CN116411538A - 智能牵引车人机协同系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的智能牵引车人机协同系统及方法，属于智能环卫技术领域，包括牵引感应机构、主控器和驱动机构；牵引感应机构设置于清洁车上，用于工作人员牵引清洁车，并检测工作人员与清洁车的相对位置；主控器连接牵引感应机构，用于根据工作人员与清洁车的相对位置，生成清洁车的运动控制方案，并根据控制方案向驱动机构发送驱动信号；驱动机构，用于根据驱动信号控制左右车轮的轮毂电机运动或静止。工作人员与牵引机构通过牵引绳连接，进而通过牵引感应机构为清洁车提供运动方向信号的输入，进而由主控器控制小车自主跟随工作人员运动，减少了工作人员的工作量，提高了清洁作业的效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能环卫技术领域，尤其涉及一种智能牵引车人机协同系统及方法。
背景技术
随着镇化进程的加快及垃圾处理产业链的完善，我国环卫行业迈入发展快车道。与此同时，随着环卫市场化的提升，环卫装备行业作为与环境民生工程密切相关的成长性产业，也进入了加速放量阶段。现如今城市对于清扫保洁的需求在不断扩大，城市清扫保洁面积以近10％的年均增速不断增长，其中城市道路清洁工作占了城市环卫工作的30％，而城市道路清洁目前主要分为车行道和人行道清洁，当前车行道的清洁工作基本实现机械化，作业效率远高于人行道清洁。相比于国内，发达国家人口基数低，城镇化进程接近尾声，道路清洁工作量较少，且环卫服务行业技术较为成熟，人行道环卫作业工作量及频次需求较低。
不可避免，整个道路清洁工作效率的提升主要突破口就在于人行道的清洁效率提升。但由于人行道环境复杂，清洁作业程序较多、工作量大，清洁频次高，采用自动驾驶的智能模式，需要工作人员频繁的上车下车，并需要频繁往返于车辆与清洁点之间操控小车，反而会影响清洁作业的效率。
发明内容
本发明的技术问题是提供一种智能牵引车人机协同系统及方法，采取人机协同智能作业模式，实现车随人动的作业方式，无需环卫工人频繁上下车及往返于车辆与清洁点之间。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
智能牵引车人机协同系统，包括牵引感应机构、主控器和驱动机构；牵引感应机构设置于清洁车上，用于工作人员牵引清洁车，并检测工作人员与清洁车的相对位置；主控器连接牵引感应机构，用于根据工作人员与清洁车的相对位置，生成清洁车的运动控制方案，并根据控制方案向驱动机构发送驱动信号；驱动机构，用于根据驱动信号控制左右车轮的轮毂电机运动或静止。
角度感应装置包括角度传感器、第一连接部、转动部和第二连接部；角度传感器设置于第一连接部内；第一连接部的一端和清洁车固定连接，第一连接部的另一端通过转动部连接第二连接部的一端；角度传感器被配置于检测转动部与第二连接部的转动角度；位移感应装置的两端分别固定连接第二连接部和牵引绳。
转动部包括：底座、轴承和转轴；底座固定设置于第一连接部上，转轴插设于第二连接部中间；转轴通过轴承和底座可转动连接；转轴一端的圆心位置开设有圆孔；角度传感器上设置有出轴；出轴可转动设置于圆孔内。
位移感应装置包括套筒、位移腔、位移传感器和拉杆；套筒的一端和第二连接部固定连接，位移腔设置于套筒内，位移传感器设置于位移腔内，位移传感器的位移探头固定连接拉杆的一端，拉杆的另一端固定连接牵引绳；拉杆外侧设置有弹簧。
智能牵引车人机协同方法，包括以下步骤：S1牵引感应机构通过检测牵引绳的拉伸距离、牵引绳与清洁车之间的角度判断工作人员的运动状态及工作人员与清洁车的位置关系，并发送给主控器，主控器生成轮毂电机运动控制方案并发送给驱动机构；S2驱动机构根据轮毂电机运动控制方案控制左右车轮的轮毂电机驱动清洁车自动跟随工作人员运动。
S1为：以角度传感器的中心为原点，牵引感应机构通过位移传感器的数值和角度传感器的角度值获取工作人员的极坐标值，并发送给主控器，主控器判断工作人员当前的极坐标值所在范围，生成轮毂电机运动控制方案并发送给驱动机构；
S1包括：在主控器内，预设位移传感器的驻车作业阈值、低速阈值、中速阈值和高速阈值；预设角度传感器的直线阈值、左转阈值和右转阈值；(具体角度范围和位移范围)当位移传感器的数值在驻车作业阈值内，清洁车驻车静止；当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行低速直线行驶；当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行低速左转；当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行低速右转；当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行中速直线行驶；当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行中速左转；当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行中速右转；当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行高速直线行驶；当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行高速左转；当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，主控器向驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行高速右转。
在主控器内预设角度传感器的左转警报阈值和右转报警阈值；当位移传感器的数值在低速阈值或中速阈值或高速阈值内，若角度传感器的角度值处于左转警报阈值内或右转报警阈值内，主控器像驱动机构发送刹车指令，进行紧急制动。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明提供的智能牵引车人机协同系统的架构图；
图2是本发明提供的智能牵引车人机协同系统中牵引感应机构的简要结构示意图；
图3是本发明提供的智能牵引车人机协同系统中牵引感应机构的剖面图；
图4是本发明提供的智能牵引车人机协同方法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
