CN108891482A - 一种自动避障的转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于农林机械控制技术领域，具体是一种自动避障的转向控制装置，包括车桥、障碍物检测装置、车轮状态检测装置、电机转向装置，车轮状态检测装置沿着车桥左右对称设置在车轮的内侧，通过选择开关在方向盘转向与自动转向两种工作模式随意切换，同时能够有效检测车轮转向状态，实现自动避障控制。本发明自动避障的转向控制装置成本较低、控制简单、操作可靠。

Description

一种自动避障的转向控制装置

技术领域

本发明涉及农林机械控制技术领域，特别是涉及一种自动避障的转向控制装置，应用于果园低速作业时，可以自动进行车轮转向实现躲避障碍物。

背景技术

随着自动化技术普及，农业机械可自动避障的转向技术应用越来越广泛。在果园或农田作业中，目前农机车自动转向控制多采用编码器来检测车辆转角、速度变化或者采用电控液压阀形式，成本较高、控制复杂；在车辆行进中，避障控制多使用红外、激光定位等检测方式来实现，红外激光等检测容易受周围环境影响。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种自动避障的转向控制装置，可以完全解决上述技术问题。

解决上述技术问题的技术方案如下：

一种自动避障的转向控制装置，包括车桥、障碍物检测装置、车轮状态检测装置、电机转向装置，所述的障碍物检测装置位于车体的正前方，所述的障碍物检测装置通过连接杆与车桥连接，所述的车轮状态检测装置沿着车桥左右对称设置在车轮的内侧，所述的车轮状态检测装置包括检测传感器、车轮状态检测支架和挡块，所述的挡块包括状态挡块和限位挡块，状态挡块和限位挡块与车轮的转向轴硬连接，随着车轮转动而移动，所述的检测传感器包括状态检测开关和限位检测开关，所述的状态检测开关和限位检测开关分别固定在车轮状态检测支架上，车轮转动时，状态挡块与状态检测开关接触，状态检测开关动作，限位挡块和限位检测开关接触，限位检测开关动作，所述的车桥上安装有液压油缸，所述的液压油缸与车桥连接，所述的液压油缸通过液压油管与电机连接，电机转向装置包括电机齿轮、方向盘和方向盘轴齿轮，所述的电机齿轮与方向盘轴齿轮连接，并在方向盘轴齿轮与电机之间安装有离合器，自动避障模式下，离合器闭合，电机齿轮驱动方向盘轴齿轮进行左右转向，进行避障，方向盘转动模式下离合器断开，电机齿轮无法驱动方向盘轴齿轮，避免电机转动时影响人工驾驶。

进一步地说，所述的障碍物检测装置包括避障总成支架，避障总成支架通过连接件与车桥连接，所述的避障总成支架的两端部对称设置有避障传感器、套筒和避障杆，所述的避障杆通过紧固螺栓固定在套筒内，所述的套筒上设置有凹槽，所述的凹槽与避障传感器的滚轮接触，所述的套筒上部设置有复位弹簧。

进一步地说，所述的避障传感器为数字量输出的检测开关、接近开关或光电开关中的任意一种。

进一步地说，所述的避障杆的外端部还通过紧固螺栓与延长杆固定连接。

进一步地说，所述的电机下部连接有液压转向器。

进一步地说，所述的状态检测开关和限位检测开关为数字量输出的检测开关、接近开关或光电开关中的任意一种。

该专项控制装置采用单片机控制，所述的单片机包括CPU、电源模块、数字量输入/输出模块、通讯模块和数据采集模块。

本发明使用成本较低的单片机作为控制系统的核心，单片机CPU采用ARM处理器，同时预留充足的DI/DO(开关量输入/输出)点，通过接收检测传感器信号进行逻辑判断处理，驱动电机转向控制车轮转向，具有运行处理速度快、接线方便、控制简单、性能可靠、可扩展性及故障排除效率高等优点。

