CN205636552U - 智能路障小车 - Google Patents

Abstract

智能路障小车，包括路锥自动收放小车，所述路锥自动收放小车由车体、车载放锥装置、车载收锥装置和控制箱组成，其中车体后部通过支座安装两个同型号的驱动电机，两个驱动电机的输出轴通过减速齿轮连接车体左右两侧的驱动轮，驱动轮连接履带；车载放锥装置设于车体的顶部；车体的前侧安装车载收锥装置；车体的前部安装路锥仓，车体的后部安装控制箱、实时摄像头和警示灯；该智能路障小车能够自动完成路障的收放，智能化程度高，提高了路障施放和回收的效率，避免人工施放路障的危险性，值得大力推广。

Description

智能路障小车

技术领域

本实用新型涉及路政工程领域，尤其是一种智能路障小车。

背景技术

路障交通锥是一种道路交通隔离警戒设施，一般用于道路养护施工的临时隔离划分，是保障道路养护施工人员安全的重要设施；随着道路养护施工及技术的进步，特别是以人为本的交通施工理念的提出，道路养护施工对交通导改的要求也越来越高。目前国内交通道路养护作业中，主要还是依靠人工布锥，即人员一个一个的将路障交通锥摆放到指定位置，这种作业方式作业速度慢、路障交通锥码放间隔不一致，而且在车流量较大的道路上摆放路障的时候危险性较高。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能够自动完成路障的收放，智能化程度高，提高了路障施放和回收的效率，避免人工施放路障的危险性的智能路障小车。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：智能路障小车，包括路锥自动收放小车，所述路锥自动收放小车由车体、车载放锥装置、车载收锥装置和控制箱组成，其中车体后部通过支座安装两个同型号的驱动电机，两个驱动电机的输出轴通过减速齿轮连接车体左右两侧的驱动轮，驱动轮连接履带；车载放锥装置设于车体的顶部，由放锥机械臂和放锥机械爪组成，其中放锥机械臂上设有四个自由度舵机，分别是一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，其中一号舵机设于放锥机械臂与车体之间，二号舵机设于放锥机械臂的底座与调节臂之间，三号舵机设于放锥机械臂的调节臂和大臂之间，四号舵机设于放锥机械臂的大臂与主臂之间，大臂的前端安装放锥机械爪，放锥机械爪上安装电磁铁；车体的前侧安装车载收锥装置，该车载收锥装置由收锥机械臂和收锥机械爪组成，收锥机械臂设置有两个，分别位于车体的两侧，后端分别通过一收锥舵机连接车体，两个收锥机械臂的前端设有一支撑轴杆，支撑轴杆的中部安装收锥机械爪，该收锥机械爪与支撑轴杆转 动连接，收锥机械爪的底部安装电磁铁；车体的前部安装路锥仓，车体的后部安装控制箱、实时摄像头和警示灯。

作为本实用新型的进一步方案：所述控制箱内设有控制板，该控制板上集成控制模块、RS232串行口、无线遥控模块、三轴加速度传感器和通用扩展总线，控制板连接车体上的光敏传感器、测距传感器以及电池。

作为本实用新型的进一步方案：所述控制模块包括主控制芯片和从控制芯片，主控制芯片和从控制芯片均设有14路数字输入/输出口、6路模拟输入、一个16MHz晶体振荡器、一个USB口、一个电源插座、一个ICSP头和一个复位按钮，其中主控制芯片的3、5、6、9数字口分别连接一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，10、11、12、13数字口分别连接两个收锥舵机和两个电磁继电器，两个电磁继电器分别连接车载放锥装置和车载收锥装置的电磁铁。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该智能路障小车能够自动完成路障的收放，智能化程度高，提高了路障施放和回收的效率，避免人工施放路障的危险性，值得大力推广。

