CN113589814B - 一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，能够根据目标检测平台识别不同的路面附着系数和垃圾层次等级，利用伺服电机泵控系统改变伺服电机的转矩实时的对盘刷的接地压力进行自动调节，并利用保压特性实现清扫车盘刷在规定阶段内自适应调节工作；同时可以通过识别检测盘刷与路沿石之间的距离，通过位移调节系统实现盘刷刷毛贴路沿清扫作业；此外，可以识别路面垃圾集中度范围，根据不同的位置信息通过位移调节系统实现盘刷系统在垂直于前进路线的方向进行位置改变，以及根据路边障碍物位置信息实现路边障碍物的自动避让。

Description

一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统
技术领域
本发明涉及一种基于路面识别压力、位置自动调节的盘刷系统及方法，属于清扫车智能控制技术领域。
背景技术
随着排放法规的日益严格，为响应“蓝天保卫战”，在市政管理中起到重要作用的环卫车已经实施国六标准。清扫车作为城市环卫车的主力车型之一，它具备清扫、垃圾回收和运输一套的清扫功能。清扫车在很大程度上降低了环卫工人的劳动强度，在电动化清扫车成为发展趋势的今天，也为智能化在洗扫车上的应用带来了发展。
目前，盘刷的接地压力作为清扫车清洁效率影响因素之一，对于盘刷接地压力的调节，传统的方式多采用链条调整，当盘刷上的刷毛磨损过后，工作人员通过调整链条上的链环来调节盘刷的接地压力，这种方式不但费时费力，而且凭借操作人员的主观意识对压力进行调节并不能得到一个理想的接地压力。此外，通过压力平衡的方式来实现盘刷对于地面的接触压力保持恒定，以此在凹凸不平的路面或者在盘刷磨损到一定程度后实现盘刷的“浮动”；另外，还有的采用控制油缸或气缸来调节扫盘的接地压力，达到自动调压的效果，虽然这两种方式都可以带来工作效率上的提升以及减缓盘刷刷毛的磨损，但是都存在不能根据不同的路况调节合适的理想接地压力的弊端，这样，当清扫车在不同的作业路面上可能会出现影响洗扫车的清扫效率、导致刷毛磨损过快或者功率损失较大的状况。
此外，清扫车在清扫过程中为了达到良好的清扫效果，一般都是一边的盘刷沿着路边进行清扫作业，目前都是通过驾驶员目测来调整整车的位置，以此来实现盘刷刷毛贴路沿行驶的目的，但是通过这种经验控制的方法造成盘刷与路沿石之间的偏差较大，比如在面临较大的弯度时，由于清扫车自身体积较大，驾驶员就很难通过方向盘来使得盘刷刷毛贴着路沿石进行清扫作业，如果盘刷刷毛距离路沿石位置过远，就会造成路面垃圾漏扫的情况，如果位置过近又会造成刷毛磨损严重且出现垃圾飞溅现象。此外，目前清扫车为了达到足够的清扫效果大多数都采用四盘刷的盘刷清扫机构。这种布置方式和作业情况对于路面垃圾集中密度位置不同时，使用四盘刷作业清扫往往会造成能量功率大量浪费和清扫效率的低下的状况。另外，在清扫车作业过程中，为了防止路边的障碍物对盘刷造成撞击损坏，目前，大多采用缓冲弹簧来对盘刷系统收到的冲击进行缓冲，通过在盘刷系统上安装防撞架来保护盘刷系统，这种方式在一定程度上是可以对盘刷系统进行保护，但是在盘刷受到撞击后，短暂的改变了盘刷整体的清扫性能，这样就可能会造成漏扫等情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有对于盘刷接地压力调节不足；靠驾驶员操作实现盘刷刷毛贴路沿石清扫作业的不确定性；无法对于路面垃圾集中密度、位置不同实现盘刷在垂直于行驶方向上进行位置改变以及盘刷的自动避障，提出了一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，解决了人工调节时的繁琐和调节误差较大，清扫车在作业过程中其盘刷系统无法根据实时路况对接地压力进行调节的弊端，由驾驶员主观判断无法准确让盘刷刷毛贴路沿石清扫作业以及无法对于路面垃圾集中密度、位置不同实现盘刷在垂直于行驶方向上进行位置改变，解放了后置盘刷并且实现盘刷的无冲击自动避障，提高了清扫车的清扫效率、智能化程度、能量利用率以及减缓了盘刷刷毛的磨损，延长了盘刷的使用寿命。