CN110258273A - 一种全自动路面修复设备及路面修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动路面修复设备及路面修复方法，包括：车体、检测装置、中央处理器、修复清理装置、仓储装置以及驱动模块；检测装置安置于车头下方，其用于对损坏的路面进行检测，中央处理器置于车头内部一侧，其用于对检测装置得到的定位数据进行判断处理并向所述修复清理装置发送操作指令，修复清理装置对检测装置检测出的路面问题进行修复和修复后的清理，仓储装置用于存储原料以及清理后的废料，其安装于车身后部，驱动模块用于驱动车体的行进，安装于所述车头内。本发明利用机械的自动化功能，将破碎开槽、碎尘清洁、灌浆修复流程集合一体，不再需要通过多个单独运作的工作人员来完成任务目标，提高了修复效率，缩短了路面修复时间。

Description

一种全自动路面修复设备及路面修复方法

技术领域

本发明涉及路面修复领域，具体涉及一种全自动路面修复设备及路面修复方法。

背景技术

随着汽车拥有量高速增长的同时，需要维护的公路里程数也随之有明显上涨，路面病害问题更是随着年限的增加而呈现出复杂、多发等特点，道路综合管理养护已经成为重要的公共交通事务问题。目前沥青路面涉及的问题主要体现为裂缝、破碎和下陷，主流的设备有沥青灌缝机、开槽切割机、颚式破碎机、压路机、沥青熔化机等等。美国开发的路面修复大型工程车Python速度快，占用人力少，不同机械臂分别负责不同的功能，修复效果有保证，但是其体积庞大、灵活性、兼容性差，且仍然依靠人工进行目测修复。国内目前路面修复研究主要集中于机械设计和修补的具体方式，有压注灌浆法、条带罩面法等，这些方法适用于不同的裂缝或坑洞，也各有利弊。

机械设计目前只能满足最基本的需求，忽略了人机关系，效率和集成化也很低，还有很大的发展空间。结合国内外情况来看，未来道路修复将会朝智能化、机械化、自动化和集成化的方向发展。因此，具备智能技术，在修复原理上有创新并且充分考虑与人和环境之间关系的道路养护产品具有研究和设计的必要性。

英国在2017年研发出第一代修复机器人产品——Dalek修路机器人，采用主车拖挂有喷洒功能的机械臂，能够实现自动喷洒胶状修补物的功能，修复速度极快，没有任何的切割部件，不会产生过多粉尘或噪音，但自动化和集成化程度不高，修复效果有限，仅仅是基于表面的修复，适用于乡村等一些路面负荷不高的地区。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种全自动路面修复设备，解决了现有技术中的设备修复速度慢、自动化和集成化程度不高以及修复效果有限的问题。

技术方案：本发明所述的全自动路面修复设备，包括：车体、检测装置、中央处理器、修复清理装置、仓储装置以及驱动模块，所述车体包括车头和车身；所述检测装置安置于所述车头下方，其用于对损坏的路面进行检测，所述中央处理器置于所述车头内部一侧，其用于对所述检测装置得到的定位数据进行判断处理并向所述修复清理装置发送操作指令，所述修复清理装置安装在所述车身前部，用于对检测装置检测出的路面问题进行修复和修复后的清理，所述仓储装置用于存储原料以及清理后的废料，其安装于所述车身后部，所述驱动模块用于驱动车体的行进，安装于所述车头内；

所述修复清理装置包括模组化吸尘单元、模组化切割单元、模组化灌浆单元、驱动单元以及移动单元，所述模组化吸尘单元、模组化切割单元、模组化灌浆单元可根据所述移动单元设定的路径分别对路面实施吸尘、切割和灌浆任务，所述驱动单元用于对所述移动单元提供驱动，包括：第一驱动电机，第二驱动电机以及舵机，所述移动单元包括X轴组件、Y轴组件和旋转底座，所述Y轴组件跨设在所述X轴组件上，所述第一驱动电机驱动所述Y轴组件在X方向上运动，所述旋转底座固定在Y轴组件上，通过第二驱动电机驱动所述旋转底座平移，所述舵机驱动旋转底座的旋转。

