本發(fā)明涉及工程施工劃線設(shè)備，尤其涉及一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、工程施工前常常需要先畫出地界線和施工參考線，比如高速公路路基在填筑過程中需要畫方格網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)填土，基坑開挖需要?jiǎng)澗€確定邊界，結(jié)構(gòu)物及附屬工程等施工需要?jiǎng)澗€提供參考。因此施工放線是保證工程施工正常進(jìn)行的最重要一環(huán)，而目前一般劃線前需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位放樣，再用細(xì)線將特征點(diǎn)順序連接起來，再順著拉的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)線用鐵鍬撒石灰線進(jìn)行加粗，不僅步驟多效率還不高，當(dāng)遇到斜坡、凹地或土包的情況下線型質(zhì)量也難以保證；同時(shí)，在劃線過程中，若結(jié)構(gòu)物的轉(zhuǎn)彎角度過大，則無法保證劃線的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的劃線效率低、劃線質(zhì)量較差的缺陷與問題，提供一種劃線效率高、劃線質(zhì)量較好的基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車，包括底盤、扶手、前輪減震結(jié)構(gòu)、后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、存料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、定位導(dǎo)航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)，所述前輪減震結(jié)構(gòu)連接于所述底盤的前側(cè)，所述后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)連接于所述底盤的后側(cè)，所述存料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、定位導(dǎo)航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、扶手安裝于所述底盤的上側(cè)，所述送料系統(tǒng)的進(jìn)料口連接于所述存料系統(tǒng)的輸出端，所述送料系統(tǒng)的劃線口穿過所述底盤相對(duì)于地面布置；

3、所述前輪減震結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)劃線車的減震；

4、所述后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，用于控制劃線車行走以及轉(zhuǎn)向；

5、所述存料系統(tǒng)，用于存放劃線的原材料；

6、所述送料系統(tǒng)，用于將存料系統(tǒng)中的原材料輸出并進(jìn)行劃線工作；

7、所述定位導(dǎo)航系統(tǒng)，用于獲取劃線車的實(shí)際三維坐標(biāo)；

8、所述控制系統(tǒng)，用于控制后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中左右側(cè)后輪的轉(zhuǎn)速，在行走的同時(shí)通過差速行駛進(jìn)行轉(zhuǎn)向來使送料系統(tǒng)的劃線口順著設(shè)定的虛擬線形行走并進(jìn)行劃線作業(yè)，同時(shí)根據(jù)定位導(dǎo)航系統(tǒng)獲取的實(shí)際三維坐標(biāo)與理論坐標(biāo)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)比進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏；

9、所述操縱系統(tǒng)，用于向控制系統(tǒng)發(fā)送工作指令。

10、所述前輪減震結(jié)構(gòu)包括階梯軸、轉(zhuǎn)動(dòng)軸叉、安裝塊、支座、減震組件、前軸，所述階梯軸水平連接于劃線車的底盤的前側(cè)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸叉轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述階梯軸的外周面，所述安裝塊連接于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸叉的一端，所述支座連接于所述安裝塊的下側(cè)，所述減震組件中的連桿的一端鉸接于所述支座上，所述前軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述減震組件中的連桿的另一端，所述前軸的兩端連接有前輪。

