CN204940157U - 一种自动化路锥收放系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动化路锥收放系统，它包括路锥位置分析模块、运动控制模块、拾取机构、堆垛机构、中转机构和车载电源模块；路锥位置分析模块、运动控制模块和车载电源均设置在厢体内，通过数据线互相连接；运动控制模块通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构和中转机构相连接。本实用新型采用机器视觉自动识别分析，由拾取夹爪和堆垛夹爪根据位置分析模块分析的准确位置和角度，自适应的抓取和摆正路锥，解决了国内外同类系统无法回收不规则倒放路锥的问题，并且此过程全自动完成，无需任何人工干预，既实现了自动收发路锥的功能，大大降低整个系统的造价成本，适合高速公路维护部门快速回收投资成本，具有良好的经济效益。

Description

一种自动化路锥收放系统

技术领域

本实用新型涉及一种路锥收放系统，尤其涉及一种自动摆放和回收路锥的自动化路锥收放系统。

背景技术

随着中国的社会经济发展和人们的安全意识的提升，交通设备现代化、智能化显得更为紧迫和重要。近年来，我国在轨道交通、城市公交、高速智能监控等领域获得了长足的发展，取得了举世瞩目的成就。但一些交通的维护和支持系统中，仍在沿用几十年历史的老旧系统，比如高速公路的警示路锥收放系统，仍采用人工操作的方式，由人在高速公路上摆放和收纳警示路锥，这种传统方法一方面由于高速行驶的汽车对路上作业的工人造成潜在的危险，工人操作时心理压力大，劳动强度高；另一方面，载有路锥的车辆需走走停停收发路锥，不能持续操作，作业的效率很低。

目前，国外有专用的智能化路锥收发车辆，造价达数百万元人民币，并且无法回收路面上因车辆碰撞或强风吹倒的不规则倒放的路锥。另外国内也有厂家尝试过半自动化的路锥收放装置，驾驶室由一名工人驾驶车辆，在路锥放置车厢，还有一名工人负责路锥的接收、放置和堆垛。因车厢不是全封闭设计，作业环境恶劣，劳动强度很大，且对于路面上不规则倒放的路锥也无法回收，需经常停车由人工拾取倒放的路锥，存在卡机和人工干预的事故风险，因而也难于获得大范围的推广应用。鉴于以上情况，目前市场上亟需一种能够自动投放路锥和回收路锥的智能化系统，既要能回收不规则倒放的路锥，又需要造价较低，适合在我国推广使用。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种自动化路锥收放系统。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种自动化路锥收放系统，它包括路锥位置分析模块、运动控制模块、拾取机构、堆垛机构、中转机构和车载电源模块；

拾取机构包括拾取前后运动滑台、拾取左右运动滑台、拾取上下运动滑台和旋转机构；拾取前后运动滑台分为拾取前运动滑台和拾取后运动滑台；拾取前运动滑台和拾取后运动滑台水平安装在车厢左右两侧的同一水平位置；拾取左右运动滑台活动连接在拾取前运动滑台和拾取后运动滑台上；拾取上下运动滑台活动连接在拾取左右运动滑台上；旋转机构设置在拾取上下运动滑台的下端，旋转机构的下端连接有一个拾取夹爪；拾取前后运动滑台、拾取左右运动滑台、拾取上下运动滑台和旋转机构上均设置有电机；

堆垛机构包括堆垛前后运动滑台、堆垛左右运动滑台、堆垛上下运动滑台和堆垛夹爪，堆垛前后运动滑台分为堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台；堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台水平安装在车厢左右两侧的同一水平位置；堆垛左右运动滑台活动连接在堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台上；堆垛上下运动滑台活动连接在堆垛左右运动滑台上；堆垛夹爪设置在堆垛上下运动滑台的下端；堆垛前后运动滑台、堆垛左右运动滑台、堆垛上下运动滑台上均设置有电机；

中转机构位于拾取机构和堆垛机构的中间，包括驱动装置旋转轴；旋转轴上安装有路锥导向架；

路锥位置分析模块、运动控制模块和车载电源均设置在厢体内，通过数据线互相连接；运动控制模块通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构和中转机构相连接。

路锥位置分析模块包括多个摄像机和一个工控机；工控机通过数据线与摄像机连接；

运动控制模块包括运动控制器、显示屏、电机驱动器和测速传感器；运动控制器通过数据线分别与显示屏、电机驱动器和测速传感器相连接；电机驱动器通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构的电机和中转机构的驱动装置相连接；

