CN112857838A - 一种拖拉机转向圆原地检测装置及方法 - Google Patents

一种拖拉机转向圆原地检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种拖拉机转向圆原地检测装置及方法，用于评价拖拉机最小转向圆半径，该装置包括控制单元、检测单元和操作引导指示屏，检测单元包括水平位激光线投射装置和双目相机装置，构成空间立体相机，用于获取前轮胎面上的激光线空间位置；操作引导指示屏引导操作人员把拖拉机驶入检测位置，并引导操作员操作方向盘至平衡位置、右打满、左打满的动作，获得前轮极限转向偏角空间位置；控制单元实现操作引导、双目视觉获取、空间激光线段的夹角换算，最终提供转向圆检测结论。本发明利用固定的激光投射线和双目相机，通过拖拉机原地转向的方法，快速获取转向轮的偏角和转向圆半径，大大降低拖拉机转向圆检测难度，提高工作效率。

Description

一种拖拉机转向圆原地检测装置及方法
技术领域
本发明涉及拖拉机检测技术领域，尤其涉及一种拖拉机转向圆原地检测装置及方法。
背景技术
在拖拉机出厂前，通常需要检测多种项目，如制动性能、油耗、转向圆等。其中，对于转向圆检测而言，现有场地测量的转角测试，场地测量要求场地大，同时测试时受天气限制，测试时间长。因此，如何解决拖拉机转向圆原地、快速及准确检测的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种拖拉机转向圆原地检测装置及方法，其检测装置用静态试验代替动态试验，提高检测过程的准确性和方便性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提供一种拖拉机转向圆原地检测装置，包括控制单元、检测单元和操作引导指示屏，所述控制单元通过连接线缆分别和检测单元及操作引导指示屏连接；其中，检测单元包括水平位激光线投射装置和双目相机装置，构成空间立体相机，用于获取前轮胎面上的激光线空间位置；操作引导指示屏引导操作人员把拖拉机驶入检测位置，并引导操作员操作方向盘至平衡位置、右打满、左打满的动作，获得前轮极限转向偏角空间位置；控制单元实现操作引导、双目视觉获取、空间激光线段的夹角换算，最终提供转向圆检测结论；装置整体安装于检测场地上，正对待检测的拖拉机的前轮盘面。
进一步地，所述检测单元包括固定底座、支撑臂、高度调节杆、水平位激光线投射装置和双目相机装置，所述固定底座和水平激光线投射器通过支撑臂和高度调节杆连接，所述高度调节杆能够上下活动在支撑臂内，所述支撑臂通过控制单元控制带动水平位激光线投射装置和双目相机装置在水平面内转动。
进一步地，所述支撑臂由上至下均匀分布多个螺孔，所述高度调节杆套接在支撑臂内，并通过穿过螺孔的螺栓固定。
进一步地，所述的水平激光线投射器由半导体激光器加棱镜构成，实现在水平面上的一条激光线投射。
进一步地，所述双目相机装置包括第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机位置布置在水平激光线投射器上下对称，双目相机的圆心距离水平激光线投射器的投射点的距离为h，双目相机镜头平面和水平激光线投射器镜头平面夹角为α，双目相机能够捕捉激光线在前轮胎面轴向轮廓的遍历点，然后将捕捉点的照片通过连接线缆传输到控制单元。
进一步地，前轮胎面轴向轮廓，包含轮胎壁面、轮毂外面上的轴向轮廓线的空间位置，最终要获得的信息是两侧对称胎壁面上点拟合的空间直线。
进一步地，所述控制单元，采用MCU，包括信号收发模块、水平位激光线投射控制模块、双目相机采集模块、直线拟合模块、极限摆角计算模块、转向圆换算模块、水平位激光线投射装置的转动控制模块、对比分析和决策模块；控制单元通过连接电缆给操作引导指示屏显示测试状态，并控制水平位激光线投射装置和双目相机装置同时工作，并接收双目相机采集的图片，采集的图片为前轮胎面轴向轮廓，包含轮胎壁面、轮毂外面上的轴向轮廓线的空间位置，最终要获得的信息是两侧对称胎壁面上点拟合的空间直线；直线拟合模块将图片处理后得到的激光线束拟合为直线，极限摆角计算模块根据直线的空间坐标计算得到直线的斜率，根据拟合的两直线斜率计算出极限摆角；转向圆换算模块将极限摆角经算法公式换算为转向圆；对比分析和决策模块将得到的转向圆与阈值对比，从而判断出是否符合检测要求。