进一步地，包括：

所述模组化吸尘单元包括第一夹持板、吸尘进口端以及吸尘单元主体，所述第一夹持板为L型结构，一端与所述吸尘单元主体连接，所述吸尘进口端置于所述吸尘单元主体的进气口处，所述吸尘单元主体中包括用于驱动吸尘进口端除尘的第一电机，所述吸尘单元主体通过喉管与所述仓储装置相连。

进一步地，包括：

所述模组化切割单元包括第二夹持板、切割刀头以及切割单元主体，所述第二夹持板为L型结构，一端与所述切割单元主体连接，所述切割刀头固定在所述切割单元主体上，所述切割单元主体中包括驱动刀头动作的第二电机。

进一步地，包括：

所述模组化灌浆单元包括第三夹持板、灌浆头部以及灌浆单元主体，所述第三夹持板为L型结构，一端与所述灌浆单元主体连接，所述灌浆头部固定于所述灌浆单元主体上，所述灌浆单元主体中包括吸取浆料的第三电机，所述灌浆单元主体通过灌浆管道与所述仓储装置相连。

进一步地，包括：

所述仓储装置包括置于所述车身后部的废料仓，所述废料仓的前端设置碎尘泵管道，所述碎尘泵管道通过所述喉管与所述吸尘单元主体底端连接。

进一步地，包括：

所述仓储装置还包括原料仓，所述原料仓的前端通过所述灌浆管道与所述灌浆单元主体的底端连接。

进一步地，包括：

所述仓储装置的前部沿车身宽度方向设置放置架，所述放置架上开设多个放置槽，所述放置槽用于固定所述模组化吸尘单元、模组化切割单元或模组化灌浆单元任一个。

进一步地，包括：

该设备还包括电源模块，所述电源模块位于所述车头中，用于对该修复设备中的其他装置进行持续供电。

一种根据上述全自动路面修复设备实现的路面修复方法，所述方法包括：

(1)检测装置对路面病害区域进行光学识别并生成坐标位置数据，并将所述数据发送到中央处理器；

(2)所述中央处理器根据所述坐标位置数据进行判断处理并发送操作指令给修复清理装置，修复清理装置的驱动单元驱动模组化切割单元进行切割或扩缝；

(3)模组化吸尘单元对切割或扩缝破碎过程中产生的碎屑进行吸尘清理；

(4)所述模组化灌浆单元按照所述坐标位置数据进行灌浆或涂抹；

(5)人工注入新的预制沥青方块或热固步骤4中的浆料；

(6)该路面修复完成，移至其他路面进行识别并修复。

有益效果：本发明利用机械的自动化功能，将破碎开槽、碎尘清洁、基料填充、灌浆修复等流程集合一体，不再需要通过多个单独运作的工作人员来完成任务目标，提高了修复效率，缩短了路面修复时间，提升了社会交通效率，从而提高了人们的生活体验；本发明采用全自动智能化修复，可以通过程序控制设备的动作，几乎没有人工干预，提高了修复过程的安全性。