进一步可通过手柄远程控制单片机，进而实现远程控制车辆行驶、自动避障等功能。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种可自动避障的转向控制装置，可通过选择开关选择手动方向盘驾驶模式或者自动避障模式，通过选择开关在方向盘转向与自动转向两种工作模式随意切换，其中在自动避障模式下，可实现自动避障功能，适用于果园作业低速行驶中，具有接线方便、控制简单、性能可靠、可扩展性及故障排除效率高等优点。

所述障碍物检测装置通过车头两侧的可自复位的伸缩杆旋转前后摆动触发检测开关工作来检测是否有障碍物，这种方式适于检测车体左右两侧，避障杆可触碰范围内的障碍物，检测障碍物的宽度可适当调节，检测装置简单，成本低，可靠性高。同时能够有效检测车轮转向状态，实现自动避障控制。

所述车轮转向状态检测装置只需通过四个检测传感器即可实现左转、右转、极限位置以及是否回正状态的检测，检测传感器如输出为数字量的检测开关、接近开关或光电开关等，检测装置简单，成本低，可靠性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的车桥以及车轮状态检测装置(右)局部结构示意图；

图3为本发明的电机转向装置局部结构示意图；

图4为本发明的车轮状态检测装置(左)局部结构示意图；

图5为车轮状态检测装置的四个开关状态示意图；

图6为本发明的一个完整避障控制装置运行实施例的流程图；

图中：1为车桥，2为方向盘，3为方向盘轴齿轮，4为电机齿轮，5为离合器，6为电机，7为液压转向器，8为液压油管，9为左侧板簧，10为左限位挡块，11为左状态挡块，12为第一紧固螺栓，13为左延长杆，14为左避障杆，15为第二紧固螺栓，16为第一套筒，17为左避障传感器，18为左限位检测开关，19为左状态检测开关，20为液压油缸，21为避障总成支架，22为右避障传感器，23为第二套筒，24为复位弹簧，25为右避障杆，26为第三紧固螺栓，27为右延长杆，28为车轮状态检测支架，29为右状态检测开关，30为右状态挡块，31为右限位挡块，32为右限位检测开关，33为右侧板簧；

图5中，A为车轮左限位检测开关，B为左转状态检测开关，C为右转状态检测开关，D为车轮右限位检测开关。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，一种自动避障的转向控制装置，包括车桥1、障碍物检测装置、车轮状态检测装置、电机转向装置，障碍物检测装置位于车体1的正前方，障碍物检测装置通过连接杆(图中无示出)与车桥1连接，车轮状态检测装置沿着车桥1左右对称设置在车轮的内侧，右车轮状态检测装置包括右检测传感器、(右)车轮状态检测支架28和右挡块，右挡块包括右状态挡块30和右限位挡块31，右状态挡块30和右限位挡块31与车轮的转向轴硬连接，随着车轮转动而移动，右检测传感器包括右状态检测开关29和右限位检测开关32，右状态检测开关29和右限位检测开关32分别固定在右侧板簧33上方的(右)车轮状态检测支架28上，车轮转动时，右状态挡块30与右状态检测开关29接触，右状态检测开关29动作，右限位挡块31和右限位检测开关32接触，右限位检测开关32动作；

同理，左车轮状态检测装置包括左检测传感器、(左)车轮状态检测支架28和左挡块，左挡块包括左状态挡块11和左限位挡块10，左状态挡块11和左限位挡块10与车轮的转向轴硬连接，随着车轮转动而移动，左检测传感器包括左状态检测开关19和左限位检测开关18，左状态检测开关19和左限位检测开关18分别固定在左侧板簧9上方的(左)车轮状态检测支架28上，车轮转动时，左状态挡块11与左状态检测开关19接触，左状态检测开关19动作，左限位挡块10和左限位检测开关18接触，左限位检测开关18动作。