进一步地，所述的操作引导指示屏，由电子显示屏构成，安装于待测拖拉机正前方上侧的测试操作员可视范围内，用于显示操作指引、拖拉机前轮位置状态、实时测试数据和测试结果。
本发明还提供了一种拖拉机转向圆原地检测方法，采用上述的装置，并包括以下步骤：
(1)拖拉机驶入检测工位；
(2)操作员根据操作引导指示屏的引导，扶正方向盘平衡；
(3)水平位激光器工作，在前轮上投射激光线，双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，并作为基准线；
(4)操作员根据操作引导指示屏的引导，向右打满方向盘；
(5)双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，算出与基准线的夹角，即为前轮极限右摆角；
(6)操作员根据操作引导指示屏的引导，向左打满方向盘；
(7)双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，算出与基准线的夹角，即为前轮极限左摆角；
(8)根据拖拉机车型结构数据，结合轮距、轴距及左右极限摆角，推算出拖拉机转向圆半径；
(9)操作员根据操作引导指示屏的引导，摆正方向盘驶出测试位，测试结束。
进一步地，所述拟合直线方法可采用两点确定一条直线的方法，经双目视觉算法得知所取两点的三维坐标，规定x轴正方向为车头前进方向，y轴为前桥车轴方向，z轴垂直于地面，两点坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，因为这两点采用水平位激光投射线投射轮胎所得，因此两点的高度坐标相同，由两点坐标确定的直线的斜率为：k＝(y2-y1)/(x2-x1)，因此基准线403与拟合的空间直线401的分别为k1、k2，假设基准线与拟合的空间直线的夹角为θ，则
Figure BDA0002943392990000031
因此所述极限摆角
Figure BDA0002943392990000032
将所求夹角θ带入转向圆换算公式，
Figure BDA0002943392990000033
计算拖拉机转向圆半径R，式中θ为前轮极限摆角，L为轴距，M为轮距，R为最小转向圆半径。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的拖拉机转向圆原地检测装置及方法，可以测量拖拉机转向轮极限摆角，进而通过转换得到转向圆半径，由于该装置采用双目相机，双目相机可以得到激光线上每个点的三维坐标，因此该装置能够精准的计算出转向轮极限摆角，在测量过程中，操作人员在引导屏幕指导下进行操作，操作更加方便，本发明的试验装置通过拖拉机原地测试代替动态场地测试，从而实现转向圆测试，省时省力且提高了试验的便利性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的拖拉机转向圆原地检测装置的工作过程示意图。
图2为本发明实施例提供的拖拉机转向圆半径间接检测装置的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的基准线与拟合直线的夹角示意图。
附图标记说明：
100-控制单元；
200-连接线缆；
300-检测单元；301-第一相机；302-水平激光线投射器；303-第二相机；304-固定底座；305-支撑臂；306-高度调节杆；
400-前轮胎面轴向轮廓；401-拟合的空间直线；402-极限摆角；403-基准线；
500-拖拉机；501-前轮轮胎；
600-操作引导指示屏。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细介绍。
实施例1
如图1和图2所示，本发明的拖拉机转向圆半径间接检测装置，包括控制单元100、检测单元300和操作引导指示屏600，所述控制单元100通过连接线缆200分别和检测单元300及操作引导指示屏600连接。其中：
控制单元100实现操作引导、双目视觉获取、空间激光线段的夹角换算，最终提供转向圆检测结论；装置整体安装于检测场地上，正对待检测的拖拉机的前轮盘面。
