CN109989329A - 一种利用无人机引导的智能划线车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用无人机引导的智能划线车，包括AGV小车，AGV小车的每个车轮上都配备了一套安装有光电编码器的伺服驱动电机，车身上端设置有隔膜泵、料箱、超声波测距仪以及闪光报警器，车身前端固定安装有框架，本发明利用无人机引导的方式驱动小车做纵向的匀速直线运动，同时利用框架使得喷嘴在导轨上实现横向的往返移动操作，使得喷嘴能随着预设轨迹做出精准的曲线运动，本发明小巧直观、智能高效、操作简单、划线质量高且保障了施工人员的安全。

Description

一种利用无人机引导的智能划线车

技术领域

本发明涉及工程设备技术领域，具体为一种利用无人机引导的智能划线车。

背景技术

道路交通标线的作用是利用路面标线对车辆实行分流，隔离，限制，有效地管制和引导着车辆运行，同时还警告和提醒驾驶员或行人注意潜在的肇事因素，防患于未然；因此，道路交通标线对保障交通和人身安全，减少事故发生起着非常重要的作用；划线车作为一种主流的划线设备弥补了传统人工划线所存在的低效问题，但其仅仅只能提高部分划线工作的效率，无法实现智能化的精准控制，其存在以下缺点：

第一，现有划线操作需要多个工人之间的相互协调配合才能实现，不可避免的造成了一定程度上的交通拥堵；第二，工人在划线施工时往往关注点都在划线工作上，容易发生人身危险，这一点在高速公路上尤为明显，而且涂料所散发的刺激性气体同样会影响到施工人员的健康；第三，划线的效率低，由于是人工调节的行走速度和喷涂速度，施工人员需要实时关注道路的变化情况并及时做出调整，导致整体的工作效率低下，延长了工期，增大了交通负担；第四，利用现有划线机划线是一种技术性工作，如果施工人员经验不足，将很容易导致划线质量不佳，出现部分位置涂料明显不足的情况，甚至有时候需要重新进行划线，而且在实际划线过程中，操作人员的操作速度很难控制，速度过小时划线过厚，不利于行车安全，也不利于节约涂料，而速度过大时，明显速度快的地方的涂料较少，导致划线不均匀，而且不利于视觉观看，特别是在雨天和晚上时更容易出现光的反射，也不利于行车安全，不能起到很好的提醒效果。

发明内容

一种利用无人机引导的智能划线车，包括AGV小车，所述AGV小车的每个车轮上都配套设置有一个伺服驱动电机，每个伺服驱动电机上都安装有一个光电编码器，所述AGV小车的上端后方设置有料箱，AGV小车的上端前方从左往右依次设置有隔膜泵、测距仪以及报警器，所述AGV小车的内部设置有陀螺仪、控制器、蓄电池以及无线通讯系统，AGV小车的前方固定安装有框架，所述框架内转动安装有短转轴和长转轴，短转轴和长转轴的底端分别通过轴承二和轴承三转动安装在框架下方的内壁上，短转轴的顶端通过轴承一转动安装在框架上方的内壁上，长转轴的顶端贯穿并伸出到框架之外且通过轴承四转动安装在支架的内壁上，所述支架固定安装在框架上，支架上还固定安装有伺服电机，伺服电机的电机输出轴贯穿并伸入到支架内且在电机输出轴的端部固连有主动轮，所述长转轴的上端固连有传动轮，长转轴的下端固连有从动轮二，所述短转轴的中部固连有从动轮一，所述从动轮一与从动轮二之间设置有同步带一，传动轮与主动轮之间设置有同步带二，所述同步带一上固连有夹板，夹板的上端固定安装有光栅读头，光栅读头的正上方设置有光栅尺，光栅尺固定安装在框架上方的内壁上，所述框架正前方的外壁上安装有两条导轨，滑块的上下两端分别滑动安装在两条导轨上，滑块的内侧中部与夹板固定连接，滑块的外侧固定安装有喷嘴，所述喷嘴的进口端通过输料管与隔膜泵的出料口相互连通，隔膜泵的进料口与料箱的内部相互连通。