本发明针对人行道、步行街、街巷、广场、公共绿地及公园等人流量大，路况复杂的非机动车道的清洁提供了一种智能牵引车人机协同系统及方法，智能牵引车人机协同系统，包括牵引感应机构、主控器和驱动机构；牵引感应机构设置于清洁车上，用于工作人员牵引清洁车，并检测工作人员与清洁车的相对位置；主控器连接感应机构，用于根据工作人员与清洁车的相对位置，生成清洁车的运动控制方案，并根据控制方案向驱动机构发送驱动信号；驱动机构，用于根据驱动信号控制左右车轮的轮毂电机运动或静止。牵引感应机构包括：角度感应装置、位移感应装置和牵引绳；牵引感应机构包括：角度感应装置1、位移感应装置2和牵引绳；角度感应装置1包括角度传感器3、第一连接部4、转动部5和第二连接部6；角度传感器3设置于第一连接部4内；第一连接部4的一端和清洁车固定连接，第一连接部4的另一端通过转动部5连接第二连接部6的一端；角度传感器3被配置于检测转动部5与第二连接部6的转动角度；位移感应装置2的两端分别固定连接第二连接部6和牵引绳。
转动部5包括：底座51、轴承52和转轴53；底座51固定设置于第一连接部4上，转轴53插设于第二连接部6中间；转轴53通过轴承52和底座51可转动连接；转轴53一端的圆形位置开设有圆孔；角度传感器3上设置有出轴31；出轴31可转动设置于圆孔内。
位移感应装置2包括套筒21、位移腔22、位移传感器23和拉杆24；套筒21的一端和第二连接部固定连接，位移腔22设置于套筒21内，位移传感器23设置于位移腔22内，位移传感器23的位移探头固定连接拉杆24的一端，拉杆24的另一端固定连接牵引绳；拉杆24外侧设置有弹簧25。
在作业模式下，由牵引绳作为外接控制信号的输入，拉动牵引绳时，弹簧25相应的带动拉杆24进行运动，松开牵引绳时，弹簧25推动拉杆24复位，从而柔性感知人相对于车的距离，通过位移传感器23检测牵引绳绷直程度，将位移传感器23位移距离的信号传递给控制器，程序检测到符合条件后，通过控制驱动机构，实现加速和减速，牵引绳无牵引力时，测到位移传感器23无位移的信号传递给控制器，程序检测到符合条件后，通过控制驱动机构中的刹车装置进行刹车。并通过角度传感器检测牵引绳与车身的角度变化，将检测到的距离信号和角度变化的信号传递给主控器，程序检测到符合条件后，通过控制左右轮毂电机的速度，从而控制清洁车的运动。两轮速度差值大小取决于偏差角度大小，以实现不同大小的转弯角度。不偏或偏差范围在设定阈值内时，实现直线行驶。
具体在实施时，如图3所示，以角度传感器的中心为原点，牵引感应机构通过位移传感器的数值和角度传感器的角度值获取工作人员的极坐标值，并发送给主控器，在主控器内，预设位移传感器的驻车作业阈值、低速阈值、中速阈值和高速阈值；预设角度传感器的直线阈值、左转阈值和右转阈值；(具体角度范围和位移范围)当位移传感器的数值在驻车作业阈值内，即人拉动牵引绳落在A区域，清洁车驻车静止；当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，即人拉动牵引绳落在S1区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行低速直线行驶；当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，即人拉动牵引绳落在L1区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行低速左转；当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，即人拉动牵引绳落在R1区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行低速右转；当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，即人拉动牵引绳落在S2区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行中速直线行驶；当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，即人拉动牵引绳落在L2区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行中速左转；当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，即人拉动牵引绳落在R2区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行中速右转；当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，即人拉动牵引绳落在S3区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行高速直线行驶；当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，即人拉动牵引绳落在L3区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行高速左转；当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，即人拉动牵引绳落在R3区域，主控器向驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行高速右转。这里的高速、低速及中速均为相对值，依据具体情况和具体需求而定义。
若行车时作业人员突然松掉牵引绳，系统检测到位移传感器的数值处于驻车作业阈值内，系统会给驱动机构中的刹车装置和左右轮毂电机刹车信号，让在行驶中的车辆紧急制动，以保证车辆和牵引作业人员的安全。
为了防止清洁车侧翻距离过大导致翻车，在主控器内预设角度传感器的左转警报阈值和右转报警阈值；行车时，若角度传感器的角度值处于左转警报阈值内或右转报警阈值内，即人拉动牵引绳落在B或C区域，主控器向驱动机构发送刹车指令，进行紧急制动。
最后驱动机构会将车速信号反馈至主控器，实现速度闭环和位置闭环控制。