11、所述減震組件包括底板、兩個(gè)連桿、兩個(gè)液壓彈簧減震器及彈簧座，所述底板水平布置且連接于所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸叉位于下側(cè)的外周面，兩個(gè)所述連桿對(duì)稱布置，兩個(gè)所述連桿的一端分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述支座的左右兩側(cè)，兩個(gè)所述連桿的另一端分別套設(shè)于所述前軸的外周面，兩個(gè)所述連桿靠近所述轉(zhuǎn)軸的上側(cè)均連接有彈簧座，所述底板的左右兩側(cè)底面均連接有彈簧座，所述彈簧座上開設(shè)有連接孔，所述連接孔內(nèi)連接有高強(qiáng)螺栓，兩個(gè)所述液壓彈簧減震器的一端分別通過高強(qiáng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底板底面上的兩個(gè)彈簧座內(nèi)，另一端分別通過高強(qiáng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述連桿上的兩個(gè)彈簧座內(nèi)，所述底板與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸叉之間焊接有加強(qiáng)板，所述連桿為弧形結(jié)構(gòu)且兩端開設(shè)有軸孔，所述支座的左右兩側(cè)連接有軸銷，所述連桿的一端通過軸孔套設(shè)于所述軸銷上，所述連桿的另一端通過軸孔套設(shè)于所述前軸上，所述軸銷的中心線到連桿上的彈簧座的連接孔的中心線的距離等于所述軸銷的中心線到底板上的彈簧座的連接孔的中心線的距離，所述減震組件整體呈可變等腰三角形結(jié)構(gòu)，可變等腰三角形結(jié)構(gòu)的底邊為液壓彈簧減震器兩端連接孔中心線之間的距離。

12、所述后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)底座、兩個(gè)可變形四連桿結(jié)構(gòu)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及兩個(gè)后輪，兩個(gè)所述底座對(duì)稱連接于所述底盤的下側(cè)，所述底座的外側(cè)連接有安裝桿，所述可變形四連桿結(jié)構(gòu)與所述底座之間連接有斜撐，所述底盤與所述底座之間連接有加勁板，兩個(gè)所述可變形四連桿結(jié)構(gòu)的首端分別連接于兩個(gè)所述安裝桿的一端，兩個(gè)所述可變形四連桿結(jié)構(gòu)的末端分別連接于兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)，兩個(gè)所述后輪分別連接于兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸套設(shè)有編碼器，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)、編碼器分別與所述控制系統(tǒng)相連接；

13、所述編碼器，用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度、方向、速度、加速度和位置；

14、所述控制系統(tǒng)，用于根據(jù)編碼器測(cè)量的參數(shù)和bds/gps-imu組合導(dǎo)航單元共同測(cè)量和計(jì)算劃線車的三維坐標(biāo)，并根據(jù)三維坐標(biāo)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作使劃線車按預(yù)定路線和流程工作。

15、所述可變形四連桿結(jié)構(gòu)包括安裝座、兩個(gè)安裝板、連桿、兩個(gè)連接板、銷軸、減震彈簧、套筒以及套桿，所述安裝座連接于所述安裝桿的一端，兩個(gè)所述安裝板對(duì)稱連接于所述安裝座的左右兩側(cè)，所述銷軸的兩端分別連接于兩個(gè)所述安裝板，所述斜撐的一端連接于兩個(gè)所述安裝板之間，所述套桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述銷軸的外周面，所述套桿的另一端滑動(dòng)連接于所述套筒內(nèi)，所述套筒的底部鉸接于所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的上側(cè)，所述減震彈簧套設(shè)于所述套桿的外周面，所述減震彈簧的一端連接于所述套筒的上端面，兩個(gè)所述連接板連接于所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的左右兩側(cè)，所述連桿的一端鉸接于所述安裝板的外側(cè)，所述連桿的另一端鉸接于所述連接板的外側(cè)。