附图说明

图1为本发明其中一实施例所述修复设备的整体结构示意图；

图2为本发明其中一实施例所述修复设备的另一结构示意图；

图3为本发明其中一实施例所述修复设备的另一结构示意图；

图4为本发明其中一实施例所述修复设备的另一结构示意图；

图5为本发明其中一实施例所述的旋转底座的结构示意图；

图6为本发明其中一实施例所述的修复方法流程图；

图7为本发明其中一实施例所述的检测装置得到的坐标位置数据。

图中包括：车体10，车头11，翼护板113，车身12，示廓照明灯121，横梁122，工作警示灯123，多功能仓室124，车尾13，支撑结构131，尾部示廓灯132，麦克纳姆全向轮14，车轮电机15，修复清理装置30，模组化吸尘单元31，第一夹持板311，吸尘进口端312，吸尘单元主体313，喉管314，模组化切割单元32，第二夹持板321，切割刀头322，切割单元主体323，模组化灌浆单元33，第三夹持板331，灌浆头部332，灌浆单元主体333，灌浆管道334，驱动单元34，移动单元35，X轴组件351，X轴运动轨道3511，Y轴组件352，Y轴运动轨道3521，钢梁3522，滑块353，旋转底座354，模组化预备单元36，预备夹持板361，预备单元主体362，仓储装置40，废料仓41，碎尘泵管道42，原料仓43，沥青填补方块44，放置架50，放置槽51。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

参阅图1-图4所示，本发明所述的全自动路面修复设备，路面修复机设备采用前半部分修复，后半部分仓储物料的结构作为基础。包括车体10，车体由车头11、车身12和车尾13组成，车头11外部两侧安装两组照明装置，一组为示廓灯111，另一组作为地面专用的照明装置112，方便操作者进行目视修正操作。轮胎上方的车头11两侧安装有翼护板113，车身12两侧安装有V型双侧示廓照明灯121，车顶的横梁122横跨车身的两侧，横梁上左右两侧分别安装有一个工作警示灯123，警示灯四面发光，提醒行人注意到有正在操作的机器。车尾13设置工具箱和具备方向性的指示灯。车身的侧面有两个活动多功能仓室124，可以根据使用者的需求发挥不同的功能。车辆尾部的底盘上设置有支撑结构131，提高车身的坚固程度，车尾还设有尾部示廓灯132。

本设备使用的车轮选用了麦克纳姆全向轮14，并配备有车轮电机15，这种轮子具备全向移动的特征，在狭小空间中具有更好的灵活性，也方便在作业时进行移动修正，有利于提高作业精度，步进电机则可以更好地控制车辆移动的距离从而提高作业精度。

进一步的，该设备设有检测装置、中央处理器、修复清理装置30、仓储装置40以及驱动模块。驱动模块可采用电机；所述检测装置20安装于所述车头11下方，其用于对损坏的路面进行检测，所述中央处理器置于所述车头内部一侧，其用于对所述检测装置得到的定位数据进行判断处理并向所述修复清理装置发送操作指令，所述修复清理装置30安装在所述车身12前部，用于对检测装置20检测出的路面问题进行修复和修复后的清理，所述仓储装置40用于存储原料以及清理后的废料，其安装于所述车身后部，所述驱动模块用于驱动车体的行进，安装于所述车头一侧。

进一步的，该设备还包括电源模块，所述电源模块位于所述车头中，用于对该修复设备中的其他装置进行持续供电，可用续航时间长且稳定的电池组实现供电。

进一步的，本实施例所述的检测装置包括：图像采集模块、图像处理模块，图像采集模块主要由面阵CCD摄像机、速度传感器21、拍照控制电路及数字图像采集卡组成。路面破损图像数据的采集在整个裂缝检测中具有至关重要的作用，因为后期的图像处理、分析及综合信息评价阶段，对原始图像的质量有较高要求。所以在整个图像采集阶段对包括面阵CCD摄像机，拍照控制电路的设计，照明系统的安装都非常的重要。速度传感器主要用来测量检测车的行驶速度信息，并通过车速信息来控制CCD摄像机的拍照频率，最大程度的防止破损路面信息的漏检或者是重复采集路面图像的情况。从而造成影响最终综合信息评价的结果，并且为系统增加额外负担，降低检测系统的工作效率。

图像处理模块主要由两部分组成，包括高速视频图像的存储显示、图像处理及评价。由于路面破损图像数据的采集是检测车在高速行驶状态下获取的，所以普通的图像存储软件无法满足要求。这里必须采用专门高速视频图像存储软件来实现大信息量的图像数据实时存储。路面破损图像的处理和评价采用离线的方式对采集回来的图像数据进行后期处理、分析和评价。

