台，由远程控制平台的操作员基于摄像头获取的清扫现场路面图像确定路面清洁度；
基于路面清洁度控制清扫电机的转速；路面越清洁，则清扫电机的转速越小；
环卫车作业路径规划方法还包括垃圾倾倒控制方法。
方法1中，转速n＝k2*γ2，γ2为已作业单位公里数平均垃圾收集量； k2为常数。
方法2和方法3中，设定清洁度为5级，转速n＝i*k3*γ2，i＝1,2，...，5，i表示级别，k3表示常数，即级别越高，转速越大。
所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车的作业方法还包括补水控制方法；
基于路面清洁度检测的环卫作业车包括洒水机构和垃圾收集机构；还包括控制器、速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器；速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器均与控制器相连；洒水机构和垃圾收集机构受控于控制器；
控制器还连接有定位模块；
控制器基于定位模块计算环卫作业车的在最近的△t时间段行驶距离△s，基于垃圾箱容量传感器计算垃圾箱容量在单位距离内的增量△V；
计算已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2＝△V/△s；基于γ2控制清扫电机的转速n。
环卫作业车上还包括摄像头和通信模块。
方法2中，驾驶员通过按键或触摸屏输入清洁度等级信号，如5个按键，按下第一个按键表示当前清洁度为1级，等等；在方法2中，远程操控员通人机接口发送清洁度等级信号到环卫车。
另外，多个环卫车具有定位模块，且都与监控平台无线通信连接。
另外，每一个环卫车均与远程监控中心无线通信连接，并接收远程监控中心发出的指令，指令中包括路径规划指令，即每一辆车按照什么路线行驶，由多个环卫车共同完成某一区域的清扫作业。环卫车本身具有定位模块，能依据路径规划行驶，避免偏航，能实现无人自动驾驶，或者远程平台的操控下行驶。
已收集垃圾量通过称重检测。
已收集垃圾量通过红外对射管检测。红外对射管用于检查垃圾箱的垃圾堆积高度，红外对射管为多组，竖直等间距排布。
雨量检测的工作原理如下：
雨量传感器的信号输出端输出雨量采集信号Vin，所述的信号输出端经电阻 R0的接运算放大器OP07(或采用LM353等)的反相输入端，运算放大器OP07 的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器OP07的同向输入端还分别经4个电阻 R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器OP07的输出端Vout，Vout接控制器的ADC端；
另外控制器的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；
Vout与Vin的关系如下：
Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；
其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0. 可以方便地实现量程和精度切换。
实施例2：
原始输入信息：水箱水位(a)、已收集垃圾量(b)、当前车辆位置信息(X)、当前车速(c)、已作业时间(t)、已作业行驶里程(k)、指定垃圾倾倒点位置信息(Y)、指定加水点位置信息1(Z1)、指定加水点位置信息2(Z2)，作业终点位置信息(F)。
水箱容量：L；垃圾箱容量：M
从原始输入信息计算出的数据信息：
当前剩余储水量＝a*ε；
当前剩余垃圾箱容量＝M-b；
已作业单位时间平均洒水量β1＝(L-a*ε)/t；
已作业单位公里数平均洒水量β2＝(L-a*ε)/k；
已作业单位时间平均垃圾收集量γ1＝b/t；
已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2＝b/k；
当前已作业线路平均车速￡＝k/t
当前车辆位置(X)与指定垃圾倾倒点位置(Y)距离：S1；
当前车辆位置(X)与指定加水点位置(Z1)距离：S2；
当前车辆位置(X)与指定加水点位置(Z2)距离：S7；
指定垃圾倾倒点(Y)与作业终点位置(F)距离：S3；
指定指定加水点(Z1)与作业终点位置(F)距离：S4；
指定指定加水点(Z2)与作业终点位置(F)距离：S8；
注，ε为水箱横截面积。
到达加水点预期剩余水量Ls＝L-a*ε-S2*(L-a*ε)/k；
到达预期垃圾倾倒点垃圾箱剩余容量Ms＝M-b-S1*b/k；
到水箱水位为零时预期可作业距离S5＝(L-a*ε)/β2；
垃圾箱满预期可作业距离S6＝(M-b)/γ2；
若0≦Ls≦(S5-S2)*β2&S5<S7，则必须在Z1点加水；