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，包括目标检测平台、计算平台、清扫车底盘和控制系统，所述目标检测平台包括摄像头、激光雷达、超声波雷达，包括路面垃圾的图像信息、路边障碍物信息、点云信息；所述计算平台包括训练单元和实时处理单元，通过训练、数据处理获得伺服电机和电磁换向阀的控制指令；所述清扫车底盘上设有压力、位置自动调节的盘刷系统；
所述压力、位置自动调节的盘刷系统包括盘刷安装平台、导轨、滑块、位置调节液压缸、固定脚座、固定支撑连接件、连杆支架、螺纹连杆、底连杆、液压油缸、油压传感器、位移传感器、液压马达、盘刷支架、盘刷和刷毛；所述压力自动调节的盘刷系统与清扫车底盘之间设有固定支撑连接件，所述盘刷支架与所述连杆支架之间设有螺纹连杆和底连杆，所述螺纹连杆的一端与所述连杆支架铰接，所述螺纹连杆的另一端与所述盘刷支架铰接；所述底连杆的一端与所述连杆支架铰接，所述底连杆的另一端与所述盘刷支架铰接；所述盘刷支架上安装有盘刷，所述盘刷上安装有液压马达驱动，所述底连杆与所述盘刷安装平台之间设置有液压油缸，所述导轨安装在清扫车底盘支架上，所述导轨与盘刷安装平台之间设置有滑块，所述位置调节液压缸固定安装在清扫车底盘上，所述油压传感器连接在马达出口油路中；
所述控制系统接收通过实时处理单元预测的控制信号，控制伺服电机的转矩，从而控制调压系统中的压力，实现控制盘刷的提升力；所述控制系统还控制位置调节系统中电磁换向阀来控制盘刷系统的水平移动距离，实现盘刷刷毛贴路沿石清扫作业、盘刷根据路面垃圾集中范围移动到理想清扫位置解放后置盘刷以及实现盘刷的无冲击自动避障。
在一较佳实施例中：所述摄像头安装在清扫车正前方和侧面，激光雷达安装在车头正中间，摄像头和激光雷达能够采集道路的路面附着系数、路面垃圾种类、路面垃圾集中范围、路沿石距离信息以及路边障碍物位置信息。
在一较佳实施例中：所述油压传感器用于检测系统中压力是否满足设定值，若符合设定值，则实现系统一定时间保压，使得清扫车盘刷系统在规定阶段内自适应调节工作；若不符合，再次发送控制信号，以此实现压力的闭环控制。
在一较佳实施例中：所述计算平台通过目标检测部分获取路况情况并标定路面垃圾等级，结合路面附着系数，获得盘刷接地压力的实时调节信号；并且在清扫过程中，所述控制系统对压力范围进行实时反馈，检测是否达到理想接地压力。
在一较佳实施例中：所述目标检测平台获取路面垃圾的图像信息、点云信息，通过训练、数据处理对路面垃圾层次等级实时确定，并通过激光雷达反射强度差异，获取路面附着系数估计数值，设定不同路面附着系数阈值Q1、Q2、Q3……，以及各路面附着系数下路面垃圾层次等级阈值，以此获取最佳的清扫车行驶速度v和盘刷清扫转速n。
在一较佳实施例中：所述计算平台获取路沿石距离信息，获得盘刷的理想清扫位置，实现盘刷刷毛贴路沿石清扫作业，通过超声波传感器实现距离调节闭环控制。
在一较佳实施例中：通过计算平台对目标检测平台获取的图像进行实时处理，从而获得盘刷前方与路沿石之间在x轴上的距离m1；当盘刷在初始位置上时，盘刷刷毛最远位置距离清扫车侧面的距离已知为n，进而可以获得实时盘刷与路沿石之间在x轴上的距离x1；
将x1与设定阈值x比较，x为盘刷外移最大可调节距离x＝m-n，若x1＞x，则系统发出警告，提醒驾驶员控制清扫车靠近路沿石方向，若x1≤x，则进入位置调节模式，所述控制系统根据获取盘刷与路沿石之间在x轴上的距离x1对电磁换向阀发出控制指令，通过调节电磁换向阀不同的电磁铁改变位置调节液压缸的移动方向，从而带动盘刷系统达到理想清扫位置。