车载电源模块包括通过数据线连接的车载发电机、稳压器和开关保护器。

拾取左右运动滑台和堆垛左右运动滑台的两端均各装置有一个导滑连接件，拾取左右运动滑台和堆垛左右运动滑台均通过两端的导滑连接件分别与拾取前后运动滑台和堆垛前后运动滑台活动连接。

拾取左右运动滑台上和堆垛左右运动滑台上均设置有一个滑块；拾取上下运动滑台和堆垛上下运动滑台均通过滑块分别与拾取左右运动滑台和堆垛左右运动滑台活动连接。

堆垛夹爪的下端为伞骨结构，合拢时为一竖条状，张开时为圆锥形状。

拾取夹爪包括拾取外夹爪和拾取内夹爪；拾取内夹爪两根抓手的下端均向外弯曲，安装在拾取外夹爪两个抓手之间。

本实用新型采用机器视觉自动识别分析，由拾取夹爪和堆垛夹爪根据位置分析模块分析的准确位置和角度，自适应的抓取和摆正路锥，解决了国内外同类系统无法回收不规则倒放路锥的问题，并且此过程全自动完成，无需任何人工干预，提升效率的同时保证了工人的人身安全。

相对国内的半自动的系统，本实用新型存储路锥的车厢由堆垛机械手和拾取机械手协同作业，不需要人工的任何干预和现场监视，节省人力的同时降低了事故风险；相对于国外同类系统，本实用新型的技术方案在现有车辆基础上进行自动化改造，利用现有车辆上加装路锥收发系统，在实现国外同类产品功能的同时，大大降低整个系统的造价成本，适合高速公路维护部门快速回收投资成本，具有良好的经济效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的拾取机构、中转机构和堆垛机构在车厢内部的结构连接示意图。

图2为本实用新型拾取夹爪的结构示意图。

图3为图2的侧面视图。

图4为本实用新型堆垛夹爪抓取路锥的放大结构示意图。

图5为本实用新型路锥导向架的结构示意图。

图6为本实用新型运动控制模块的结构示意图。

图7为本实用新型位置分析模块的结构示意图。

图8为本实用新型运动滑台的另一种安装结构示意图

图9为本实用新型路锥收放的工作原理框图。

图10为本实用新型进行路锥回收的流程框图。

图11为本实用新型进行路锥下放的流程框图。

图中：1、拾取前后运动滑台；2、拾取左右运动滑台；3、拾取上下运动滑台；4、旋转机构；5、拾取夹爪；6、堆垛前后运动滑台；7、堆垛左右运动滑台；8、堆垛上下运动滑台；9、堆垛夹爪；10、路锥导向架；11、摄像机；12、工控机；13、运动控制器；14、显示屏；15、电机驱动器；16、测速传感器；17、电机；18、导滑连接件；19、滑块；20、支撑杆；21、拾取外夹爪；22、拾取内夹爪。

具体实施方式

如图1～图8所示，本实用新型包括路锥位置分析模块、运动控制模块、拾取机构、堆垛机构、中转机构和车载电源模块；

拾取机构包括拾取前后运动滑台1、拾取左右运动滑台2、拾取上下运动滑台3和旋转机构4；拾取前后运动滑台1分为拾取前运动滑台和拾取后运动滑台；拾取前运动滑台和拾取后运动滑台水平安装在车厢左右两侧的同一水平位置；拾取左右运动滑台2活动连接在拾取前运动滑台和拾取后运动滑台上；拾取上下运动滑台3活动连接在拾取左右运动滑台2上；旋转机构4设置在拾取上下运动滑台3的下端；旋转机构4的下端连接有一个拾取夹爪5；拾取前后运动滑台1、拾取左右运动滑台2、拾取上下运动滑台3和旋转机构4上均设置有电机17；

运动控制模块可以通过电机驱动装置16控制拾取机构的前后运动滑台1、拾取左右运动滑台2和拾取上下运动滑台3上的电机的旋转速度、方向、延续时长，达到控制拾取夹爪5的张开和闭合，以夹取路锥的底部边缘。整个拾取机构有前后、左右、上下及夹爪旋转、夹爪开合五个自由度，可以实现路锥的夹取、旋转摆正和三维空间内的移动运输。

