CN110258260A - 无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统 - Google Patents
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Abstract
无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：由多台压路机组成无人驾驶压路机机群、摊铺机上设置的线路规划系统、移动式基准站构成无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统；在所述的压路机车体前后的左右侧位置，分别侧向与行车方向成90度角设置有激光侧向测距传感器；以隧道内排水沟侧壁为参照物，通过在所述的压路机上设置的激光测距传感器，测试到压路机车轮与排水沟侧壁之间的距离，来设定压路机每幅的行驶轨迹；通过微波通讯控制压路机运行，避免压路机操作人员在排放尾气和高温沥青混合料混杂环境下作业；实现有效保护压路机操作人员的职业健康，避免有毒有害物质对人体的伤害，保证隧道内沥青路面的碾压质量的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到工程机械行业的筑路设备智能化控制系统，确切地说是无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统。
背景技术
随着科技的发展，智能控制技术在当前社会经济发展中的优势越来越突出，无人驾驶汽车已经在全球展开了各种模式的研发热潮，然而工程机械行业的施工机械设备，还未被智能控制技术开发团队和工程设备生产企业所重视。众多工程机械中的压路机的工作特点是重复性、规律性、工作环境单一性，操作较简单，操作人员易疲劳，操作环境对作业人员职业健康影响较大。特别是公路沥青混凝土路面碾压过程中，因刚摊铺的沥青混合料温度高达160度左右，在炎热的夏天进行沥青混凝土路面碾压作业，压路机操作人员要面对恶劣的施工环境，承受上烤下蒸的高温考验，很多压路机操作人员干不了几年都要纷纷要求转行。
而在相对封闭的隧道内，进行沥青路面摊铺及碾压的施工难度更大。隧道内的工程车、运料车、摊铺机、压路机等多种机器设备，都是以柴油为燃料，燃烧柴油排放的尾气，加上高温的有毒有害沥青混合料热气混杂，长时间在相对封闭的隧道内凝聚，若不采取大功率的排风设备排风，几乎可以让人窒息。即便是采取大功率的排风设备排风，对长时间在隧道内进行作业的机手及其他作业人员来说，也是一种煎熬。目前面临这种施工工况，各施工单位唯一采取的办法是多安排几班操作人员轮流上岗，每班人员操作时间不能超过半小时，这样既影响施工进度，又容易出现质量问题。
当前，国内外众多研究机构开发的各种无人驾驶设备，都是基于在有卫星信号的状态下进行。那么在相对封闭的隧道内，在没有卫星信号的环境下，如何实现无人驾驶压路机在不断延伸的公路隧道内，对碾压精度要求非常高的沥青混凝土路面进行碾压作业，更是一道技术难关。
四川川交路桥有限责任公司与北京清华大学校企联合，通过长时间的研究与现场试验，基本攻克了上述这项技术难关，成功研究出无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明的目的在于提供一种无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，是通过在隧道内的摊铺机上设置施工线路规划系统、无人驾驶压路机机群上设置无人控制系统、移动式基准站上设置微波通讯系统；以隧道内排水沟为参照物，通过在无人驾驶压路机上设置的激光测距传感器，来设定压路机每幅的行驶轨迹，通过微波通讯系统来控制压路机的运行，从而实现没有卫星信号的隧道内压路机的无人驾驶碾压作业；避免压路机操作人员，在多种机器设备排放的尾气和高温的有毒有害沥青混合料混杂的隧道内，操作压路机的煎熬；达到有效保护压路机操作人员的职业健康，避免有毒有害物质对人体的伤害，保证隧道内沥青路面的碾压质量，提高工作效益的目的。
本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：
无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，包括压路机、摊铺机、基准站，其特征在于：由多台设置有无人控制系统的钢轮压路机和胶轮压路机，组成无人驾驶压路机机群、摊铺机上设置的施工线路规划系统、移动式基准站及微波通讯系统，构成无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统；
在所述的钢轮压路机的左右侧轮轴位置和所述的胶轮压路机车体前后的左右侧位置，分别侧向与行车方向成90度角设置有激光侧向测距传感器；以隧道内排水沟侧壁为参照物，通过在所述的钢轮和胶轮压路机上设置的激光测距传感器，测试到压路机车轮与排水沟侧壁之间的距离，来设定压路机每幅的行驶轨迹；通过微波通讯系统来识别前方行驶摊铺机的距离，来设定压路机每幅的行驶长度，根据每幅行驶长度及与前方摊铺机的适时距离，来设定压路机每分钟的行驶速度，保障无人驾驶压路机跟随前方摊铺机的摊铺线路展开碾压。
