CN113075670A - 一种压路机边缘检测装置及方法 - Google Patents

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CN113075670A CN202110503613.7A CN202110503613A CN113075670A CN 113075670 A CN113075670 A CN 113075670A CN 202110503613 A CN202110503613 A CN 202110503613A CN 113075670 A CN113075670 A CN 113075670A
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冷冰
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张古衡
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Abstract

本发明涉及一种压路机边缘检测装置及方法，第一边缘检测结构和第二边缘检测结构分别设置在压路机同一侧的前后钢轮上，第一边缘检测结构获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，第二边缘检测结构获取压路机的后钢轮边缘与路沿石的第二距离，中央控制器比较第一距离与距离阈值获得第一比较结果，同时比较第二距离与距离阈值获得第二比较结果，根第一比较结果和第二比较结果控制转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。本发明实时检测压路机到路沿石的距离，并根据检测的距离及时、自动调整压路机的行驶方向，防止压路机撞到路沿石或栏杆，或钢轮偏离路沿石距离过大。

Description

一种压路机边缘检测装置及方法
技术领域
本发明涉及边缘检测技术领域，特别是涉及一种压路机边缘检测装置及方法。
背景技术
压路机应用于半封闭的开阔场地，压路机在工作面工作时，一般依靠驾驶员的观察去判断压路机与路沿石的距离，从而去调整压路机的行驶方向，防止压路机撞到路沿石，或压路机的钢轮偏离路沿石距离过大。而这种依靠人工观察去主动判断距离的方法并不准确，也不能及时发现压路机位置的偏离，导致无法及时调整压路机的行驶方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种压路机边缘检测装置及方法，以实时检测压路机与路沿石的距离，并能自动调整压路机的行驶方向。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种压路机边缘检测装置，所述装置包括：第一边缘检测结构、第二边缘检测结构、中央控制器和转向系统；
第一边缘检测结构和第二边缘检测结构分别设置在压路机同一侧的前后钢轮上；
所述第一边缘检测结构与所述中央控制器连接，所述第一边缘检测结构用于获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的距离，作为第一距离，并将所述第一距离传输至所述中央控制器；
所述第二边缘检测结构与所述中央控制器连接，所述第二边缘检测结构用于获取压路机的后钢轮边缘与路沿石的距离，作为第二距离，并将所述第二距离传输至所述中央控制器；
所述中央控制器与所述转向系统连接，所述中央控制器用于比较所述第一距离与距离阈值获得第一比较结果，同时比较所述第二距离与所述距离阈值获得第二比较结果，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果输出转向控制信号，根据所述转向控制信号控制所述转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。
进一步地，所述第一边缘检测结构包括：第一超声波传感器和检测控制器；
所述第一超声波传感器的信号输出端与所述检测控制器的信号输入端连接，所述检测控制器的信号输出端与所述中央控制器连接；
所述检测控制器用于在所述第一超声波传感器向路沿石发射超声波时开始计时，在所述第一超声波传感器接收到所述路沿石反射的超声波时停止计时，获得第一超声波传播时间，根据所述第一超声波传播时间和超声波的传播速度计算压路机的前钢轮边缘与路沿石的距离，作为第一距离，并将所述第一距离传输至所述中央控制器。
进一步地，所述第一边缘检测结构还包括：第二超声波传感器；
所述第二超声波传感器的超声波发射端对准压路机的前钢轮内壁；
所述第二超声波传感器的信号输出端与所述检测控制器的信号输入端连接；
所述检测控制器用于在所述第二超声波传感器向压路机的前钢轮内壁发射超声波时开始计时，在所述第二超声波传感器接收到压路机的前钢轮内壁反射的超声波时停止计时，获得第二超声波传播时间，根据所述第二超声波传播时间和所述第二超声波传感器到压路机的前钢轮内壁的距离计算当前环境下超声波的传播速度。
进一步地，所述第一边缘检测结构还包括：外壳；
所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器均设置在所述外壳的内部；