具体地，所述控制单元100，采用MCU，包括信号收发模块、水平位激光线投射控制模块、双目相机采集模块、直线拟合模块、极限摆角计算模块、转向圆换算模块、水平位激光线投射装置的转动控制模块、对比分析和决策模块；控制单元100通过连接电缆200给操作引导指示屏600显示测试状态，并控制水平位激光线投射装置302和双目相机装置同时工作，并接收双目相机采集的图片，采集的图片为前轮胎面轴向轮廓，包含轮胎壁面、轮毂外面上的轴向轮廓线的空间位置，最终要获得的信息是两侧对称胎壁面上点拟合的空间直线；直线拟合模块将图片处理后得到的激光线束拟合为直线，极限摆角计算模块根据直线的空间坐标计算得到直线的斜率，根据拟合的两直线斜率计算出极限摆角；转向圆换算模块将极限摆角经算法公式换算为转向圆；对比分析和决策模块将得到的转向圆与阈值对比，从而判断出是否符合检测要求。
所述检测单元300包括固定底座304、支撑臂305、高度调节杆306、水平位激光线投射装置302和双目相机装置，其中，水平位激光线投射装置302和双目相机装置，构成空间立体相机，用于获取前轮胎面上的激光线空间位置。具体地，所述的水平激光线投射器302由半导体激光器加棱镜构成，实现在水平面上的一条激光线投射。
所述双目相机装置包括第一相机301和第二相机303，所述第一相机301和第二相机303位置布置在水平激光线投射器302上下对称，双目相机的圆心距离水平激光线投射器302的投射点的距离为h，双目相机镜头平面和水平激光线投射器302镜头平面夹角为α，双目相机能够捕捉激光线在前轮胎面轴向轮廓400的遍历点，然后将捕捉点的照片通过连接线缆200传输到控制单元100。所述的前轮胎面轴向轮廓400，包含轮胎壁面、轮毂外面上的轴向轮廓线的空间位置，最终要获得的信息是两侧对称胎壁面上点拟合的空间直线401。控制单元100控制激光线投射器302的转动，从而调节激光线与地面平行，在测试环节时，控制单元100控制水平位激光线投射器302由初始位置逆时针转动，转动角度为arctan(M/H)，M为轮距，H为激光线投射器距离前轮胎面轴向轮廓的距离，从而保证激光线遍历前轮胎面轴向轮廓。
所述固定底座304和水平激光线投射器302通过支撑臂305和高度调节杆306连接，所述高度调节杆306能够上下活动在支撑臂305内，所述支撑臂通过控制单元100控制带动水平位激光线投射装置302和双目相机装置在水平面内转动。具体地，所述支撑臂305由上至下均匀分布多个螺孔，所述高度调节杆306套接在支撑臂305内，并通过穿过螺孔的螺栓固定。水平激光投射器的高度可以根据拖拉机前轮直径相应上下调节。
操作引导指示屏600，如图1所示，引导操作人员把拖拉机驶入检测位置，并引导操作员操作方向盘至平衡位置、右打满、左打满的动作，获得前轮极限转向偏角空间位置。具体地，所述的操作引导指示屏600，由电子显示屏构成，安装于待测拖拉机正前方上侧的测试操作员可视范围内，用于显示操作指引、拖拉机前轮位置状态、实时测试数据和测试结果。
实施例2
本发明还提供了一种拖拉机转向圆原地检测方法，采用上述的装置，并包括以下步骤：
(1)拖拉机500驶入检测工位；
(2)操作员根据操作引导指示屏600的引导，扶正方向盘平衡；
(3)水平激光线投射器工作，在前轮上投射激光线，双目视觉获取前轮轮胎501上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，并作为基准线；
(4)操作员根据操作引导指示屏的引导，向右打满方向盘；
(5)双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，算出与基准线的夹角，即为前轮极限右摆角；
(6)操作员根据操作引导指示屏的引导，向左打满方向盘；
(7)双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，算出与基准线的夹角，即为前轮极限左摆角；
(8)根据拖拉机车型结构数据，结合轮距、轴距及左右极限摆角，推算出拖拉机转向圆半径；
(9)操作员根据操作引导指示屏的引导，摆正方向盘驶出测试位，测试结束。