A、设置有无人控制系统的压路机，包括钢轮压路机和胶轮压路机上的无人控制系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上分别微波通讯主机、微波通讯天线，由所述的微波通讯主机、微波通讯天线构成远程控制系统；在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上设置有集成控制柜，在集成控制柜内设置有工业控制计算机；所述的微波通讯主机、微波通讯天线分别通过各种专用线路与压路机上的集成控制柜内的工业控制计算机连接；所述的工业控制计算机内设置有硬盘、处理器、PCB、程序软件、交换机等组件。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机的行车/倒车系统上设置有行车/倒车自动控制装置；在油路系统上设置有油路自动控制装置；在转向系统上设置有转向控制电机和电子阀装置；在制动系统上设置有制动控制装置。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机的发动机排气管端头还安装有DPF（微颗粒捕吸器）和四元催化器。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上设置有手动/自动切换按钮、紧急制动按钮。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机机架底部设置有激光位移测量装置。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机前后车轮上端，分别设置有避障雷达和超声波避障雷达。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机车体前后端分别设置有多支红外测温仪，将多支红外测温仪分别对准刚铺筑好的沥青混合料与沥青混合料边缘外的路沿石。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机前后车轮上还分别设置有自动洒油/喷水装置。
B、摊铺机上设置的施工线路规划系统，包括摊铺机及控制系统，其特征在于：在摊铺机顶盖上设置有微波通讯主机、微波通讯天线，由所述的微波通讯主机、微波通讯天线构成远程控制系统，所述的微波通讯主机、微波通讯天线分别通过各种专用线路与摊铺机上的集成控制柜内的工业控制计算连接；所述的工业控制计算机内设置有硬盘、处理器、PCB、程序软件等组件。
C、移动式基准站及碾压控制系统，包括行走小车及基准站系统，其特征在于：在所述的行走小车上设置有天线安装架，在所述的天线安装架设置上有微波通讯主机及微波通讯面板；在所述的行走小车上还设置有集成控制柜，在所述的集成控制柜内设置有电脑，在所述的行走小车上还设置有移动电源；所述的微波通讯主机及微波通讯面板，通过各种专用线路与集成控制柜内设置的电脑连接，所述的电脑与所述的移动电源连接。
附图说明
图1 为本碾压系统隧道剖面俯视图；
图2 为本碾压系统隧道内无人驾驶压路机主视图；
图3 为本碾压系统隧道内无人驾驶压路机后视及移动式基准站视图；
图4 为本碾压系统隧道内摊铺机视图。
图中标记：
101为摊铺机，102为无人驾驶压路机机群，103为移动式基准站及碾压控制系统，104为隧道壁，105为隧道壁下端的排水沟；
201为微波通讯主机，202为微波通讯天线，203为集成控制柜,204为激光位移测量装置,205为避障雷达,206为超声波避障雷达，207为激光测距传感器,208为收放式避障探杆支撑臂，209为红外测温仪，210为避障横杆，211为DPF（微颗粒捕吸器）和四元催化器；
301为微波通讯主机，302为微波通讯天线，303为集成控制柜，304为摊铺机；
401为微波通讯主机，402为微波通讯面板，403为集成控制柜，404为移动电源，405为天线安装架，406行走小车。
本发明的优点是：提供一种无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，是通过在隧道内的摊铺机上设置施工线路规划系统、无人驾驶压路机机群上设置无人控制系统、移动式基准站上设置微波通讯系统；以隧道内排水沟为参照物，通过在无人驾驶压路机上设置的激光测距传感器，来设定压路机每幅的行驶轨迹，通过微波通讯系统来控制压路机的运行，从而实现没有卫星信号的隧道内压路机的无人驾驶碾压作业；避免压路机操作人员，在多种机器设备排放的尾气和高温的有毒有害沥青混合料混杂的隧道内，操作压路机的煎熬；实现有效保护压路机操作人员的职业健康，避免有毒有害物质对人体的伤害，保证隧道内沥青路面的碾压质量，提高工作效益的优点。
具体实施方式
无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，包括压路机、摊铺机、基准站，其特征在于：由多台设置有无人控制系统的钢轮压路机和胶轮压路机，组成无人驾驶压路机机群102、摊铺机101上设置的施工线路规划系统、移动式基准站及微波通讯系统103，构成无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统（图1）；