在一较佳实施例中：所述超声波传感器获取盘刷中心与路沿石在x轴上的距离p，若p＝R，R为盘刷半径；若p≠R且p＜Q，Q为设定调整最大偏差阈值，则通过控制单元发送调整控制指令，实现位置调整闭环控制，若频繁出现较大位置偏差，则判断是刷毛磨损导致，重新设定盘刷刷毛最远位置距离清扫车侧面的距离n以及盘刷中心与路沿石在x轴上的距离p；若p≠R且p＞Q，则系统发出警报，提醒驾驶员更换刷毛或者因为转向幅度过大导致偏离过多。
在一较佳实施例中：所述计算平台获取路面垃圾集中度范围和路边障碍物位置信息，获得盘刷的理想清扫位置，实现盘刷系统在垂直于前进路线的方向进行位置改变，以及对于路边障碍物实现自动避让。
在一较佳实施例中：所述计算平台通过测得盘刷前进方向最外侧与第一集中垃圾范围最近距离为L2+d1，第一集中垃圾距离雷达中心线a1，第一集中垃圾在前进方向上的最大范围C1，盘刷到达第一集中垃圾前方的时间为
Figure BDA0003190062270000051
盘刷在x轴方向上需要移动的距离b1＝L1-a1，保压时间
Figure BDA0003190062270000052
盘刷从第一集中垃圾到达第二集中垃圾的时间为
Figure BDA0003190062270000053
盘刷在x轴上需要移动的距离b2＝a2-a1|，系统保压时间
Figure BDA0003190062270000054
盘刷从第n-1集中垃圾到达第n集中垃圾的时间为
Figure BDA0003190062270000055
盘刷在x轴上需要移动的距离bn＝|an-an-1|。所述控制单元根据获取前一集中垃圾到达后一集中垃圾之间在x轴上的距离|a后-a前|对电磁换向阀发出控制指令，通过调节换向阀不同的电磁铁改变位置调节液压缸(21)的移动方向，从而带动盘刷系统达到理想清扫位置；
对于盘刷转速，对于距离靠近后可设当降低盘刷的转速以此来降低能量消耗，在设定集中垃圾离激光雷达中心线最远水平距离等级范围阈值后，通过检测平台识别的最远距离与之对比，获得调节系数δ，进而得到最终的盘刷转速n'(n'＝δ·n)。
所述计算平台通过路面检测系统获取路边障碍物信息，确定路边障碍物位置，获取盘刷距离障碍物的确切距离，以此确定盘刷的理想位置，通过控制系统向电磁换向阀发送调节指令，以此带动盘刷安装平台在x轴方向上改变位置，实现盘刷无冲击自动避障，在完成自动避障后盘刷系统自动复位。
由于采用了上述技术方案，本发明装置具有以下有益效果：
1、本发明操作简单、智能化程度高，可以根据识别的清扫路况，通过设定的路面附着系数、垃圾层次等级、车速、盘刷转速以提升力阈值，调节液压油缸实现实时调节盘刷的接地压力，克服了清扫车在作业过程中无法根据路况实时调节盘刷接地压力的弊端，使得在清扫作业过程中盘刷始终获得较理想的接地压力，在提高清扫效率的同时，也避免了由于人工调节不准确导致的接地压力过大引起的磨损，而且采用伺服电机驱动定量泵系统，利用泵控系统的保压特性，既可以实现盘刷系统的压力自适应调节，又可以避免使用阀控系统在保压过程中过多的功率损失。
2、本发明可以根据目标检测识别路沿石的距离，可以实现盘刷位置的自动调节，使得盘刷刷毛贴路沿石清扫作业，一方面，可以降低清扫车在作业过程中出现漏扫的情况，另一方面，也可以防止盘刷刷毛与路沿石有过多的接触，造成垃圾物的飞溅和加快盘刷刷毛的磨损。
3、本发明通过安装的超声波传感器对盘刷贴路沿位置调整进行实时校正，通过阈值设定，检测位置调整的理想程度，实现贴路沿清扫作业的闭环控制并且给出故障警报。