其中，所述拟合直线方法可采用两点确定一条直线的方法，如图3所示，经双目视觉算法得知所取两点的三维坐标，规定x轴正方向为车头前进方向，y轴为前桥车轴方向，z轴垂直于地面，两点坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，因为这两点采用水平位激光投射线投射轮胎所得，因此两点的高度坐标相同，由两点坐标确定的直线的斜率为：k＝(y2-y1)/(x2-x1)，因此基准线403与拟合的空间直线401的分别为k1、k2，假设基准线403与拟合的空间直线401的夹角为θ，则
Figure BDA0002943392990000071
因此所述极限摆角
Figure BDA0002943392990000072
将所求夹角θ带入转向圆换算公式，
Figure BDA0002943392990000073
计算拖拉机转向圆半径R，式中θ为前轮极限摆角402，L为轴距，M为轮距，R为最小转向圆半径。
假设基准线的两左边分别为(-200,1000,500)、(200,1000,500)，那么基准线斜率为0，拟合的空间两点坐标分别为(-150,850,500)、(150,1150,500)，那么基准线斜率为1，那么所求极限摆角为45°，
Figure BDA0002943392990000074
已知L＝1440mm，M＝930mm，则R＝1905mm。
本发明提供的拖拉机转向圆原地检测装置及方法，可以测量拖拉机转向轮极限摆角，进而通过转换得到转向圆半径，由于该装置采用双目相机，双目相机可以得到激光线上每个点的三维坐标，因此该装置能够精准的计算出转向轮极限摆角，在测量过程中，操作人员在引导屏幕指导下进行操作，操作更加方便，本发明的试验装置通过拖拉机原地测试代替动态场地测试，从而实现转向圆测试，省时省力且提高了试验的便利性和安全性。
显然，以上所述仅为本发明的优选实施方式，是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，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。

Claims (10)

1.一种拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，包括控制单元(100)、检测单元(300)和操作引导指示屏(600)，所述控制单元(100)通过连接线缆(200)分别和检测单元(300)及操作引导指示屏(600)连接；其中，检测单元(300)包括水平位激光线投射装置(302)和双目相机装置，构成空间立体相机，用于获取前轮胎面上的激光线空间位置；操作引导指示屏(600)引导操作人员把拖拉机驶入检测位置，并引导操作员操作方向盘至平衡位置、右打满、左打满的动作，获得前轮极限转向偏角空间位置；控制单元(100)实现操作引导、双目视觉获取、空间激光线段的夹角换算，最终提供转向圆检测结论；装置整体安装于检测场地上，正对待检测的拖拉机的前轮盘面。
2.根据权利要求1所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，所述检测单元(300)包括固定底座(304)、支撑臂(305)、高度调节杆(306)、水平位激光线投射装置(302)和双目相机装置，所述固定底座(304)和水平激光线投射器(302)通过支撑臂(305)和高度调节杆(306)连接，所述高度调节杆(306)能够上下活动在支撑臂(305)内，所述支撑臂(305)通过控制单元(100)控制带动水平位激光线投射装置(302)和双目相机装置在水平面内转动。
3.根据权利要求2所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，所述支撑臂(305)由上至下均匀分布多个螺孔，所述高度调节杆(306)套接在支撑臂(305)内，并通过穿过螺孔的螺栓固定。
4.根据权利要求1所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，所述的水平激光线投射器(302)由半导体激光器加棱镜构成，实现在水平面上的一条激光线投射。
5.根据权利要求1所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，所述双目相机装置包括第一相机(301)和第二相机(303)，所述第一相机(301)和第二相机(303)位置布置在水平激光线投射器(302)上下对称，双目相机的圆心距离水平激光线投射器(302)的投射点的距离为h，双目相机镜头平面和水平激光线投射器(302)镜头平面夹角为α，双目相机能够捕捉激光线在前轮胎面轴向轮廓(400)的遍历点，然后将捕捉点的照片通过连接线缆(200)传输到控制单元(100)。