优选的，所述AGV小车的车轮选用麦克纳姆轮。

优选的，所述滑块的前端固定安装有抱箍，喷嘴固定卡装在抱箍之内。

优选的，所述储料管设置在拖链之内，所述拖链固定安装在框架的上端。

优选的，所述隔膜泵的出口处还设置有直流调速器，所述直流调速器与控制器电连接。

优选的，所述喷嘴的出口端还设置有电动阀，所述电动阀与控制器电连接。

优选的，所述测距仪为激光测距仪或超声波测距仪中的一种。

优选的，所述无线通讯系统包括无线信号接收器、解码器、编码器以及无线信号发射器。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：其一，本发明利用视觉导航与陀螺仪纠偏的组合导航方式使得划线车做纵向的直线运动，同时配合喷嘴做横向进给位移，使得喷嘴能准确的沿预设轨迹做出曲线运动；其二，本发明在工作时，施工人员不需要站在公路上，一方面保证了施工人员的安全，另一方面也避免了涂料的刺激性气体对工人的健康危害，同时减少了交通负担；其三，本发明利用光栅位移传感器作为位置检测装置，使用同步带传动作为喷嘴横向位移传动机构，通过检测伺服电机的位移，并把位移信号转换为脉冲信号反馈给控制器实现闭环控制，使得本装置的划线精度大幅提高并降低了控制系统的成本，进一步通过在框架上设置导轨，使滑块承担同步带上的负载，保证了喷嘴工作时的稳定性和装置的使用寿命。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的框架结构示意图；

图3是本发明中喷头的安装方式示意图；

图4是本发明的无人机引导方式示意图；

图5是本发明的一种工作过程示意图。

图中：1、料箱；2、AGV小车；3、框架；4、测距仪；5、隔膜泵；6、警报器；7、轴承一；8、从动轮一；9、短转轴；10、轴承二；11、同步带一；12、轴承三；13、从动轮二；14、长转轴；15、同步带二；16、传动轮；17、轴承四；18、伺服电机；19、支架；20、电机输出轴；21、主动轮；22、光栅读头；23、夹板；24、光栅尺；25、导轨；26、拖链；27、输料管；28、滑块；29、喷嘴；30、抱箍；31、摄像机；32、无人机；33、道路边缘线；34、车道标线；35、预定行驶轨迹；36、预设划线图案。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种利用无人机引导的智能划线车，如图1所示，包括AGV小车2，小车的车轮选用麦克纳姆轮，麦克纳姆轮具有良好的控制精度，且可以在不改变车轮方向的前提下使整个小车产生平移运动，每个车轮上都配套设置有一个伺服驱动电机，每个伺服驱动电机上都安装有一个光电编码器，光电编码器作为里程计使用，AGV小车2的上端后方设置有料箱1，AGV小车2的上端前方从左往右依次设置有隔膜泵5、测距仪4以及报警器6，测距仪4可以选用超声波测距仪或激光测距仪，测距仪4用于检测小车前方的障碍物信息，当检测到小车前方存在障碍物时，停止移动并通过报警器6对施工人员发出提示，AGV小车2的内部设置有陀螺仪、控制器、蓄电池以及无线通讯系统，陀螺仪用来检测小车的姿态信息，计算、校正实际坐标，补偿由于车轮滑动而造成的误差等，例如小车在无人机引导下理论上会一直沿直线前进，但在实际位移过程中可能会出现车轮侧滑的情况，利用陀螺仪可以及时检测出车辆侧滑方向，然后利用车轮的差速转动法及时对小车的前进方向做出调整以达到最佳的行驶效果，小车内的控制器可以选用Cortex-M4处理器，蓄电池用于为整个装置提供电能，无线通讯系统包括无线信号接收器、解码器、编码器以及无线信号发射器，无线通讯系统用于以无线通信方式与无人机上的摄像机以及与施工人员手中的笔记本信号连接，方便摄像机能将影像信息传输给划线车和笔记本，且施工人员可以远程操控划线车的开闭工作。