所述外壳上开设通孔，所述第一超声波传感器的超声波发射端对准所述通孔；
所述第二超声波传感器的超声波发射端对准所述外壳的内壁；所述检测控制器用于在所述第二超声波传感器向所述外壳的内壁发射超声波时开始计时，在所述第二超声波传感器接收到所述外壳的内壁反射的超声波时停止计时，获得第三超声波传播时间，根据所述第三超声波传播时间和所述第二超声波传感器到所述外壳的内壁的距离计算当前环境下超声波的传播速度。
进一步地，所述第一超声波传感器的数量为一个或多个。
进一步地，当所述第一超声波传感器的数量为多个时，所述检测控制器用于计算每个第一超声波传感器检测的压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，获取所有第一超声波传感器检测的第一距离的平均值，并将所述平均值传输至所述中央控制器。
一种压路机边缘检测方法，所述方法包括：
分别获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，以及压路机的后钢轮边缘与路沿石的第二距离；所述前钢轮边缘与所述后钢轮边缘位于所述压路机的同一侧；
比较所述第一距离与距离阈值获得第一比较结果，并比较所述第二距离与所述距离阈值获得第二比较结果；
根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制压路机的转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。
进一步地，所述获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，具体包括：
获取当前环境下超声波的传播速度；
获取从第一超声波传感器向路沿石发射超声波到接收到路沿石反射的超声波的第一超声波传播时间；
根据所述当前环境下超声波的传播速度和所述第一超声波传播时间，计算所述第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离；
将所述第三距离减去所述第一超声波传感器到压路机的前钢轮边缘的距离，获得压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离。
进一步地，根据所述当前环境下超声波的传播速度和所述第一超声波传播时间，计算所述第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离，具体包括：
根据所述当前环境下超声波的传播速度和所述第一超声波传播时间，利用公式
Figure BDA0003057419870000041
或
Figure BDA0003057419870000042
计算所述第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离；
其中，H为第三距离，V为当前环境下超声波的传播速度，t为第一超声波传播时间，M为压路机的前钢轮在第一超声波传播时间内移动的距离，θ为第一超声波传感器发射超声波的角度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种压路机边缘检测装置，第一边缘检测结构和第二边缘检测结构分别设置在压路机同一侧的前后钢轮上，第一边缘检测结构获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，第二边缘检测结构获取压路机的后钢轮边缘与路沿石的第二距离，中央控制器比较第一距离与距离阈值获得第一比较结果，同时比较第二距离与距离阈值获得第二比较结果，根第一比较结果和第二比较结果控制转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。本发明实时检测压路机到路沿石的距离，并根据检测的距离及时、自动调整压路机的行驶方向，防止压路机撞到路沿石或栏杆，或钢轮偏离路沿石距离过大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种压路机边缘检测装置的结构图；
图2为本发明提供的第一边缘检测结构的结构图；
图3为本发明提供的计算第一超声波传感器与路沿石的距离的原理图；
图4为本发明提供的一种压路机边缘检测方法的流程图；
符号说明：1第一边缘检测结构，1-1第一超声波传感器，1-2第二超声波传感器，2第二边缘检测结构，3第三边缘检测结构，4第四边缘检测结构，5转向油缸，6连接杆，7铰接点，8外壳。
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。
本发明的目的是提供一种压路机边缘检测装置及方法，以实现压路机与路沿石的距离的自动检测，并自动调整压路机的行驶方向。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
本发明提供了一种压路机边缘检测装置，装置包括：第一边缘检测结构1、第二边缘检测结构2、中央控制器和转向系统。
第一边缘检测结构1和第二边缘检测结构2分别设置在压路机同一侧的前后钢轮上。