4、本发明可以根据路面垃圾集中度范围，通过控制系统发送位置调节油缸位移指令，控制电磁换向阀进而实现盘刷系统在垂直于前进路线的方向进行位置改变，使得盘刷在垃圾集中范围外侧边缘处清扫作业，利用盘刷位置调节系统可以解放后置的两个盘刷同时降低盘刷的转速节省能量，提高清扫车的清扫效率。
5、本发明可以识别路边障碍物位置，通过位置调节系统实现盘刷位置的自动调节，对于路边障碍物实现盘刷无冲击自动避让。保证清扫车经过障碍物时的清扫效率，延长了盘刷的使用寿命，提高了清扫车作业的智能化程度。
附图说明
图1是本发明所述一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统整体结构示意图；
图2是本发明所述图一种盘刷系统结构示意图；
图3是本发明所述一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统及方法控制流程图；
图4是本发明所述清扫车盘刷接地压力自动调节控制流程图；
图5是本发明所述x轴方向沿路沿石清扫作业盘刷位置调节模块控制流程图；
图6是本发明所述x轴方向沿路沿石清扫作业盘刷位置调节作业示意图；
图7是本发明所述x轴方向根据垃圾集中位置范围盘刷位置调节控制流程图；
图8是本发明所述x轴方向根据垃圾集中位置范围盘刷位置调节清扫作业示意图；
附图标识说明：
1、盘刷系统        2、交流伺服电机
3、摄像头          4、激光雷达
5、吸盘            6、垃圾箱
7、控制系统        8、超声波雷达
9、液压油缸        10、液压马达
11、盘刷           12、盘刷支架
13、螺纹连杆       14、底连杆
15、固定支撑连接件 16、刷毛
17、连杆支架       18、盘刷安装平台
19、滑块           20、导轨
21、位置调节液压缸 22、固定脚座
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，包括目标检测部分、清扫车底盘和控制系统，所述目标检测平台包括摄像头(3)、激光雷达(4)、超声波雷达(8)；所述计算平台包括训练单元和实时处理单元；所述控制系统控制伺服电机的转速或转矩来控制液压油缸的伸缩，从而控制盘刷的提升力，以及控制电磁换向阀来控制盘刷系统的水平移动距离。
所述清扫车底盘上设有压力、位置自动调节的盘刷系统(1)，包括盘刷安装平台(18)、导轨(20)、滑块(19)、位置调节液压缸(21)、固定脚座(22)、固定支撑连接件(15)、连杆支架(17)、螺纹连杆(13)、连杆(14)、液压油缸(9)、油压传感器、位移传感器、液压马达(10)、盘刷支架(12)、盘刷(11)、刷毛(16)；
所述压力自动调节的盘刷系统(1)与清扫车底盘之间设有固定支撑连接件(15)，所述盘刷支架(12)与所述连杆支架(17)之间设有螺纹连杆(13)和底连杆(14)，所述螺纹连杆(13)的一端与所述连杆支架(17)铰接，所述螺纹连杆(13)的另一端与所述盘刷支架(12)铰接，所述底连杆(14)的一端与所述连杆支架(17)铰接，所述底连杆(14)的另一端与所述盘刷支架(12)铰接，所述盘刷支架(12)上安装有盘刷(11)，所述盘刷(11)上安装有液压马达(10)，所述液压油缸(9)一端与所述底连杆(14)铰接，所述液压油缸(9)另一端与所述盘刷安装平台(18)铰接，所述导轨(20)安装在清扫车底盘支架上，所述导轨(20)与所述盘刷安装平台(18)之间设置有滑块，所述位置调节液压缸(21)固定安装在清扫车底盘上；