AGV小车2的前方固定安装有框架3，框架3内转动安装有短转轴9和长转轴14，短转轴9和长转轴14的底端分别通过轴承二10和轴承三12转动安装在框架3下方的内壁上，短转轴9的顶端通过轴承一7转动安装在框架3上方的内壁上，长转轴14的顶端贯穿并伸出到框架3之外且通过轴承四17转动安装在支架19的内壁上，支架19固定安装在框架3上，支架19上还固定安装有伺服电机18，伺服电机18的电机输出轴20贯穿并伸入到支架19内且在电机输出轴20的端部固连有主动轮21，长转轴14的上端固连有传动轮16，长转轴14的下端固连有从动轮二13，短转轴9的中部固连有从动轮一8，从动轮一8与从动轮二13之间设置有同步带一11，传动轮16与主动轮21之间设置有同步带二15，同步带一11上固连有夹板23，夹板23的上端固定安装有光栅读头22，光栅读头22的正上方设置有光栅尺24，光栅尺24固定安装在框架3上方的内壁上，框架3正前方的外壁上安装有两条导轨25，滑块28的上下两端分别滑动安装在两条导轨25上，滑块28的内侧中部与夹板23固定连接，滑块28的外侧固定安装有抱箍30，抱箍30内固定卡装有喷嘴29，喷嘴29的进口端通过输料管27与隔膜泵5的出料口相互连通，隔膜泵5的进料口与料箱1的内部相互连通，输料管27设置在拖链26之内，拖链26固定安装在框架3的上端，拖链26用于对输料管27进行保护，防止输料管27在来回移动时发生磨损或产生缠绕现象，隔膜泵5的出口处还设置有直流调速器，喷嘴29的出口端还设置有电动阀，直流调速器与电动阀均与控制器电连接，直流调速器用于调节涂料的喷射速度，电动阀用于控制喷嘴29的开启与闭合。

具体的，智能划线车的导航方式采用以视觉导航为主的组合导航方法，如图5所示，首先通过无人机上的摄像机对路面进行视觉图像采集工作，通过图像识别出公路上的多条车道标线34以及道路边缘线33的变化曲线，处理器根据道路边缘线33和车道标线34的形状和长度规划出智能划线车的预定行驶轨迹35，预定行驶轨迹35由多段直线组合而成，预定行驶轨迹35与车道标线34之间的垂直距离作为参照数据用于对划线车的行驶方向进行纠偏，在划线车工作过程中，始终利用无人机对划线车进行跟踪拍摄，当检测到划线车与车道标线34之间的垂直距离不符合参照数据时，划线车进行自动纠偏转向，同时融合陀螺仪信息以确定视觉系统检测到的车道线的有效性，当每次获取视觉系统的偏差数据时都会把数据与自动纠偏的计算数据相比较，自动纠偏的数据是根据最近的一次被采用视觉数据和小车的光电编码器陀螺仪数据计算而来，如果两个数据的偏差较大，小车的直线行走将采用光电编码器和陀螺仪数据自动纠偏，否则采用视觉导航数据纠偏，防止由于视觉信息的采集错误使小车突然产生较大幅度的转向，对周围人员造成安全隐患，并始终保持小车沿预定行驶轨迹直线行驶。