堆垛机构包括堆垛前后运动滑台6、堆垛左右运动滑台7、堆垛上下运动滑台8和堆垛夹爪9；堆垛前后运动滑台6分为堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台；堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台水平安装在车厢左右两侧的同一水平位置；堆垛左右运动滑台7活动连接在堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台上；堆垛上下运动滑台8活动连接在堆垛左右运动滑台7上；堆垛夹爪9设置在堆垛上下运动滑台的下端；堆垛前后运动滑台6、堆垛左右运动滑台7、堆垛上下运动滑台8上均设置有电机17；整个堆垛机构有前后、左右、上下及夹爪开合四个自由度，可以实现路锥的夹取和三维空间内的移动运输。

拾取机构的运动滑台连接方式和结构与堆垛机构相同，区别在于拾取机构的上下运动滑台的下端设置了一个旋转机构4，这样拾取机构通过旋转机构4的旋转，带动拾取夹爪5的运动，从而可以轻松夹取路面上倒放的路锥。

拾取机构和堆垛机构的运动滑台是一个U形或M形槽，皮带或者螺杆设置在U形或M形槽里。通过运动控制模块的电机驱动装置驱动相应的电机17运转，从而实现相应的动作。

中转机构位于拾取机构和堆垛机构的中间，包括驱动装置和旋转轴；中转机构的驱动装置目前选取气缸驱动，也可用油缸，或电机直接驱动，只要能够实现驱动旋转轴进行旋转，将路锥进行水平或者垂直的相互翻转即可。旋转轴上安装有路锥导向架10，路锥导向架10提供路锥在非垂直状态下的辅助支撑，在进行路锥摆放时，中转机构旋转至路锥导向架10垂直的状态，堆垛机构送来的路锥先放在路锥导向架上，然后由拾取机构抓取后沿路面间隔摆放；在进行路锥回收作业时，运动控制模块根据路锥位置分析模块得到路锥的坐标和角度信息，利用拾取夹爪5抓取路锥的下部边缘，利用旋转机构将路锥旋转摆正至水平正对路锥导向架10的位置，将路锥推入进路锥导向架10后松开拾取夹爪5，路锥即水平放置在中转机构上，然后拾取机构移开，中转机构旋转约90度至路锥垂直状态，再由堆垛机构的堆垛夹爪9抓取路锥按行列摆放规则放置到路锥堆放区。路锥导向架10是一个与路锥的结构一样的圆锥体，其外形尺寸略小于路锥，这样路锥就可以在水平状态下也能稳稳的立在路锥导向架10上面。

路锥位置分析模块、运动控制模块和车载电源均设置在厢体内，通过数据线互相连接；相互之间在厢体的安装位置没有特别要求；运动控制模块通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构和中转机构相连接。

当路面较宽阔时，还可以在车厢内活动安装有支架，支架可伸出车厢外部；拾取机构的拾取前后运动滑台1安装在支架上。支架可设计成不同的样式，例如支架可设计为一个长方体框架，支架下面采取轨道和滑轮连接方式安装在车底，只要能相当于车厢进行收放，当拾取机构的拾取前后运动滑台1安装在支架上时，支架相当于将车厢进行了延长，可适用在比较宽广的路面的路锥的拾取和收放。

路锥位置分析模块包括多个摄像机11和一个工控机12；工控机12通过数据线与摄像机11连接；摄像机11对准路面，其拍摄路面影像传送到工控机12进行图像的分析处理，由工控机12内进行识别出图像中是否有路锥、路锥的坐标位置、倒放的角度姿态等信息，然后向运动控制模块发出控制信号。摄像机11的安装位置没有特别要求，只要能实现将厢体外路面情况清楚拍摄显示即可，为了全方位的显示路面情况，一般设置多个摄像机，安装在厢体外的不同方位。

运动控制模块包括运动控制器13、显示屏14、电机驱动器15和测速传感器16；运动控制器13通过数据线分别与显示屏14、电机驱动器15和测速传感器16相连接；电机驱动器15通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构和中转机构的电机17相连接；显示屏14可显示系统运行参数并能实现参数设置、状态显示和摄像机视频显示等功能。

运动控制模块将接收到的路锥位置分析模块传来的路锥坐标数据和角度姿态信息，结合测速传感器、用户设置的参数等输入参数进行逻辑运算，分别向安装到拾取机构、堆垛机构、中转机构上的电机17发出转动速度、方向、持续时长等指令，达到控制拾取夹爪5和堆垛夹爪9的前后、左右、上下滑动、夹爪旋转、夹爪开合等动作，完成路锥的摆放和回收等一系列动作。

车载电源模块包括通过数据线连接的车载发电机、稳压器和开关保护器。车载电源向路锥位置分析模块、运动控制模块提供动力电源；开关保护器可根据实际需要增加多个，例如漏电保护器、过载保护器等器件。