所述修复清理装置30包括模组化吸尘单元31、模组化切割单元32、模组化灌浆单元33、驱动单元34以及移动单元35，所述模组化吸尘单元31、模组化切割单元、32模组化灌浆单元33可根据所述移动单元35设定的路径对路面实施吸尘、切割或灌浆任务，所述驱动单元34用于对所述移动单元35提供驱动；所述移动单元35包括X轴组件351、Y轴组件352、滑块、旋转底座354，所述Y轴组件352跨设在所述X轴组件351上，所述驱动单元34中第一驱动电机341驱动所述Y轴组件352在X方向上运动，所述旋转底座354通过滑,353固定在Y轴组件352上，通过所述驱动单元34的第二驱动电机驱动所述旋转底座沿Y轴组件352平移，所述驱动单元34中还包括舵机，其置于旋转底座354中，用于驱动旋转底座354的旋转，移动单元35根据扫描阶段采集到的破损数据进行定制化的精确切割和填补，同时旋转底座354用于固定的底座具备旋转的功能，方便进行不同修复功能所需部件的自动更换。

进一步的，X轴组件351包括车身背部两侧分别设置的X轴运动轨道3511，所述Y轴组件352包括Y轴运动轨道3521和用于固定滑块的钢梁3522。

进一步的，本实施例还可包括模组化预备单元36，其置于模组化吸尘单元31、模组化切割单元32、模组化灌浆单元33一侧，包括L型的预备夹持板361和预备单元主体362，主体362里设置电机，但主体352上并没有配备的工具头，作为预备的应急模块化部件。

所述仓储装置40的前部沿车身宽度方向设置放置架50，所述放置架50上开设多个放置槽51，本实施例优选设置为4个放置槽51，分别用于固定所述模组化吸尘单元、模组化切割单元、模组化灌浆单元以及模块化预备单元。放置架前的车底开设一个适于进行操作的孔，Y轴组件移动到固定位置，旋转底座夹取单元主体后，通过该孔完成对路面的修复。

模组化吸尘单元31、模组化切割单元32、模组化灌浆单元33中的对应单元主体上开设多个竖直方向的固定槽(311，321，331)，可用于增加表面的摩擦性，放置槽51的宽度与单元主体进行匹配，使得对应单元卡在放置槽51内。

所述模组化吸尘单元31包括第一夹持板311、吸尘进口端312以及吸尘单元主体313，所述第一夹持板311为L型结构，一端与所述吸尘单元主体313连接，所述吸尘进口端312置于所述吸尘单元主体的进气口处，呈漏斗状结构，所述吸尘单元主体313中包括用于驱动吸尘进口端312除尘的第一电机，所述吸尘单元主体313通过喉管314与所述仓储装置40相连。

进一步地，包括：

所述模组化切割单元32包括第二夹持板321、切割刀头322以及切割单元主体323，所述第二夹持板321为L型结构，一端与所述切割单元主体323连接，所述切割刀头322固定在所述切割单元主体323上，所述切割单元主体323中包括驱动刀头322动作的第二电机。

进一步地，包括：

所述模组化灌浆单元33包括第三夹持板331、灌浆头部332以及灌浆单元主体333，所述第三夹持板331为L型结构，一端与所述灌浆单元主体333连接，所述灌浆头部332固定于所述灌浆单元主体333上，所述灌浆单元主体333中包括吸取浆料的第三电机，所述灌浆单元主体333通过灌浆管道334与所述仓储装置40相连。

本实施例中的第一夹持板311，第二夹持板321、第三夹持板331以及预备夹持板361结构和尺寸相同，L型的一边与自身主体连接，另一边可与旋转底座相连。旋转底座的前表面设置宽度大于L型对应该边的槽，槽内可安装若干组磁铁，当旋转底座移动接收指令需要进行切割、吸尘或灌浆时，该旋转底座定位到对应的单元位置处，旋转底座中间开设放置磁铁的凹槽，将夹持板置于凹槽中，磁铁配合，完成吸附，中央处理器并将其定位到路面损坏的位置进行相应操作，如图5所示。