本发明的一种使用方式如下：请参照图5所示，施工人员首先将搭载有摄像机的无人机升空对公路边缘线与车道标线进行扫描拍摄，并将影像信息通过无线通讯系统发送给划线车内部的处理器进行数据处理，处理器根据公路边缘线32和车道标线33的形状和长度规划出AGV小车2的预定行驶轨迹34和预设划线图案35，预定行驶轨迹34由多段直线组合而成，处理器进一步将标注好预定行驶轨迹和预设划线图案的图像发送给施工人员的笔记本等待确认，施工人员确认无误后，启动智能划线车开始前进，划线车的初始移动位置应当与预定行驶轨迹的起点有一定的修正距离，划线车首先通过视觉导航系统进行纠偏直到与第一条预定行驶轨迹共线，然后智能划线车在陀螺仪、光点编码器与视觉导航系统的共同作用下做匀速直线运动，处理器在对预设划线图案的变化曲线进行分析后，将其转化为相应的二维坐标参数并传递给伺服电机18，伺服电机18根据预设划线图案的横向位移变化量转动相应的圈数，同时利用光栅位移传感器作为位置检测装置，并把位移信号转换为脉冲信号反馈给控制器实现闭环控制，进一步利用同步带一11的转动使得喷嘴29在导轨25上实现横向的往返移动操作，伴随着小车的纵向位移量的变化，此时喷嘴29便能随着预设划线图案的位置变化做出准确的曲线运动，当划线车行驶到第一道预定行驶轨迹的终点时，利用小车车轮上的伺服驱动电机使用差速转向方法进行转向，差动转向过程中划线车可能会因为车轮滑动导致转角存在一定偏差，此时使用陀螺仪检测转角，对转角进行补偿修正后，划线车接着进行第二次直线位移，重复以上工作，直到划线车行进到预定行驶轨迹的终点时，划线车停止移动并对施工人员发出提示，划线工作完成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用无人机引导的智能划线车，包括AGV小车（2），其特征在于：所述AGV小车（2）的车轮上都配套设置有伺服驱动电机，伺服驱动电机上都安装有光电编码器，所述AGV小车（2）的上端设置有料箱（1）、隔膜泵（5）、测距仪（4）以及报警器（6），所述AGV小车（2）的内部设置有陀螺仪、控制器、蓄电池以及无线通讯系统，AGV小车（2）的前方固定安装有框架（3），所述框架（3）内转动安装有短转轴（9）和长转轴（14），短转轴（9）和长转轴（14）的底端分别通过轴承二（10）和轴承三（12）转动安装在框架（3）下方的内壁上，短转轴（9）的顶端通过轴承一（7）转动安装在框架（3）上方的内壁上，长转轴（14）的顶端贯穿并伸出到框架（3）之外且通过轴承四（17）转动安装在支架（19）的内壁上，所述支架（19）固定安装在框架（3）上，支架（19）上还固定安装有伺服电机（18），伺服电机（18）的电机输出轴（20）贯穿并伸入到支架（19）内且在电机输出轴（20）的端部固连有主动轮（21），所述长转轴（14）的上端固连有传动轮（16），长转轴（14）的下端固连有从动轮二（13），所述短转轴（9）的中部固连有从动轮一（8），所述从动轮一（8）与从动轮二（13）之间设置有同步带一（11），传动轮（16）与主动轮（21）之间设置有同步带二（15），所述同步带一（11）上固连有夹板（23），夹板（23）的上端固定安装有光栅读头（22），光栅读头（22）的正上方设置有光栅尺（24），光栅尺（24）固定安装在框架（3）上方的内壁上，所述框架（3）正前方的外壁上安装有两条导轨（25），滑块（28）的上下两端分别滑动安装在两条导轨（25）上，滑块（28）的内侧中部与夹板（23）固定连接，滑块（28）的外侧固定安装有喷嘴（29），所述喷嘴（29）的进口端通过输料管（27）与隔膜泵（5）的出料口相互连通，隔膜泵（5）的进料口与料箱（1）的内部相互连通。

2.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述AGV小车（2）的车轮选用麦克纳姆轮。

3.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述滑块（28）的前端固定安装有抱箍（30），喷嘴（29）固定卡装在抱箍（30）之内。

4.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述储料管（27）设置在拖链（26）之内，所述拖链（26）固定安装在框架（3）的上端。

5.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述隔膜泵（5）的出口处还设置有直流调速器，所述直流调速器与控制器电连接。

6.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述喷嘴（29）的出口端还设置有电动阀，所述电动阀与控制器电连接。

7.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述测距仪（4）为激光测距仪或超声波测距仪中的一种。

8.如权利要求1所示的一种利用无人机引导的智能划线车，其特征在于：所述无线通讯系统包括无线信号接收器、解码器、编码器以及无线信号发射器。