拾取左右运动滑台2和堆垛左右运动滑台7的两端均各装置有一个导滑连接件18，拾取左右运动滑台2和堆垛左右运动滑台7均通过两端的导滑连接件18分别与拾取前后运动滑台1和堆垛前后运动滑台6活动连接。

拾取左右运动滑台2上和堆垛左右运动滑台7上均设置有一个滑块19；拾取上下运动滑台3和堆垛上下运动滑台8均通过滑块19分别与拾取左右运动滑台2和堆垛左右运动滑台7活动连接。

堆垛夹爪的下端为伞骨结构，合拢时为一竖条状，体积较小，张开时为圆锥形状。可以由运动控制模块控制其合拢和张开，当堆垛夹爪要抓取路锥时，先合拢夹爪，从路锥顶部圆孔伸进路锥内部，然后在路锥内部张开夹爪即夹取住路锥；当到达位置要放下路锥时，合拢夹爪，路锥即在重力作用下落在指定位置上。这样也可以实现路锥在车厢内按行列的堆放存储，有效利用车厢内的空间。

拾取夹爪5包括拾取外夹爪21和拾取内夹爪22；拾取内夹爪22安装在拾取外夹爪21两个抓手之间。当进行路锥下放的时候，拾取夹爪5利用拾取内夹爪22，通过将拾取内夹爪22伸进路锥中间的圆孔实现路锥的摆放；拾取内夹爪22两根抓手的下端均向外弯曲，伸进路锥的圆孔后再张开，可以使路锥紧紧卡在拾取内夹爪22上不会掉下去；放下路锥时，将拾取内夹爪22收紧，则可轻松将拾取内夹爪22从路锥取出，路锥摆放在指定位置，完成路锥的下放；当要进行路锥回收时候，拾取夹爪5采用拾取外夹爪21，拾取外夹爪21通过上下开合夹紧的抓手结构，夹取倒放的路锥的底部边缘，然后通过旋转机构4的运动将路锥摆正至水平正对路锥导向架10的位置，将路锥推入进路锥导向架10。

本实用新型的拾取夹爪5和堆垛夹爪9都可以拆卸替换为其他现有技术的夹爪结构，可以适用于不同结构的路锥，例如顶部没有圆孔封闭的路锥。只要将夹爪的结构跟随不同结构的路锥进行调整即可，因此本实用新型的通用范围广。

本实用新型在进行路锥回收时，为了回收路面上倒放的路锥，均将路锥进行倒放后进行回收。在实际操作中，对于在回收时候仍然处于垂直状态的路锥，在回收时候利用拾取机构的拾取上下运动滑台3和旋转机构4的配合将路锥推倒后，再进行回收。

为了拾取左右运动滑台2和拾取前后运动滑台1在安装后的稳固性，可在拾取左右运动滑台2的上面或者下面安装一根支撑杆20，支撑杆20的两端与拾取左右运动滑台2一样固定在导滑连接件18上，并且拾取左右运动滑台2上的滑块19也固定在支撑杆20上，这样可增加拾取左右运动滑台2和拾取上下运动滑台3之间连接的稳固性。支撑杆20的结构设计也同样适用于堆垛机构的运动滑台的连接。

如图9所示，本实用新型的工作原理为：

Ⅰ、车载电源为位置分析模块和运动控制模块提高电源；

Ⅱ、位置分析模块启动，根据摄像头提供的数据，工控机进行数据运算，然后将路锥的坐标及角度姿态信息发给运动控制模块，作为向拾取机构、中转机构、堆垛机构等执行机构发命令的依据；