第一边缘检测结构1与中央控制器连接，第一边缘检测结构1用于获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的距离，作为第一距离，并将第一距离传输至中央控制器。
第二边缘检测结构2与中央控制器连接，第二边缘检测结构2用于获取压路机的后钢轮边缘与路沿石的距离，作为第二距离，并将第二距离传输至中央控制器。
中央控制器与转向系统连接，中央控制器用于比较第一距离与距离阈值获得第一比较结果，同时比较第二距离与距离阈值获得第二比较结果，根据第一比较结果和第二比较结果输出转向控制信号，根据转向控制信号控制转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。
优选地，考虑到压路机的转向是铰接式转向，且压路机起始位置可以在左边也可以在右边，需要在前后钢轮的左右两边都安装上边缘检测结构。如图1中的第一边缘检测结构1、第二边缘检测结构2、第三边缘检测结构3和第四边缘检测结构4。
四个边缘检测结构的具体组成可以相同，也可以不相同。
第一边缘检测结构1包括：第一超声波传感器1-1和检测控制器。
第一超声波传感器1-1的信号输出端与检测控制器的信号输入端连接，检测控制器的信号输出端与中央控制器连接。
检测控制器用于在第一超声波传感器1-1向路沿石发射超声波时开始计时，在第一超声波传感器1-1接收到路沿石反射的超声波时停止计时，获得第一超声波传播时间，根据第一超声波传播时间和超声波的传播速度计算压路机的前钢轮边缘与路沿石的距离，作为第一距离，并将第一距离传输至中央控制器。
第一超声波传感器1-1的数量为一个或多个。
考虑到实际使用中超声波传感器检测的数据会出现误差较大的数值或者丢失的现象，可以在第一超声波传感器1-1的位置安装多个超声波传感器，每个超声波传感器独立测量压路机钢轮到路沿石的距离，将超过设定的误差阈值的数值舍弃，将剩余的数值取平均值后作为压路机钢轮距离路沿石的距离。
第一边缘检测结构1还包括：第二超声波传感器1-2。
第二超声波传感器1-2的超声波发射端对准压路机的前钢轮内壁。
第二超声波传感器1-2的信号输出端与检测控制器的信号输入端连接。
检测控制器用于在第二超声波传感器1-2向压路机的前钢轮内壁发射超声波时开始计时，在第二超声波传感器1-2接收到压路机的前钢轮内壁反射的超声波时停止计时，获得第二超声波传播时间，根据第二超声波传播时间和第二超声波传感器1-2到压路机的前钢轮内壁的距离计算当前环境下超声波的传播速度。
第一边缘检测结构1还包括：外壳8。
第一超声波传感器1-1和第二超声波传感器1-2均设置在外壳8的内部。
外壳8上开设通孔，第一超声波传感器1-1的超声波发射端对准通孔。
第二超声波传感器1-2的超声波发射端对准外壳8的内壁。检测控制器用于在第二超声波传感器1-2向外壳8的内壁发射超声波时开始计时，在第二超声波传感器1-2接收到外壳8的内壁反射的超声波时停止计时，获得第三超声波传播时间，根据第三超声波传播时间和第二超声波传感器1-2到外壳8的内壁的距离计算当前环境下超声波的传播速度。
如图2所示，第一超声波传感器1-1和第二超声波传感器1-2为同型号的超声波传感器，通过五金支架固定在前后钢轮的左右两侧。第二超声波传感器1-2为温度补偿探头，确保高温下连续工作的精确度。
工作原理如下：由于实际施工中沥青温度的不同，会导致声波在高温沥青附近的空气中传播的速度不同，因此需要第二超声波传感器1-2作为温度补偿探头，来实时测量当前时间当前环境下超声波的传播速度。图3中的距离D是一个固定值，第二超声波传感器1-2发射超声波的同时开始计时，接收到反射波的同时停止计时，这个时间设为t1，则当前时间当前环境下的超声波速度为V＝2D/t1，此速度就作为第一超声波传感器1-1的当前时间当前环境下的速度。第二超声波传感器1-2是实时测量的，因此在任何时间任何环境下超声波的速度V都是一个精确的数值，减小了甚至避免了因为温度和环境引起的误差。
以图1所示的压路机从左侧路沿石位置开始碾压为例，转向系统为铰接式转向，正常转向时，连接杆6以及转向油缸5与后轮形成一个稳定三角形，由转向油缸5的长度变化实现以铰接点7为圆心的转向。
假定需要压路机的钢轮和路沿石保持2cm的距离，压路机沿左边路沿石前进碾压时，第一边缘检测结构1和第二边缘检测结构2工作，此时会出现以下几种情况：
1、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1和第二边缘检测结构2检测到距离均为2cm，则压路机和路沿石平行，不需要调整方向；
2、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1检测的距离小于2cm，第二边缘检测结构2检测的距离等于2cm，说明压路机正在靠近路沿石，则需要控制压路机的方向向右调整，即控制转向油缸5伸出；
3、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1检测的距离大于2cm，第二边缘检测结构2检测的距离等于2cm，说明压路机正在远离路沿石，则需要控制压路机的方向向左调整，即控制转向油缸5缩回；