综上所述，本发明提供的智能牵引车人机协同系统及方法，通过人与车之间的耦合来判断人的行为意向，再通过主控器解算出车辆的行驶动作，并进行人和车之间数据纽带的实时反馈计算，无需人力操控清洁车，实现车随人动，减少了工作人员的工作量，大大提供了道路清洁作业效率。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.智能牵引车人机协同系统，其特征在于，包括牵引感应机构、主控器和驱动机构；
所述牵引感应机构设置于清洁车上，用于工作人员牵引清洁车，并检测工作人员与清洁车的相对位置；
所述主控器连接所述牵引感应机构，用于根据工作人员与清洁车的相对位置，生成清洁车的运动控制方案，并根据控制方案向所述驱动机构发送驱动信号；
所述驱动机构，用于根据驱动信号控制左右车轮的轮毂电机运动或静止。
2.如权利要求1所述的智能牵引车人机协同系统，其特征在于，所述牵引感应机构包括：角度感应装置、位移感应装置和牵引绳；
所述角度感应装置包括角度传感器、第一连接部、转动部和第二连接部；
所述角度传感器设置于所述第一连接部内；所述第一连接部的一端和清洁车固定连接，所述第一连接部的另一端通过所述转动部连接所述第二连接部的一端；所述角度传感器被配置于检测所述转动部与所述第二连接部的转动角度；
所述位移感应装置的两端分别固定连接所述第二连接部和所述牵引绳。
3.如权利要求2所述的智能牵引车人机协同系统，其特征在于，所述转动部包括：底座、轴承和转轴；所述底座固定设置于所述第一连接部上，所述转轴插设于所述第二连接部中间；所述转轴通过所述轴承和所述底座可转动连接；
所述转轴一端的圆心位置开设有圆孔；所述角度传感器上设置有出轴；所述出轴可转动设置于所述圆孔内。
4.如权利要求3所述的智能牵引车人机协同系统，其特征在于，所述位移感应装置包括套筒、位移腔、位移传感器和拉杆；
所述套筒的一端和所述第二连接部固定连接，所述位移腔设置于所述套筒内，所述位移传感器设置于位移腔内，所述位移传感器的位移探头固定连接所述拉杆的一端，所述拉杆的另一端固定连接所述牵引绳；
所述拉杆外侧设置有弹簧。
5.智能牵引车人机协同方法，基于权利要求1至4任一所述的智能牵引车人机协同系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1牵引感应机构通过检测牵引绳的拉伸距离、牵引绳与清洁车之间的角度判断工作人员的运动状态及工作人员与清洁车的位置关系，并发送给主控器，主控器生成轮毂电机运动控制方案并发送给驱动机构；
S2驱动机构根据轮毂电机运动控制方案控制左右车轮的轮毂电机驱动清洁车自动跟随工作人员运动。
6.如权利要求5所述的智能牵引车人机协同方法，其特征在于，所述S1为：以角度传感器的中心为原点，牵引感应机构通过位移传感器的数值和角度传感器的角度值获取工作人员的极坐标值，并发送给主控器，主控器判断工作人员当前的极坐标值所在范围，生成轮毂电机运动控制方案并发送给驱动机构；
7.如权利要求6所述的智能牵引车人机协同方法，其特征在于，所述S1包括：
在所述主控器内，预设位移传感器的驻车作业阈值、低速阈值、中速阈值和高速阈值；预设所述角度传感器的直线阈值、左转阈值和右转阈值；(具体角度范围和位移范围)
当位移传感器的数值在驻车作业阈值内，清洁车驻车静止；
当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行低速直线行驶；
当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行低速左转；
当位移传感器的阈值在低速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行低速右转；
当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行中速直线行驶；
当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行中速左转；
当位移传感器的阈值在中速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行中速右转；
当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于直线阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速等于左轮转速的信号，进行高速直线行驶；
当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于左转阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速大于左轮转速的信号，进行高速左转；
当位移传感器的阈值在高速阈值内，检测角度传感器的角度值，若角度传感器处于右转阈值内，主控器向所述驱动机构发送控制右轮转速小于左轮转速的信号，进行高速右转。
8.如权利要求7所述的智能牵引车人机协同方法，其特征在于，在所述主控器内预设所述角度传感器的左转警报阈值和右转报警阈值；当位移传感器的数值在低速阈值或中速阈值或高速阈值内，若角度传感器的角度值处于左转警报阈值内或右转报警阈值内，主控器像驱动机构发送刹车指令，进行紧急制动。
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| CN116736869A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-12 | 深圳市凯之成智能装备有限公司 | 光伏板清扫设备的行驶控制方法及相关装置 |
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| CN116736869A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-12 | 深圳市凯之成智能装备有限公司 | 光伏板清扫设备的行驶控制方法及相关装置 |
| CN116736869B (zh) * | 2023-08-14 | 2023-11-03 | 深圳市凯之成智能装备有限公司 | 光伏板清扫设备的行驶控制方法及相关装置 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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