6.根据权利要求4所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，前轮胎面轴向轮廓(400)，包含轮胎壁面、轮毂外面上的轴向轮廓线的空间位置，最终要获得的信息是两侧对称胎壁面上点拟合的空间直线(401)。
7.根据权利要求1所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，所述控制单元(100)，采用MCU，包括信号收发模块、水平位激光线投射控制模块、双目相机采集模块、直线拟合模块、极限摆角计算模块、转向圆换算模块、水平位激光线投射装置的转动控制模块、对比分析和决策模块；控制单元(100)通过连接电缆(200)给操作引导指示屏(600)显示测试状态，并控制水平位激光线投射装置(302)和双目相机装置同时工作，并接收双目相机采集的图片，采集的图片为前轮胎面轴向轮廓，包含轮胎壁面、轮毂外面上的轴向轮廓线的空间位置，最终要获得的信息是两侧对称胎壁面上点拟合的空间直线；直线拟合模块将图片处理后得到的激光线束拟合为直线，极限摆角计算模块根据直线的空间坐标计算得到直线的斜率，根据拟合的两直线斜率计算出极限摆角；转向圆换算模块将极限摆角经算法公式换算为转向圆；对比分析和决策模块将得到的转向圆与阈值对比，从而判断出是否符合检测要求。
8.根据权利要求1所述的拖拉机转向圆原地检测装置，其特征在于，所述的操作引导指示屏(600)，由电子显示屏构成，安装于待测拖拉机正前方上侧的测试操作员可视范围内，用于显示操作指引、拖拉机前轮位置状态、实时测试数据和测试结果。
9.一种拖拉机转向圆原地检测方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的装置，并包括以下步骤：
(1)拖拉机驶入检测工位；
(2)操作员根据操作引导指示屏的引导，扶正方向盘平衡；
(3)水平位激光器工作，在前轮上投射激光线，双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，并作为基准线；
(4)操作员根据操作引导指示屏的引导，向右打满方向盘；
(5)双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，算出与基准线的夹角，即为前轮极限右摆角；
(6)操作员根据操作引导指示屏的引导，向左打满方向盘；
(7)双目视觉获取轮胎上的激光线条，并拟合空间直线后，获得直线在空间位置，算出与基准线的夹角，即为前轮极限左摆角；
(8)根据拖拉机车型结构数据，结合轮距、轴距及左右极限摆角，推算出拖拉机转向圆半径；
(9)操作员根据操作引导指示屏的引导，摆正方向盘驶出测试位，测试结束。
10.根据权利要求9所述的拖拉机转向圆半径间接检测方法，其特征在于，所述拟合直线方法可采用两点确定一条直线的方法，保证所选的两点到轮胎中心距离一致，经双目视觉算法得知所取两点的三维坐标，规定x轴正方向为车头前进方向，y轴为前桥车轴方向，z轴垂直于地面，两点坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，因为这两点采用水平位激光投射线投射轮胎所得，因此两点的高度坐标相同，由两点坐标确定的直线的斜率为：k＝(y2-y1)/(x2-x1)，因此基准线(403)与拟合的空间直线(401)的分别为k1、k2，假设基准线(403)与拟合的空间直线(401)的夹角为θ，则
Figure FDA0002943392980000031
因此所述极限摆角
Figure FDA0002943392980000032
将所求夹角θ带入转向圆换算公式，
Figure FDA0002943392980000033
计算拖拉机转向圆半径R，式中θ为前轮极限摆角(402)，L为轴距，M为轮距，R为最小转向圆半径。
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