进一步的，本发明的另一个实施例的夹取功能还可采用在旋转底座两侧分别设置电机，通过电机控制旋转底座的两侧，即夹爪，实现夹持或松开。

进一步地，包括：

所述仓储装置40包括置于所述车身后部的废料仓41，所述废料仓41的前端设置碎尘泵管道42，所述碎尘泵管道42通过所述喉管314与所述吸尘单元主体313底端连接。

所述仓储装置40还包括原料仓43，所述原料仓43的前端通过所述灌浆管道334与所述灌浆单元主体333的底端连接。车身后并有预制好的沥青填补方块44，用于辅助操作人员在不同情况下灵活修改修补方案。

本发明还提供一种路面修复方法，如图6所示，首先对破损路面的检测装置安置在车头下方，将修复机运送至路面破损处，使路面受损部分处于修复机轮宽之间，然后，检测装置对路面病害区域进行光学识别并生成坐标位置数据，并将所述数据发送到中央处理器，如图7所示，根据检测装置确定待分割路面的分割位置数据。

所述中央处理器根据所述坐标位置数据进行判断处理并发送操作指令给修复清理装置，修复清理装置的驱动单元驱动模组化切割单元进行切割或扩缝；模组化吸尘单元对切割或扩缝破碎过程中产生的碎屑进行吸尘清理；所述模组化灌浆单元按照所述坐标位置数据进行灌浆或涂抹；人工注入新的预制沥青方块或热固浆料；该路面修复完成，移至其他路面进行识别并修复。

进一步的，检测装置的工作流程具体包括：

S1：计算机开机，计算机内存初始化。

S2：光学相机对路面进行拍摄。当路面有一些明显的裂缝或是坑洞时，在路面病害区域会形成下陷的结构，下陷结构光线不足，造成视觉上感受不同，

即路面病害区域颜色以黑色或深色为主，而正常路面区域依然是灰色或是明度较高的颜色。这里相机生成JPG或是RAW格式的静态图像。

S3：对拍摄的若干单幅图像进行拼接，即生成被拍摄区域的全景图像，通俗来说就是更大面积的一幅图像。接着计算机将这幅彩色RGB图像转换为灰度模式。

S4：对拼合的图像进行像素分割。即一张图片分辨率若为1920*1080pixels，说明其横向有1920个点，纵向有1080个点，总共有约200万个点。

S5：对每个点进行Value值的读取，纯黑色为100，纯白色为0，灰色部分按照明暗从1-99进行梯度排序，从而得到每一个点的Value值。

S6：根据算法将深色(Value值大于70)的点用纯白色标示为高光，即待修复区域，其他区域标示为黑色，即正常路面区域。到这一步路面状况已经用黑色和白色清晰的区别开来。

S7：以全景图像的左下角为坐标原点建立坐标系。每个点都得到了其自己的坐标，最左下角坐标为(0,0)，最右上角坐标为(1920,1080)。接着根据算法将白色高光标示区域计算最小外界矩形，即图中的方框，这个方框内的区域就是维修时需要切割扩缝和灌浆的部分。

S8：将方框内的坐标发送至该修复设备的中央处理器，传送至机械修复头，从而引导修复组件的运动方向和运动距离，形成了此处的自动化过程，整个过程可采用计算机程序实现。

进一步的，修复清理装置接收到定位数据后，Y轴组件首先移动到需要的操作的模块化单元前，旋转底座夹取对应的单元后，中央处理器控制Y轴组件移动到对应的坐标位置后固定，旋转底座旋转180度到路面，模块化单元对路面进行相应的操作。

同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。

Claims (9)