如图1，本发明中，所述目标检测平台包括摄像头(3)、激光雷达(4)、超声波雷达(8)，所述目标检测平台获取包括路面垃圾的图像信息、路边障碍物信息、点云信息；所述计算平台包括训练单元和实时处理单元，通过训练、数据处理确定路面垃圾层次等级，并匹配相应的盘刷最佳清扫速度，从而获取盘刷理想的接地压力，获得伺服电机的控制指令以及获取路面垃圾集中度范围和路边的障碍物位置信息，获得盘刷的理想清扫位置，从而获取导轨电机的控制指令；所述控制系统(7)接收通过实时处理单元预测的控制信号并发送至控制单元，控制单元包括控制模块、交流伺服电机(2)，通过给控制器发送信号控制伺服电机的转矩驱动定量泵来改变盘刷压力调节系统中油液的压力。另外，控制系统(7)还控制电磁换向阀来控制盘刷系统的水平移动距离。
如图2，所述液压油缸一端与盘刷安装平台铰接，所述液压油缸另一端与底连杆铰接。在清扫车作业之前液压油缸的活塞杆伸出，盘刷在重力的作用下下放到地面，此时目标检测系统开始工作；在清扫车作业完成后，液压油缸活塞杆收缩，通过底连杆将盘刷提升到地面的上方，使其脱离地面，此时目标检测系统停止工作。
如图2，所述盘刷系统安装在盘刷安装平台上，所述盘刷安装平台固定在滑块上。在清扫车作业之前盘刷安装平台放置在初始位置，当清扫车开始作业之后，目标检测系统开始工作；在清扫车作业完成后，位置调节液压缸运作，通过滑块移动将盘刷系统复位到初始位置，此时目标检测系统停止工作。
基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统及方法具体过程：
(一)伺服泵控系统接地压力自适应调节
如图3和图4，具体步骤包括：
(1)在清扫车作业之前液压油缸的活塞杆伸出，盘刷在重力的作用下下放到地面，此时目标检测系统开始工作。
(2)在清扫车作业过程中，面对不同路况，搭载摄像头、激光雷达的目标检测平台获取路面垃圾的图像信息、点云信息，通过训练、数据处理对路面垃圾层次等级实时确定，并通过激光雷达反射强度差异，获取路面附着系数估计数值，设定阈值分别为Q1、Q2、Q3……，通过路面附着系数和路面垃圾层次等级，最终匹配相应的最佳清扫车行驶速度和盘刷清扫转速，从而获取盘刷理想的接地压力，获得伺服电机的控制指令；控制系统接收通过实时处理单元预测的控制信号并发送至控制单元，通过控制器控制伺服电机的转矩驱动定量泵来改变盘刷压力调节系统中油液的压力，通过油压传感器检测提升系统中压力是否满足设定值，若符合设定值，则实现系统一定时间保压，实现清扫车盘刷系统在规定阶段内自适应调节工作；若不符合，再次发送控制信号，以此实现油缸压力的闭环控制。
步骤(2)可以理解为：
前期通过采集大量数据，对垃圾进行标定，形成数据集，设定不同路面附着系数阈值(Q1、Q2、Q3……)，以及各路面附着系数下路面垃圾层次等级阈值，以此获取最佳的清扫车行驶速度v和盘刷清扫转速n。例如：当摄像头、激光雷达测定路面附着系数Q1、路面垃圾层次等级为规定M＜b1,则清扫车作业参数为：行驶速度v1，盘刷转速n1，油缸提升力F1。作业过程中，根据测得的路面附着系数和路面垃圾层次等级，即可得到设定对应的各项清扫车作业参数。
(3)在清扫车运送垃圾过程中，目标检测系统停止工作，液压油缸活塞杆收缩，通过底连杆将盘刷提升到地面的上方，使其脱离地面。
(二)x轴方向沿路沿石清扫作业盘刷位置调节
在清扫车作业过程中，在落叶清扫路面或者路边垃圾较多的路况，对盘刷的清扫位置的要求就十分苛刻。如图5和图6所示，包括：
通过摄像头对清扫车侧面的路沿石进行图像获取，通过计算平台对获取图像进行实时处理，从而获得盘刷前方与路沿石之间在x轴上的距离m1，e而当盘刷在初始位置上时，盘刷刷毛最远位置距离清扫车侧面的距离已知为n，进而可以获得实时盘刷与路沿石之间在x轴上的距离x1，将x1与设定阈值x比较，x为盘刷外移最大可调节距离(x＝m-n)，若x1＞x，则系统发出警告，提醒驾驶员控制清扫车靠近路沿石方向，若x1≤x，则进入位置调节模式，所述控制单元根据获取盘刷与路沿石之间在x轴上的距离x1对电磁换向阀发出控制指令，通过调节电磁换向阀不同的电磁铁改变位置调节液压缸(21)的移动方向，从而带动盘刷系统达到理想清扫位置。