车桥1上安装有液压油缸20，液压油缸20与车桥1连接，液压油缸20通过液压油管8与电机6连接，电机转向装置包括电机齿轮4、方向盘2和方向盘轴齿轮3，电机齿轮4与方向盘轴齿轮3连接，并在方向盘轴齿轮3与电机6之间安装有离合器5，自动避障模式下，离合器5闭合，电机齿轮4驱动方向盘轴齿轮3进行左右转向，进行避障，方向盘2转动模式下离合器5断开，电机齿轮4无法驱动方向盘轴齿轮3，避免电机6转动时影响人工驾驶。

障碍物检测装置包括避障总成支架21，避障总成支架21通过连接件与车桥1连接，避障总成支架21的两端部对称设置有避障传感器、套筒和避障杆，右避障杆25通过紧固螺栓固定在第二套筒23内，第二套筒23上设置有凹槽，凹槽与右避障传感器22的滚轮接触，第二套筒23上部设置有复位弹簧24；右避障杆25复位后右避障传感器22随之复位，左避障杆14通过第二紧固螺栓15固定在第一套筒16内，第一套筒16上设置有凹槽，凹槽与左避障传感器17的滚轮接触，第一套筒16上部设置有复位弹簧。

避障传感器(22和14)为数字量输出的检测开关。

为了增加避障感测面积，右避障杆25的外端部还通过第三紧固螺栓26与右延长杆27固定连接；左避障杆14的外端部还通过第一紧固螺栓12与左延长杆13固定连接。

电机6下部连接有液压转向器7。

状态检测开关(29和19)和限位检测开关(32和18)为数字量输出的检测开关。

该专项控制装置采用单片机控制，单片机包括CPU、电源模块、数字量输入/输出模块、通讯模块和数据采集模块。控制方法如下(如附图5所示)：

图5中，A为车轮左限位检测开关，B为左转状态检测开关，C为右转状态检测开关，D为车轮右限位检测开关。根据ABCD四个检测开关状态，检测车轮偏转的情况如下表1所示。

表1车轮转向对应传感器检测状态

状态	A	B	C	D
					左转	0	0	0	1
左转底	0	0	1	1
					右转	1	0	0	0
右转底	1	1	0	0
					回正	0	0	0	0

通过监测上述检测开关状态来控制车轮左右转向。选择自动避障模式开关后，离合器闭合，电机齿轮与方向盘齿轮啮合，当左侧障碍物检测机构上的检测开关L检测到障碍物，控制电机使车轮右转，车轮右转触发右侧状态检测开关C，如果检测开关L没有复位，继续右转，

触发右侧限位检测开关D点后，车轮右转到底，停止右转，中间过程出现左侧检测开关L复位(越过障碍物)，控制电机使车轮左转，直至车轮处于回正状态(ABCD均为0)；反之当右侧障碍物检测机构上的检测开关R检测到障碍物，控制电机使车轮左转，车轮左转触发左侧状态检测开关B，如果检测开关R没有复位，继续左转，触发左侧限位检测开关A点后，车轮左转到底，停止左转，中间过程出现右侧检测开关R复位(越过障碍物)，控制电机使车轮右转，直至车轮处于回正状态(ABCD均为0)。

车辆行驶的过程中，若车辆右侧有障碍物，位于车架右侧的右避障杆25接触到障碍物，障碍物将右避障杆25向后推动，避障杆后侧套筒凹槽随之移动，触发右避障传感器22。右避障传感器22将信号发送给单片机控制系统，单片机控制系统接受信号后发出左转指令，驱动电机6进行左转，躲避障碍物。若车辆左侧有障碍物，车辆转向系统同样按照上述工作方法，使车辆向右转向进行躲避。

车轮状态检测装置上的四个转向检测开关可以组成至少16种不同的状态，取其中的5种状态用来检测车轮的状态，可以实现车轮左转状态、右转状态、左转极限状态、右转极限状态以及回正状态的检测，其中转向检测装置为数字量信号的检测传感器。若车轮左转，首先会触发左转状态检测开关19，左转到极限位置设置左限位检测开关18，左限位检测开关18动作后，电机6停止转动，防止电机烧毁，反之亦然。