Ⅲ、运动控制模块将前后、左右、上下、旋转、夹爪开合等五维度的控制命令发给拾取机构，以完成路锥的拾取动作；

Ⅳ、运动控制模块将旋转动作命令发给中转机构以完成路锥的姿态调整；

Ⅴ、运动控制模块将前后、左右、上下、夹爪开合等四个维度的控制命发给堆垛机构完成一个路锥的位置转移。

路锥的回收过程如图10所示，黑色箭头表示路锥的移动变化过程，

开始：路锥在公路上的某个位置；

a、拾取机构根据运动控制模块发来的命令找到并夹取路锥；

b、拾取机构将找到的路锥放到中转机构的指定位置；

c、中转机构调整路锥姿态，便于堆垛机构找到抓取；

d、堆垛机构找到中转机构上指定位置的路锥，并将其放到车厢上的合适位置；

结束：路锥在车厢上的某个位置，以上步骤完成了一个路锥的回收。

路锥的下放过程与以上过程相反，如图11所示：黑色箭头表示路锥的移动变化过程，

开始：路锥在车厢上的某个位置；

a、堆垛机构找到车厢上合适位置的路锥并进行抓取；

b、堆垛机构将抓取到的路锥放到中转机构上的指定位置；

c、中转机构调整路锥姿态，便于拾取机构找到抓取；

d、拾取机构将中转机构指定位置的路锥放到公路上的合适位置；

结束：路锥在公路上的某个位置，以上步骤完成了一个路锥的下放。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动化路锥收放系统，其特征在于：它包括路锥位置分析模块、运动控制模块、拾取机构、堆垛机构、中转机构和车载电源模块；

所述拾取机构包括拾取前后运动滑台(1)、拾取左右运动滑台(2)、拾取上下运动滑台(3)和旋转机构(4)；所述拾取前后运动滑台(1)分为拾取前运动滑台和拾取后运动滑台；所述拾取前运动滑台和拾取后运动滑台水平安装在车厢左右两侧的同一水平位置；所述拾取左右运动滑台(2)活动连接在拾取前运动滑台和拾取后运动滑台上；所述拾取上下运动滑台(3)活动连接在拾取左右运动滑台上(2)；所述旋转机构(4)设置在拾取上下运动滑台(3)的下端，旋转机构(4)的下端连接有一个拾取夹爪(5)；所述拾取前后运动滑台(1)、拾取左右运动滑台(2)、拾取上下运动滑台(3)和旋转机构(4)上均设置有电机(17)；

所述堆垛机构包括堆垛前后运动滑台(6)、堆垛左右运动滑台(7)、堆垛上下运动滑台(8)和堆垛夹爪(9)，所述堆垛前后运动滑台(6)分为堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台；所述堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台水平安装在车厢左右两侧的同一水平位置；所述堆垛左右运动滑台(7)活动连接在堆垛前运动滑台和堆垛后运动滑台上；所述堆垛上下运动滑台(8)活动连接在堆垛左右运动滑台(7)上；堆垛夹爪(9)设置在堆垛上下运动滑台的下端；所述堆垛前后运动滑台(6)、堆垛左右运动滑台(7)、堆垛上下运动滑台(8)上均设置有电机(17)；

所述中转机构位于拾取机构和堆垛机构的中间，包括驱动装置和旋转轴；所述旋转轴上安装有路锥导向架(10)；

所述路锥位置分析模块、运动控制模块和车载电源均设置在厢体内，通过数据线互相连接；所述运动控制模块通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构和中转机构相连接。

2.根据权利要求1所述的自动化路锥收放系统，其特征在于：所述路锥位置分析模块包括多个摄像机(11)和一个工控机(12)；所述工控机(12)通过数据线与摄像机连接；

所述运动控制模块包括运动控制器(13)、显示屏(14)、电机驱动器(15)和测速传感器(16)；所述运动控制器(13)通过数据线分别与显示屏(14)、电机驱动器(15)和测速传感器(16)相连接；所述电机驱动器(15)通过数据线分别与拾取机构、堆垛机构的电机(17)和中转机构的驱动装置相连接；

所述车载电源模块包括通过数据线连接的车载发电机、稳压器和开关保护器。

3.根据权利要求1所述的自动化路锥收放系统，其特征在于：所述拾取左右运动滑台(2)和堆垛左右运动滑台(7)的两端均各装置有一个导滑连接件(18)，所述拾取左右运动滑台(2)和堆垛左右运动滑台(7)均通过两端的导滑连接件(18)分别与拾取前后运动滑台(1)和堆垛前后运动滑台(6)活动连接。

4.根据权利要求1所述的自动化路锥收放系统，其特征在于：所述拾取左右运动滑台(2)上和堆垛左右运动滑台(7)上均设置有一个滑块(19)；所述拾取上下运动滑台(3)和堆垛上下运动滑台(8)均通过滑块(19)分别与拾取左右运动滑台(2)和堆垛左右运动滑台(7)活动连接。

5.根据权利要求1所述的自动化路锥收放系统，其特征在于：所述堆垛夹爪(9)的下端为伞骨结构，合拢时为一竖条状，张开时为圆锥形状。

6.根据权利要求1所述的自动化路锥收放系统，其特征在于：所述拾取夹爪(5)包括拾取外夹爪(21)和拾取内夹爪(22)；所述拾取内夹爪(22)两根抓手的下端均向外弯曲，安装在拾取外夹爪(21)两个抓手之间。