在本实施例中，所述液压控制系统中，通过位移传感器实现闭环控制。同时，在调节过程中，超声波传感器获取盘刷中心与路沿石在x轴上的距离p，若p＝R(R为盘刷半径)，则实现理想位置调节。若p≠R且p＜Q，(Q为设定调整最大偏差阈值)，则通过控制器发送调整控制指令，实现位置调整闭环控制，若频繁出现较大位置偏差则可能是刷毛磨损导致，此时重新设定盘刷刷毛最远位置距离清扫车侧面的距离n以及盘刷中心与路沿石在x轴上的距离p即可；若p≠R且p＞Q，则系统发出警报，提醒驾驶员更换刷毛或者因为转向幅度过大导致偏离过多。
(三)x轴方向根据垃圾集中位置范围盘刷位置调节
清扫车作业工作过程中，会面临路面垃圾集中程度不同、以及位置不同的情况，当垃圾集中位置在盘刷初始位置以内，此时盘刷如果继续在初始位置工作，继续使用四盘刷清扫作业，会加快盘刷的磨损以及造成不必要的功率损失。如图7和图8所示，一种基于路况识别位置自动调节的盘刷系统及方法，包括：
具体地，位于清扫车头部中央位置的摄像头和激光雷达获取地面垃圾的位置信息，通过计算平台处理获取的图像信息和点云信息可以获取清扫车前方垃圾集中程度不同的垃圾范围信息：相邻集中垃圾之间的最短位移距离d，集中垃圾离激光雷达中心线最远水平距离a以及集中垃圾在清扫车前进方向的最大范围C。
当盘刷在初始位置时，盘刷竖直中心与激光雷达竖直中心的水平距离已知为L1，盘刷前进方向最外侧与车头最外侧的距离已知为L2。清扫车作业过程，通过目标检测系统识别，获取路面附着系数以及路面垃圾层次等级，通过设定的初始阈值，匹配出清扫车最佳清扫工作参数，获取作业车速v，盘刷转速n。如图8所示，通过测得盘刷前进方向最外侧与第一集中垃圾范围最近距离为L2+d1，第一集中垃圾距离雷达中心线a1，第一集中垃圾在前进方向上的最大范围C1，盘刷到达第一集中垃圾前方的时间为
Figure BDA0003190062270000131
盘刷在x轴方向上需要移动的距离b1＝L1-a1，保压时间
Figure BDA0003190062270000132
盘刷从第一集中垃圾到达第二集中垃圾的时间为
Figure BDA0003190062270000133
盘刷在x轴上需要移动的距离b2＝|a2-a1|，系统保压时间
Figure BDA0003190062270000141
盘刷从第n-1集中垃圾到达第n集中垃圾的时间为
Figure BDA0003190062270000142
盘刷在x轴上需要移动的距离bn＝|an-an-1 |。所述控制单元根据获取前一集中垃圾到达后一集中垃圾之间在x轴上的距离|a后-a前|对电磁换向阀发出控制指令，通过调节换向阀不同的电磁铁改变位置调节液压缸(21)的移动方向，从而带动盘刷系统达到理想清扫位置。
对于盘刷转速，对于距离靠近后可设当降低盘刷的转速以此来降低能量消耗，在设定集中垃圾离激光雷达中心线最远水平距离等级范围阈值后，通过检测平台识别的最远距离与之对比，获得调节系数δ，进而得到最终的盘刷转速n'(n'＝δ·n)。集中垃圾离激光雷达中心线最远水平距离范围阈值与盘刷转速的对应关系如表1所示(l4＜L1)。
表1、盘刷转速调整等级对应表
距中心线位置阈值 转速调节系数δ 盘刷转速n
<![CDATA[a＜l<sub>1</sub>]]> <![CDATA[δ<sub>1</sub>]]> <![CDATA[n′<sub>1</sub>]]>
<![CDATA[l<sub>1</sub>≤a＜l<sub>2</sub>]]> <![CDATA[δ<sub>2</sub>]]> <![CDATA[n′<sub>2</sub>]]>