在所述的钢轮压路机的左右侧轮轴位置和所述的胶轮压路机车体前后的左右侧位置，分别侧向与行车方向成90度角设置有激光侧向测距传感器207；以隧道内排水沟105侧壁为参照物，通过在所述的钢轮和胶轮压路机上设置的激光测距传感器207，测试到压路机车轮与排水沟105侧壁之间的距离，来设定压路机每幅的行驶轨迹；通过微波通讯系统来识别前方行驶摊铺机的距离，来设定压路机每幅的行驶长度，根据每幅行驶长度及与前方摊铺机的适时距离，来设定压路机每分钟的行驶速度，保障无人驾驶压路机跟随前方摊铺机的摊铺线路展开碾压。
A、设置有无人控制系统的压路机（图2），首先通过压路机底层计算机，读取压路机的设备轮胎、电路、油路、燃烧油、润滑油、液压油、转向系统、制动系统、灯光系统、振动系统、喷油装置、水箱水位等数据，保证各项数据处于正常的状态；在正常状态的压路机上分别设置有无人控制系统（图2、图3左），其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上分别微波通讯主机201、微波通讯天线202，由所述微波通讯主机201、微波通讯天线202构成远程控制系统；在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上设置有集成控制柜203，在集成控制柜203内设置有工业控制计算机；所述的微波通讯主机201、微波通讯天线202分别通过各种专用线路与压路机上的集成控制柜203内的工业控制计算机连接；所述的工业控制计算机内设置有硬盘、处理器、PCB、程序软件、交换机等组件。
在所述的压路机的行车/倒车系统上设置有行车/倒车自动控制装置，可以实时控制压路机的行驶速度和倒车速度，保证压路机保持恒速运行；在油路系统上设置有油路自动控制装置，自动给压路机行驶供油；在转向系统上设置有转向控制电机和电子阀装置，控制压路机自动转向；在制动系统上设置有制动控制装置，随时保障压路机适时智能制动；
保持微波通讯主机、微波通讯天线与压路机上的集成控制柜内的工业控制计算机连接通畅；保证电源稳定，保持微波通讯主机、微波通讯天线不能被遮挡；根据移动式基准站及碾压控制系统发送出来的施工指令，通过各台压路机上的工业控制计算机，按照操作系统设置的施工任务及技术参数适时协调各压路机配合工作；最终实现钢轮压路机和胶轮压路机行车/倒车自动控制、行驶速度自动控制、转向角度自动控制、行走/制动实时控制、发现障碍紧急制动、行车轨迹程序控制、碾压长度程序控制、碾压宽度程序控制、碾压次数程序控制、振动系统自动控制、喷油/喷水作业自动控制等无人智能驾驶状态。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机的发动机排气管端头还安装有DPF（微颗粒捕吸器）和四元催化器211，主要针对隧道内相对密闭的环境，适时过滤掉压路机发动机排放的有毒有害气体，保障现场作业人员的职业健康。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上设置有手动/自动切换按钮、紧急制动按钮；手动/自动切换按钮用于适时控制压路机人工手动驾驶与无人智能驾驶状态的转换；紧急制动按钮，用于压路机出现意外失控状态下的紧急停机。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机机架底部设置有激光位移测量装置204；适时测量压路机方向盘的转角。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机前后车轮上端，分别设置有避障雷达205和超声波避障雷达206；适时测量压路机行驶前方的障碍物，当检测到障碍物时，压路机会自动停车；待障碍物移开后，压路机继续行驶。
在所述的钢轮压路机和胶轮压路机车体前后端分别设置有多支红外测温仪209，将多支红外测温仪209分别对准刚铺筑好的沥青混合料与沥青混合料边缘外的路沿石，用于精确控制压路机对沥青混合料边缘的碾压，预防漏压与超压，漏压会造成沥青路面碾压质量问题，超压会造成压坏路边路沿石。
B、摊铺机上设置的施工线路规划系统（图4），包括摊铺机及控制系统，其特征在于：在摊铺机顶盖上设置有微波通讯主机301、微波通讯天线302，由所述的微波通讯主机301、微波通讯天线302构成远程控制系统，所述的微波通讯主机301、微波通讯天线302分别通过各种专用线路与摊铺机上的集成控制柜303内的工业控制计算连接；所述的工业控制计算机内设置有硬盘、处理器、PCB、程序软件等组件；
摊铺机顶盖上设置的微波通讯主机、微波通讯天线通过各种专用线路与摊铺机上的集成控制柜内的工业控制计算连接，保证电源要稳定后才开施工线路规划；将施工线路规划数据通过微波通讯天线发送给移动式基准站及碾压控制系统。
C、移动式基准站及碾压控制系统（图3右），包括行走小车及基准站系统，其特征在于：在所述的行走小车406上设置有天线安装架405，在所述的天线安装架405设置上有微波通讯主机401及微波通讯面板402；在所述的行走小车406上还设置有集成控制柜403，在所述的集成控制柜403内设置有电脑，在所述的行走小车上还设置有移动电源404；所述的微波通讯主机401及微波通讯面板402，通过各种专用线路与集成控制柜403内设置的电脑连接，所述的电脑与所述的移动电源404连接；