附图说明

图1为本实用新型的侧视图；

图2为本实用新型的控制模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，本实用新型实施例中，智能路障小车，包括路锥自动收放小车，所述路锥自动收放小车由车体1、车载放锥装置、车载收锥装置和控制箱8组成，其中车体1 采用不锈钢材质，车体1后部通过支座安装两个同型号的驱动电机，两个驱动电机的输出轴通过减速齿轮连接车体1左右两侧的驱动轮，驱动轮连接履带2，实现电机驱动履带2的过程。此设计结构使得小车能做到任意角度转向，而无需采用烦琐的差速器和舵机即可实现原地回转。同时，采用履带2可使小车运动过程较为平稳，为车载机械手平稳装夹路锥创造了条件；车载放锥装置设于车体1的顶部，由放锥机械臂和放锥机械爪组成，其中放锥机械臂上设有四个自由度舵机，分别是一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，其中一号舵机设于放锥机械臂与车体1之间，用以控制整个机械手的旋转角度，以实现舵机能够在0-90角之间自由转动，二号舵机设于放锥机械臂的底座与调节臂3之间，用以调整整个机械手的稳定，从而使得机械手在没有动作指令的情况下保持最佳的平衡状态，也降低了整个电路的功耗，三号舵机设于放锥机械臂的调节臂3和大臂4之间，四号舵机设于放锥机械臂的大臂4与主臂5之间，三号四号舵机用于精确的摆放锥桶，三号舵机主要用于精确的高度，从而使得锥桶在摆放的过程中不至于弹起倾斜，四号舵机用于保持电磁铁的平衡，使得锥桶在适应高度内，不至于发生倾斜的情况，一号，二号，三号，四号舵机组合动作即是一套完整的机械手，大臂4的前端安装放锥机械爪，放锥机械爪上安装电磁铁，能够完成将锥仓7中的路锥搬送到地面上的动作；

车体1的前侧安装车载收锥装置，该车载收锥装置由收锥机械臂6和收锥机械爪组成，收锥机械臂6设置有两个，分别位于车体1的两侧，后端分别通过一收锥舵机连接车体1，两个收锥机械臂6的前端设有一支撑轴杆，支撑轴杆的中部安装收锥机械爪，该收锥机械爪与支撑轴杆转动连接，收锥机械爪的底部安装电磁铁，收锥机械爪可以靠自重自由摆动使其始终垂直于小车面向下，保证车载机械手可完成四分之一圆弧范围内路锥的垂直方向抓放与夹持，以实现将地面上的路锥搬运到锥仓7中的动作；

车体1的前部安装路锥仓7，筒形的的路锥仓7用于堆叠存放路锥，车体1的后部安装控制箱8、实时摄像头9和警示灯10。

控制箱8内的电子器件包括由控制模块、RS232串行口、无线遥控模块、三轴加速度传感器、通用扩展总线组成的控制板，外部连接车体上的光敏传感器、测距传感器以及电池，其软件部分包括操作系统和开发环境。涉及的关键技术包括机械技术、电池技术、电机技术和控制器技术、无线传输技术、人机界面程序设计技术。

控制模块包括主控制芯片和从控制芯片，主控制芯片和从控制芯片都采用Arduino控制芯片UNO型。UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)，6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP头和一个复位按钮，其中主控制芯片的3、5、6、9数字口分别连接一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，10、11、12、13数字口分别连接两个收锥舵机和两个电磁继电器，两个电磁继电器分别连接车载放锥装置和车载收锥装置的电磁铁，能够控制放锥和收锥的动作执行；从控制芯片模块通过5、7数字口控制小车倾斜报警。两控制芯片之间采用自定义通讯协议进行双向交互，使小车和机械手实现协同控制。

小车的图传采用的是TS832型航拍图传产品。该产品发射频率为5.8G，发射功率为600mW，它是采用正交频分复用技术，在此频段的WLAN产品基于IEEE802.11a协议，传输速率可以达到54Mbit/s。根据WLAN的传输协议，在点对点应用的时候，有效速率为20Mbit/s；点对六点的情况下，每一路图像的有效传输速率为500kbit/s左右，也就是说总的传输数据量为3Mbit/s左右。对于无线图像的传输而言，基本上解决了“高清晰度数字图像在无线网络中的传输”问题，使得大范围采用5.8GHz频段传输数字化图像成为现实，尤其适用于该小车的监控系统。

控制芯片对机械手的运动控制:

机械手为了实现自动放锥，必须完成4个动作：机械爪抓取并夹持路锥一机械臂转动至车旁路面一机械爪松开一机械臂归位。系统机械手采用Arduino控制芯片UNO型为核心控制器，通过串口接收主单片机指令后控制舵机，完成抓取、搬运和放下路锥等动作。