<![CDATA[l<sub>2</sub>≤a＜l<sub>3</sub>]]> <![CDATA[δ<sub>3</sub>]]> <![CDATA[n′<sub>3</sub>]]>
<![CDATA[l<sub>3</sub>≤a＜l<sub>4</sub>]]> <![CDATA[δ<sub>4</sub>]]> <![CDATA[n′<sub>4</sub>]]>
(四)x轴方向识别路边障碍物的盘刷位置调节
通过目标检测平台获取路边障碍物信息，经过计算平台确定路边障碍物位置，获取盘刷距离障碍物的确切距离，以此确定盘刷的理想位置，通过控制系统向电磁换向阀发送调节指令，以此带动盘刷安装平台在x轴方向上改变位置，实现盘刷无冲击自动避障，在完成自动避障后盘刷系统自动复位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，包括目标检测平台、计算平台、清扫车底盘和控制系统，其特征在于：
所述目标检测平台包括摄像头、激光雷达、超声波雷达，包括路面垃圾的图像信息、路边障碍物信息、点云信息；所述计算平台包括训练单元和实时处理单元，通过训练、数据处理获得伺服电机和电磁换向阀的控制指令；所述清扫车底盘上设有压力、位置自动调节的盘刷系统；
所述压力、位置自动调节的盘刷系统包括盘刷安装平台、导轨、滑块、位置调节液压缸、固定脚座、固定支撑连接件、连杆支架、螺纹连杆、底连杆、液压油缸、油压传感器、位移传感器、液压马达、盘刷支架、盘刷和刷毛；所述压力自动调节的盘刷系统与清扫车底盘之间设有固定支撑连接件，所述盘刷支架与所述连杆支架之间设有螺纹连杆和底连杆，所述螺纹连杆的一端与所述连杆支架铰接，所述螺纹连杆的另一端与所述盘刷支架铰接；所述底连杆的一端与所述连杆支架铰接，所述底连杆的另一端与所述盘刷支架铰接；所述盘刷支架上安装有盘刷，所述盘刷上安装有液压马达驱动，所述底连杆与所述盘刷安装平台之间设置有液压油缸，所述导轨安装在清扫车底盘支架上，所述导轨与盘刷安装平台之间设置有滑块，所述位置调节液压缸固定安装在清扫车底盘上，所述油压传感器连接在马达出口油路中；
所述控制系统接收通过实时处理单元预测的控制信号，控制伺服电机的转矩，从而控制调压系统中的压力，实现控制盘刷的提升力；所述控制系统还控制位置调节系统中电磁换向阀来控制盘刷系统的水平移动距离，实现盘刷刷毛贴路沿石清扫作业、盘刷根据路面垃圾集中范围移动到理想清扫位置解放后置盘刷以及实现盘刷的无冲击自动避障。
2.根据权利要求1所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述摄像头安装在清扫车正前方和侧面，激光雷达安装在车头正中间，摄像头和激光雷达能够采集道路的路面附着系数、路面垃圾种类、路面垃圾集中范围、路沿石距离信息以及路边障碍物位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述油压传感器用于检测系统中压力是否满足设定值，若符合设定值，则实现系统一定时间保压，使得清扫车盘刷系统在规定阶段内自适应调节工作；若不符合，再次发送控制信号，以此实现压力的闭环控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述计算平台通过目标检测部分获取路况情况并标定路面垃圾等级，结合路面附着系数，获得盘刷接地压力的实时调节信号；并且在清扫过程中，所述控制系统对压力范围进行实时反馈，检测是否达到理想接地压力。
5.根据权利要求4所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述目标检测平台获取路面垃圾的图像信息、点云信息，通过训练、数据处理对路面垃圾层次等级实时确定，并通过激光雷达反射强度差异，获取路面附着系数估计数值，设定不同路面附着系数阈值Q1、Q2、Q3……，以及各路面附着系数下路面垃圾层次等级阈值，以此获取最佳的清扫车行驶速度v和盘刷清扫转速n。