当移动式基准站及碾压控制系统，在一个碾压区域设置好后，移动式基准站上的微波通讯主机、微波通讯面板不能随意移动，保持微波通讯主机、微波通讯面板连接通畅；保持电源稳定，保持微波通讯主机、微波通讯面板不能被遮挡；
碾压控制系统需要根据摊铺机的施工线路规划数据，再生成实时的现场碾压区域，通过移动式基准站上的微波通讯主机及微波通讯面板，发送给各台钢轮压路机和各台胶轮压路机上的无人控制系统。
Claims (10)
1.无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，包括压路机、摊铺机、基准站，其特征在于：由多台设置有无人控制系统的钢轮压路机和胶轮压路机，组成无人驾驶压路机机群（102）、摊铺机（101）上设置的施工线路规划系统、移动式基准站及微波通讯系统（103），构成无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统；
在所述的钢轮压路机的左右侧轮轴位置和所述的胶轮压路机车体前后的左右侧位置，分别侧向与行车方向成90度角设置有激光侧向测距传感器（207）；以隧道内排水沟（105）侧壁为参照物，通过在所述的钢轮和胶轮压路机上设置的激光测距传感器（207），测试到压路机车轮与排水沟（105）侧壁之间的距离，来设定压路机每幅的行驶轨迹；通过微波通讯系统来识别前方行驶摊铺机的距离，来设定压路机每幅的行驶长度，根据每幅行驶长度及与前方摊铺机的适时距离，来设定压路机每分钟的行驶速度，保障无人驾驶压路机跟随前方摊铺机的摊铺线路展开碾压。
2.根据权利要求1所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统的钢轮压路机和胶轮压路机，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上分别微波通讯主机（201）、微波通讯天线（202），由所述微波通讯主机（201）、微波通讯天线（202）构成远程控制系统；在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上设置有集成控制柜（203），在集成控制柜（203）内设置有工业控制计算机；所述的微波通讯主机（201）、微波通讯天线（202）分别通过各种专用线路与压路机上的集成控制柜（203）内的工业控制计算机连接；所述的工业控制计算机内设置有硬盘、处理器、PCB、程序软件、交换机等组件。
3.根据权利要求2所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机的行车/倒车系统上设置有行车/倒车自动控制装置；在油路系统上设置有油路自动控制装置；在转向系统上设置有转向控制电机和电子阀装置；在制动系统上设置有制动控制装置。
4.根据权利要求3所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机的发动机排气管端头还安装有DPF（微颗粒捕吸器）和四元催化器（211）。
5.根据权利要求3所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机上设置有手动/自动切换按钮、紧急制动按钮。
6.根据权利要求3所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机机架底部设置有激光位移测量装置（204）。
7.根据权利要求3所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机前后车轮上端，分别设置有避障雷达（205）和超声波避障雷达（206）。
8.根据权利要求3所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统，其特征在于：在所述的钢轮压路机和胶轮压路机车体前后端分别设置有多支红外测温仪（209），将多支红外测温仪（209）分别对准刚铺筑好的沥青混合料与沥青混合料边缘外的路沿石。
9.根据权利要求1所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统的摊铺机上设置的施工线路规划系统，其特征在于：在摊铺机顶盖上设置有微波通讯主机（301）、微波通讯天线（302），由所述的微波通讯主机（301）、微波通讯天线（302）构成远程控制系统，所述的微波通讯主机（301）、微波通讯天线（302）分别通过各种专用线路与摊铺机上的集成控制柜（303）内的工业控制计算连接；所述的工业控制计算机内设置有硬盘、处理器、PCB、程序软件等组件。
10.根据权利要求1所述的无卫星信号的隧道内无人驾驶压路机碾压系统的移动式基准站及碾压控制系统，其特征在于：在所述的行走小车（406）上设置有天线安装架（405），在所述的天线安装架（405）设置上有微波通讯主机（401）及微波通讯面板（402）；在所述的行走小车（406）上还设置有集成控制柜（403），在所述的集成控制柜（403）内设置有电脑，在所述的行走小车上还设置有移动电源（404）；所述的微波通讯主机（401）及微波通讯面板（402），通过各种专用线路与集成控制柜（403）内设置的电脑连接，所述的电脑与所述的移动电源（404）连接。
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