4、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1检测的距离等于2cm，第二边缘检测结构2检测的距离小于2cm，说明压路机正在远离路沿石，则需要控制压路机的方向向左调整，即控制转向油缸5缩回；
5、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1检测的距离等于2cm，第二边缘检测结构2检测的距离大于2cm，说明压路机正在靠近路沿石，则需要控制压路机的方向向右调整，即控制转向油缸5伸出；
6、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1和第二边缘检测结构2检测到距离均小于2cm，则需要控制压路机的方向向右调整，即控制转向油缸5伸出；
7、压路机在前进状态时，第一边缘检测结构1和第二边缘检测结构2检测到距离均大于2cm，则需要控制压路机的方向向左调整，即控制转向油缸5缩回。
压路机在左侧后退碾压，右侧前进碾压和右侧后退碾压的情况和上述情况类似。
边缘检测结构检测压路机某一侧路沿石或栏杆距离压路机钢轮的距离，精度控制在2cm以内。压路机第一遍碾压时，边缘检测结构将压路机钢轮与路沿石或栏杆的距离实时传输到智能驾驶系统中，并判断钢轮和路沿石或栏杆的距离是否符合设定值，若不符合，则系统控制方向盘电机进行调整，保证压路机钢轮与路沿石或栏杆的距离，防止压路机撞到路沿石或栏杆，或钢轮偏离路沿石距离过大。
本发明还提供了一种压路机边缘检测方法，如图4所示，方法包括：
S101，分别获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，以及压路机的后钢轮边缘与路沿石的第二距离；前钢轮边缘与后钢轮边缘位于压路机的同一侧；
S102，比较第一距离与距离阈值获得第一比较结果，并比较第二距离与距离阈值获得第二比较结果；
S103，根据第一比较结果和第二比较结果控制压路机的转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。
步骤S101中，获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，具体包括：
获取当前环境下超声波的传播速度；
获取从第一超声波传感器向路沿石发射超声波到接收到路沿石反射的超声波的第一超声波传播时间；
根据当前环境下超声波的传播速度和第一超声波传播时间，计算第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离，具体包括：
根据当前环境下超声波的传播速度和第一超声波传播时间，利用公式
Figure BDA0003057419870000091
或
Figure BDA0003057419870000092
计算第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离；
将第三距离减去第一超声波传感器到压路机的前钢轮边缘的距离，获得压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离。
其中，H为第三距离，V为当前环境下超声波的传播速度，t为第一超声波传播时间，M为压路机的前钢轮在第一超声波传播时间内移动的距离。
如图3所示，A点为第一超声波传感器的发射点，B点为超声波和路沿石的接触点，A'为第一超声波传感器的接收点，则BC的距离为压路机距离路沿石的距离H，根据超声波的特性可以知道AB的长度和A'B的长度均为L，∠ABC＝∠A'BC＝θ，根据超声波传感器产品的外观物理特性，可知角度θ的大小或者AA'的长度M，因此可以计算出
Figure BDA0003057419870000093
或者H＝cosθ×L＝cosθ×Vt/2，如果参数完整，则可以通过两种方式计算出H的值再取平均值。
压路机的后钢轮边缘与路沿石的第二距离的计算方式与第一距离的计算方式相同。
具体工作流程如下：超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，通过时间差测距法来获取压路机钢轮到路沿石之间的距离，将此距离传输至系统中，并判断钢轮和路沿石或栏杆的距离是否符合设定值，若不符合，则系统控制方向盘电机进行调整，保证压路机钢轮与路沿石或者栏杆的距离，防止压路机撞到路沿石或栏杆，或钢轮偏离路沿石距离过大。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种压路机边缘检测装置，其特征在于，所述装置包括：第一边缘检测结构、第二边缘检测结构、中央控制器和转向系统；
第一边缘检测结构和第二边缘检测结构分别设置在压路机同一侧的前后钢轮上；
所述第一边缘检测结构与所述中央控制器连接，所述第一边缘检测结构用于获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的距离，作为第一距离，并将所述第一距离传输至所述中央控制器；
所述第二边缘检测结构与所述中央控制器连接，所述第二边缘检测结构用于获取压路机的后钢轮边缘与路沿石的距离，作为第二距离，并将所述第二距离传输至所述中央控制器；