1.一种全自动路面修复设备，其特征在于，该设备包括：车体、检测装置、中央处理器、修复清理装置、仓储装置以及驱动模块；所述检测装置安置于所述车体前端下方，其用于对损坏的路面进行检测，所述中央处理器置于所述车头内部一侧，其用于对所述检测装置得到的定位数据进行判断处理并向所述修复清理装置发送操作指令，所述修复清理装置安装在所述车身前部，用于对检测装置检测出的路面问题进行修复和修复后的清理，所述仓储装置用于存储原料以及清理后的废料，其安装于所述车身后部，所述驱动模块用于驱动车体的行进，其安装于所述车头内；

所述修复清理装置包括模组化吸尘单元、模组化切割单元、模组化灌浆单元、驱动单元以及移动单元，所述模组化吸尘单元、模组化切割单元、模组化灌浆单元可根据所述移动单元设定的路径分别对路面实施吸尘、切割和灌浆任务，所述驱动单元用于对所述移动单元提供驱动，包括：第一驱动电机，第二驱动电机以及舵机，所述移动单元包括X轴组件、Y轴组件和旋转底座，所述Y轴组件跨设在所述X轴组件上，所述第一驱动电机驱动所述Y轴组件在X方向上运动，所述旋转底座固定在Y轴组件上，通过第二驱动电机驱动所述旋转底座平移，所述舵机驱动旋转底座的旋转。

2.根据权利要求1所述的全自动路面修复设备，其特征在于，所述模组化吸尘单元包括第一夹持板、吸尘进口端以及吸尘单元主体，所述第一夹持板为L型结构，一端与所述吸尘单元主体连接，所述吸尘进口端置于所述吸尘单元主体的进气口处，所述吸尘单元主体中包括用于驱动吸尘进口端除尘的第一电机，所述吸尘单元主体通过喉管与所述仓储装置相连。

3.根据权利要求1所述的全自动路面修复设备，其特征在于，所述模组化切割单元包括第二夹持板、切割刀头以及切割单元主体，所述第二夹持板为L型结构，一端与所述切割单元主体连接，所述切割刀头固定在所述切割单元主体上，所述切割单元主体中包括驱动刀头动作的第二电机。

4.根据权利要求1所述的全自动路面修复设备，其特征在于，所述模组化灌浆单元包括第三夹持板、灌浆头部以及灌浆单元主体，所述第三夹持板为L型结构，一端与所述灌浆单元主体连接，所述灌浆头部固定于所述灌浆单元主体上，所述灌浆单元主体中包括吸取浆料的第三电机，所述灌浆单元主体通过灌浆管道与所述仓储装置相连。

5.根据权利要求2所述的全自动路面修复设备，其特征在于，所述仓储装置包括置于所述车身后部的废料仓，所述废料仓的前端设置碎尘泵管道，所述碎尘泵管道通过所述喉管与所述吸尘单元主体底端连接。

6.根据权利要求4所述的全自动路面修复设备，其特征在于，所述仓储装置还包括原料仓，所述原料仓的前端通过所述灌浆管道与所述灌浆单元主体的底端连接。

7.根据权利要求1所述的全自动路面修复设备，其特征在于，所述仓储装置的前部沿车身宽度方向设置放置架，所述放置架上开设多个放置槽，所述放置槽用于固定所述模组化吸尘单元、模组化切割单元或模组化灌浆单元任一个。

8.根据权利要求1所述的全自动路面修复设备，其特征在于，该设备还包括电源模块，所述电源模块位于所述车头中，用于对该修复设备中的其他装置进行持续供电。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的全自动路面修复设备实现的路面修复方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)检测装置对路面进行拍摄，并将所述数据发送到中央处理器；

(2)所述中央处理器根据所述坐标位置数据进行判断处理并发送操作指令给修复清理装置，修复清理装置的驱动单元驱动模组化切割单元进行切割或扩缝；

(3)模组化吸尘单元对切割或扩缝破碎过程中产生的碎屑进行吸尘清理；

(4)所述模组化灌浆单元按照所述坐标位置数据进行灌浆或涂抹；

(5)人工注入新的预制沥青方块或热固步骤4中的浆料；

(6)该路面修复完成，移至其他路面进行识别并修复。