6.根据权利要求1所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述计算平台获取路沿石距离信息，获得盘刷的理想清扫位置，实现盘刷刷毛贴路沿石清扫作业，通过超声波传感器实现距离调节闭环控制。
7.根据权利要求6所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，通过计算平台对目标检测平台获取的图像进行实时处理，从而获得盘刷前方与路沿石之间在x轴上的距离m1；当盘刷在初始位置上时，盘刷刷毛最远位置距离清扫车侧面的距离已知为n，进而可以获得实时盘刷与路沿石之间在x轴上的距离x1；
将x1与设定阈值x比较，x为盘刷外移最大可调节距离x＝m-n，若x1＞x，则系统发出警告，提醒驾驶员控制清扫车靠近路沿石方向，若x1≤x，则进入位置调节模式，所述控制系统根据获取盘刷与路沿石之间在x轴上的距离x1对电磁换向阀发出控制指令，通过调节电磁换向阀不同的电磁铁改变位置调节液压缸的移动方向，从而带动盘刷系统达到理想清扫位置。
8.根据权利要求7所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述超声波传感器获取盘刷中心与路沿石在x轴上的距离p，若p＝R，R为盘刷半径；若p≠R且p＜Q，Q为设定调整最大偏差阈值，则通过控制单元发送调整控制指令，实现位置调整闭环控制，若频繁出现较大位置偏差，则判断是刷毛磨损导致，重新设定盘刷刷毛最远位置距离清扫车侧面的距离n以及盘刷中心与路沿石在x轴上的距离p；若p≠R且p＞Q，则系统发出警报，提醒驾驶员更换刷毛或者因为转向幅度过大导致偏离过多。
9.根据权利要求1所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述计算平台获取路面垃圾集中度范围和路边障碍物位置信息，获得盘刷的理想清扫位置，实现盘刷系统在垂直于前进路线的方向进行位置改变，以及对于路边障碍物实现自动避让。
10.根据权利要求9所述的一种基于路况识别压力、位置自动调节的盘刷系统，其特征在于，所述计算平台通过测得盘刷前进方向最外侧与第一集中垃圾范围最近距离为L2+d1，第一集中垃圾距离雷达中心线a1，第一集中垃圾在前进方向上的最大范围C1，盘刷到达第一集中垃圾前方的时间为盘刷在x轴方向上需要移动的距离b1＝L1-a1，保压时间盘刷从第一集中垃圾到达第二集中垃圾的时间为盘刷在x轴上需要移动的距离b2＝|a2-a1|，系统保压时间盘刷从第n-1集中垃圾到达第n集中垃圾的时间为盘刷在x轴上需要移动的距离bn＝|an-an-1|；控制单元根据获取前一集中垃圾到达后一集中垃圾之间在x轴上的距离|a后-a前|对电磁换向阀发出控制指令，通过调节换向阀不同的电磁铁改变位置调节液压缸(21)的移动方向，从而带动盘刷系统达到理想清扫位置；
对于盘刷转速，对于距离靠近后可设当降低盘刷的转速以此来降低能量消耗，在设定集中垃圾离激光雷达中心线最远水平距离等级范围阈值后，通过检测平台识别的最远距离与之对比，获得调节系数δ，进而得到最终的盘刷转速n'(n'＝δ·n)；
所述计算平台通过路面检测系统获取路边障碍物信息，确定路边障碍物位置，获取盘刷距离障碍物的确切距离，以此确定盘刷的理想位置，通过控制系统向电磁换向阀发送调节指令，以此带动盘刷安装平台在x轴方向上改变位置，实现盘刷无冲击自动避障，在完成自动避障后盘刷系统自动复位。
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