所述中央控制器与所述转向系统连接，所述中央控制器用于比较所述第一距离与距离阈值获得第一比较结果，同时比较所述第二距离与所述距离阈值获得第二比较结果，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果输出转向控制信号，根据所述转向控制信号控制所述转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。
2.根据权利要求1所述的压路机边缘检测装置，其特征在于，所述第一边缘检测结构包括：第一超声波传感器和检测控制器；
所述第一超声波传感器的信号输出端与所述检测控制器的信号输入端连接，所述检测控制器的信号输出端与所述中央控制器连接；
所述检测控制器用于在所述第一超声波传感器向路沿石发射超声波时开始计时，在所述第一超声波传感器接收到所述路沿石反射的超声波时停止计时，获得第一超声波传播时间，根据所述第一超声波传播时间和超声波的传播速度计算压路机的前钢轮边缘与路沿石的距离，作为第一距离，并将所述第一距离传输至所述中央控制器。
3.根据权利要求2所述的压路机边缘检测装置，其特征在于，所述第一边缘检测结构还包括：第二超声波传感器；
所述第二超声波传感器的超声波发射端对准压路机的前钢轮内壁；
所述第二超声波传感器的信号输出端与所述检测控制器的信号输入端连接；
所述检测控制器用于在所述第二超声波传感器向压路机的前钢轮内壁发射超声波时开始计时，在所述第二超声波传感器接收到压路机的前钢轮内壁反射的超声波时停止计时，获得第二超声波传播时间，根据所述第二超声波传播时间和所述第二超声波传感器到压路机的前钢轮内壁的距离计算当前环境下超声波的传播速度。
4.根据权利要求3所述的压路机边缘检测装置，其特征在于，所述第一边缘检测结构还包括：外壳；
所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器均设置在所述外壳的内部；
所述外壳上开设通孔，所述第一超声波传感器的超声波发射端对准所述通孔；
所述第二超声波传感器的超声波发射端对准所述外壳的内壁；所述检测控制器用于在所述第二超声波传感器向所述外壳的内壁发射超声波时开始计时，在所述第二超声波传感器接收到所述外壳的内壁反射的超声波时停止计时，获得第三超声波传播时间，根据所述第三超声波传播时间和所述第二超声波传感器到所述外壳的内壁的距离计算当前环境下超声波的传播速度。
5.根据权利要求2所述的压路机边缘检测装置，其特征在于，所述第一超声波传感器的数量为一个或多个。
6.根据权利要求5所述的压路机边缘检测装置，其特征在于，当所述第一超声波传感器的数量为多个时，所述检测控制器用于计算每个第一超声波传感器检测的压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，获取所有第一超声波传感器检测的第一距离的平均值，并将所述平均值传输至所述中央控制器。
7.一种压路机边缘检测方法，其特征在于，所述方法包括：
分别获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，以及压路机的后钢轮边缘与路沿石的第二距离；所述前钢轮边缘与所述后钢轮边缘位于所述压路机的同一侧；
比较所述第一距离与距离阈值获得第一比较结果，并比较所述第二距离与所述距离阈值获得第二比较结果；
根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制压路机的转向系统，调整压路机的行驶方向，使压路机的前钢轮边缘和后钢轮边缘与路沿石的距离均等于距离阈值。
8.根据权利要求7所述的压路机边缘检测方法，其特征在于，所述获取压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离，具体包括：
获取当前环境下超声波的传播速度；
获取从第一超声波传感器向路沿石发射超声波到接收到路沿石反射的超声波的第一超声波传播时间；
根据所述当前环境下超声波的传播速度和所述第一超声波传播时间，计算所述第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离；
将所述第三距离减去所述第一超声波传感器到压路机的前钢轮边缘的距离，获得压路机的前钢轮边缘与路沿石的第一距离。
9.根据权利要求8所述的压路机边缘检测方法，其特征在于，根据所述当前环境下超声波的传播速度和所述第一超声波传播时间，计算所述第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离，具体包括：
根据所述当前环境下超声波的传播速度和所述第一超声波传播时间，利用公式
Figure FDA0003057419860000031
或
Figure FDA0003057419860000032
计算所述第一超声波传感器与路沿石的距离，作为第三距离；
其中，H为第三距离，V为当前环境下超声波的传播速度，t为第一超声波传播时间，M为压路机的前钢轮在第一超声波传播时间内移动的距离，θ为第一超声波传感器发射超声波的角度。
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