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并保持的控制系统。舵机控制信号由输入通道进入信号调制电路，获得一个直流偏置电压，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。该电压差输出到电机驱动芯片决定电机的正反转，同时带动电位器旋转，直到电压差为零，电机停止转动。系统采用MG996舵机，该舵机控制采用周期为20ms的PWM信号，当PWM占空比改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比，脉宽为0.5～2.5ms，分别线性对应着0°～180°的位置。

由于舵机在运行过程中要从电源吸纳较大的电流，若舵机与控制芯片共用一个电源，舵机会对控制芯片产生干扰而产生抖舵现象。为此，在电源供给中采用具有过流保护能力的12V降压芯片为控制芯片和舵机供电，机械手运动控制采用单步控制方式，以保证其运动的稳定性。

本实用新型的结构特点及其工作原理：

使用三轴加速度传感器监视车辆侧翻的工作原理：

为防止小车倾斜角度过大而发生侧翻的情况，在电路中使用了三轴加速度传感器，当三轴加速度传感器车辆数值高于平均值时，说明车辆已经反生了倾斜，经过多次测量取出三轴加速度传感器的中间值为65，最大安全倾斜角度在20度左右，最后得出当传感器低于45度，大于85度时，芯片即会立马发送指令到蜂鸣器，蜂鸣器动发出报警。

锥桶回收机械臂工作原理创新：

当芯片接收到来自遥控器的回收信号时，发出指令控制回收舵机，锥桶回收机械臂是由两个自由度的舵机左右驱动，从而使得电磁铁在工作过程中保持平衡，连接舵机的是有较好柔性的亚克力材料，避免在运作过程中损毁锥桶摆放，回收锥桶采用吸合接触式创新原理，当电路中舵机信号执行完毕后，芯片会发出指令控制继电器动作，使得电磁铁得电，产生巨大的磁力，从而摆放，回收锥桶，之所以采用电磁铁不采用传统的机械手抓取，是因为机械手在抓取过程中可能出现抖动或其它意外情况，以至于损坏锥桶。

采用分线板布置线路创新：

在电路中存在若干条分支线，在设计中，巧妙的采用了分线器，来解决主线路杂乱无章，后期排查电路带来的麻烦，不仅减少了总线体积，还便于后期排查电路！采用分线器能够均衡高效的传输电能，不至于因某条线路过载太大，而发生的烧毁电路的情况，大大的提高了小车的安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.智能路障小车，包括路锥自动收放小车，其特征在于，所述路锥自动收放小车由车体、车载放锥装置、车载收锥装置和控制箱组成，其中车体后部通过支座安装两个同型号的驱动电机，两个驱动电机的输出轴通过减速齿轮连接车体左右两侧的驱动轮，驱动轮连接履带；车载放锥装置设于车体的顶部，由放锥机械臂和放锥机械爪组成，其中放锥机械臂上设有四个自由度舵机，分别是一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，其中一号舵机设于放锥机械臂与车体之间，二号舵机设于放锥机械臂的底座与调节臂之间，三号舵机设于放锥机械臂的调节臂和大臂之间，四号舵机设于放锥机械臂的大臂与主臂之间，大臂的前端安装放锥机械爪，放锥机械爪上安装电磁铁；车体的前侧安装车载收锥装置，该车载收锥装置由收锥机械臂和收锥机械爪组成，收锥机械臂设置有两个，分别位于车体的两侧，后端分别通过一收锥舵机连接车体，两个收锥机械臂的前端设有一支撑轴杆，支撑轴杆的中部安装收锥机械爪，该收锥机械爪与支撑轴杆转动连接，收锥机械爪的底部安装电磁铁；车体的前部安装路锥仓，车体的后部安装控制箱、实时摄像头和警示灯。

2.根据权利要求1所述的智能路障小车，其特征在于，所述控制箱内设有控制板，该控制板上集成控制模块、RS232串行口、无线遥控模块、三轴加速度传感器和通用扩展总线，控制板连接车体上的光敏传感器、测距传感器以及电池。

3.根据权利要求2所述的智能路障小车，其特征在于，所述控制模块包括主控制芯片和从控制芯片，主控制芯片和从控制芯片均设有14路数字输入/输出口、6路模拟输入、一个16MHz晶体振荡器、一个USB口、一个电源插座、一个ICSP头和一个复位按钮，其中主控制芯片的3、5、6、9数字口分别连接一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，10、11、12、13数字口分别连接两个收锥舵机和两个电磁继电器，两个电磁继电器分别连接车载放锥装置和车载收锥装置的电磁铁。