越过障碍物后，避障杆由于弹簧的作用回到正常状态，避障传感器复位。单片机控制系统根据车轮状态检测机构的四个检测传感器状态控制电机进行车轮左右转向，直至所有传感器复位，车轮完全回正。

本发明为了实现上述控制方法使用成本较低的单片机作为控制系统的核心，单片机CPU采用ARM处理器，同时预留充足的DI/DO(开关量输入/输出)点，通过接收检测传感器信号进行逻辑判断处理，驱动电机转向控制车轮转向，具有运行处理速度快、接线方便、控制简单、性能可靠、可扩展性及故障排除效率高等优点。

进一步可通过手柄远程控制单片机，进而实现远程控制车辆行驶、自动避障等功能。

实施例2：

与实施例1不同在于：避障传感器(22和14)为数字量输出的接近开关，

状态检测开关(29和19)和限位检测开关(32和18)为数字量输出的接近开关。

实施例3：

与实施例1不同在于：避障传感器(22和14)为数字量输出的光电开关；

状态检测开关(29和19)和限位检测开关(32和18)为数字量输出的光电开关。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动避障的转向控制装置，其特征在于，包括车桥、障碍物检测装置、车轮状态检测装置、电机转向装置，所述的障碍物检测装置位于车体的正前方，所述的障碍物检测装置通过连接杆与车桥连接，所述的车轮状态检测装置沿着车桥左右对称设置在车轮的内侧，所述的车轮状态检测装置包括检测传感器、车轮状态检测支架和挡块，所述的挡块包括状态挡块和限位挡块，状态挡块和限位挡块与车轮的转向轴硬连接，随着车轮转动而移动，所述的检测传感器包括状态检测开关和限位检测开关，所述的状态检测开关和限位检测开关分别固定在车轮状态检测支架上，车轮转动时，状态挡块与状态检测开关接触，状态检测开关动作，限位挡块和限位检测开关接触，限位检测开关动作，所述的车桥上安装有液压油缸，所述的液压油缸与车桥连接，所述的液压油缸通过液压油管与电机连接，电机转向装置包括电机齿轮、方向盘和方向盘轴齿轮，所述的电机齿轮与方向盘轴齿轮连接，并在方向盘轴齿轮与电机之间安装有离合器，自动避障模式下，离合器闭合，电机齿轮驱动方向盘轴齿轮进行左右转向，进行避障，方向盘转动模式下离合器断开，电机齿轮无法驱动方向盘轴齿轮，避免电机转动时影响人工驾驶。

2.根据权利要求1所述的自动避障的转向控制装置，其特征在于，所述的障碍物检测装置包括避障总成支架，避障总成支架通过连接件与车桥连接，所述的避障总成支架的两端部对称设置有避障传感器、套筒和避障杆，所述的避障杆通过紧固螺栓固定在套筒内，所述的套筒上设置有凹槽，所述的凹槽与避障传感器的滚轮接触，所述的套筒上部设置有复位弹簧。

3.根据权利要求2所述的自动避障的转向控制装置，其特征在于，所述的避障传感器为数字量输出的检测开关、接近开关或光电开关中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的自动避障的转向控制装置，其特征在于，所述的避障杆的外端部还通过紧固螺栓与延长杆固定连接。

5.根据权利要求1所述的自动避障的转向控制装置，其特征在于，所述的电机下部连接有液压转向器。

6.根据权利要求1所述的自动避障的转向控制装置，其特征在于，所述的状态检测开关和限位检测开关为数字量输出的检测开关、接近开关或光电开关中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的自动避障的转向控制装置，其特征在于，该专项控制装置采用单片机控制，所述的单片机包括CPU、电源模块、数字量输入/输出模块、通讯模块和数据采集模块。