若(S7-S2)*β2≦Ls≦(S8+S7)*β2，可不再Z1点加水，但必须在Z2 点加水；
若S1*γ2≦Ms≦(S1+S3)*γ2，则必须在Y点倾倒垃圾。
Claims (10)
1.一种基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，包括洒水机构和垃圾收集机构；还包括控制器、速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器；速度检测传感器、水箱水位传感器和垃圾箱容量传感器均与控制器相连；洒水机构和垃圾收集机构受控于控制器；
控制器还连接有定位模块；
控制器基于定位模块计算环卫作业车的在最近的△t时间段行驶距离△s，基于垃圾箱容量传感器计算垃圾箱容量在单位距离内的增量△V；
计算已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2＝△V/△s；基于γ2控制清扫电机的转速n。
2.根据权利要求1所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，采用以下方法确定路面清洁度；
方法1：计算单位时间内垃圾箱中垃圾的增量确定路面清洁度；
方法2：由驾驶员基于视觉判断路面清洁度；
方法3：在环卫作业车前端安装摄像头以获取清扫现场路面图像并将清扫现场路面图像发送至远程监控平台，由远程控制平台的操作员基于摄像头获取的清扫现场路面图像确定路面清洁度；
基于路面清洁度控制清扫电机的转速；
方法1中，转速n＝k2*γ2，γ2为已作业单位公里数平均垃圾收集量；
k2为常数，方法2和方法3中，设定清洁度为5级，转速n＝i*k3*γ2，i＝1,2，...，5，i表示级别，k3表示常数，即级别越高，转速越大。
3.根据权利要求1所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，
环卫作业车的补水控制方法包括如下步骤：
步骤11：检测与补水有关的参数：
检测或计算如下参数：
(1)检测当前剩余储水量Lx；
(2)已作业单位公里数平均洒水量β2；
(3)计算当前位置到前方最近的2个补水点的距离，单位为公里；
其中到最近的第一个补水点Z1的距离为S2，到次近的补水点Z2的距离为S7；
步骤12：计算当前位置到Z1的消耗水量Lz1；计算当前位置到Z2的消耗水量Lz2；
Lz1＝S2*β2；Lz2＝S7*β2；
步骤13：判断是否需要在Z1补水点进行补水：
若Lz1<Lx≦Lz2，则必须在Z1点加水；
若Lz2<Lx，则不在Z1点加水；
当环卫作业车越过补水点Z1后，则返回步骤11。
4.根据权利要求3所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，已作业单位公里数平均洒水量β2的计算方法为：β2＝(L-a*ε)/k；
其中L为水箱容量，a为水箱当前水位，ε为水箱横截面积，k为已作业行驶里程。
5.根据权利要求3所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，环卫作业车匀速行驶；匀速是指速度在预设速度v0的±10％的范围内，v0为常量。
6.根据权利要求3-5任一项所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，水箱水位由水箱水位传感器测量得到，环卫作业车上设有控制器，控制器中具有用于计算参数的计算模块。
7.根据权利要求6所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，环卫作业车的垃圾倾倒控制方法包括以下步骤：
步骤21：检测与垃圾倾倒有关的参数：
检测或计算如下参数：
(1)检测当前已收集垃圾量b；
(2)已作业单位公里数平均垃圾收集量γ2
(3)当前车辆位置与指定垃圾倾倒点位置Y距离：S1；
步骤22：计算垃圾箱满预期可作业距离S6＝(M-b)/γ2
步骤23：判断是否需要在指定垃圾倾倒点Y倾倒垃圾：
若S1≦S6＜S1+S3，则必须在Y点倾倒垃圾；
M为垃圾箱容量；
S3为指定垃圾倾倒点Y与作业终点位置F距离。
8.根据权利要求7所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，已收集垃圾量通过称重检测。
9.根据权利要求7所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，已收集垃圾量通过红外对射管检测。
10.根据权利要求7所述的基于路面清洁度检测的环卫作业车，其特征在于，已作业单位公里数平均垃圾收集量的计算公式为:γ2＝b/k。
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