16、所述存料系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、輸料管、多個(gè)存料倉以及兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，多個(gè)所述存料倉并列放置，兩個(gè)所述轉(zhuǎn)軸依次穿入多個(gè)所述存料倉的底部，兩個(gè)所述轉(zhuǎn)軸的外周面分別套設(shè)有等比齒輪，兩個(gè)所述等比齒輪互相嚙合連接，所述轉(zhuǎn)軸的兩端均連接有支撐柱，所述轉(zhuǎn)軸的外周面套設(shè)有多個(gè)破碎輥，多個(gè)所述破碎輥分別位于多個(gè)所述存料倉內(nèi)，位于同一個(gè)存料倉的兩個(gè)破碎輥的外齒互相錯(cuò)位嚙合，所述存料倉內(nèi)設(shè)置有擋板，所述擋板傾斜布置且位于所述破碎輥的上方，所述輸料管設(shè)置有多個(gè)入口和一個(gè)出口，多個(gè)所述入口分別與多個(gè)所述存料倉的出料口相連通，所述出口與所述送料系統(tǒng)的輸入端相連通，所述存料倉的出料口與所述入口的連接處設(shè)置有電動(dòng)閥門，所述底盤的上端面開設(shè)有存放槽，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)安裝于所述存放槽內(nèi)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接有主動(dòng)輪，其中一個(gè)所述轉(zhuǎn)軸的外周面套設(shè)有從動(dòng)輪，所述扶手鉸接于所述底盤的上側(cè)，所述扶手內(nèi)橫向連接有支撐桿，所述支撐桿的外周面套設(shè)有張緊輪，所述主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、張緊輪的外周面纏繞有同步帶，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、多個(gè)電動(dòng)閥門均與所述控制系統(tǒng)相連接；

17、所述電動(dòng)閥門，用于控制存料倉的出料量的大小。

18、所述底盤內(nèi)開設(shè)有安裝槽，所述送料系統(tǒng)包括送料電機(jī)、送料齒輪、限位齒條、卡條、螺旋送料軸、指示桿，所述底盤的上端面開設(shè)有連接口，所述連接口分別與所述安裝槽、出口相連通，所述底盤的下端面開設(shè)有劃線口，所述劃線口與所述安裝槽相連通，所述螺旋送料軸安裝于所述安裝槽內(nèi)且位于所述連接口的下方，所述螺旋送料軸的一端穿過所述安裝槽后與所述主動(dòng)輪相連接，所述送料電機(jī)安裝于所述底盤的下側(cè)，所述送料齒輪連接于所述送料電機(jī)的輸出軸，所述卡條沿所述劃線口的長(zhǎng)度方向連接于所述劃線口的兩側(cè)，所述限位齒條的安裝部滑動(dòng)連接于所述卡條，所述限位齒條的齒部嚙合連接于所述送料齒輪，所述指示桿連接于所述底盤的下側(cè)且位于所述劃線口的一側(cè)，所述送料電機(jī)與所述控制系統(tǒng)相連接。

19、所述定位導(dǎo)航系統(tǒng)包括機(jī)械指北針、全景攝像頭、激光雷達(dá)、三色警示燈、bds/gps-imu組合導(dǎo)航單元，所述機(jī)械指北針、bds/gps-imu組合導(dǎo)航單元、三色警示燈分別安裝于所述底盤的上側(cè)，所述全景攝像頭安裝于所述三色警示燈的上側(cè)，所述激光雷達(dá)安裝于所述全景攝像頭的頂部；

20、所述bds/gps-imu組合導(dǎo)航單元，用于通過衛(wèi)星定位或慣導(dǎo)模塊獲取劃線車的實(shí)時(shí)空間坐標(biāo)；

21、所述全景攝像頭，用于全天候全景視頻監(jiān)控；

22、所述激光雷達(dá)，用于對(duì)障礙物進(jìn)行測(cè)距；

23、所述三色警示燈，用于在劃線車工作時(shí)警示。

24、所述控制系統(tǒng)包括電源、電控系統(tǒng)、工具箱，所述工具箱、電源、電控系統(tǒng)沿所述底盤的寬度方向依次連接于所述底盤的上側(cè)，所述電控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有數(shù)傳電臺(tái)模塊；

25、所述工具箱，用于存放劃線車的配件及維修工具；

26、所述電源，用于給定位導(dǎo)航系統(tǒng)、后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、存料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、電控系統(tǒng)提供能源；

27、所述電控系統(tǒng)，用于控制后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、存料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)工作，獲取定位導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理；

28、所述數(shù)傳電臺(tái)模塊，用于將電控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)及影像進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

29、一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

30、步驟一、將劃線材料放入存料系統(tǒng)中，通過操縱系統(tǒng)輸入作業(yè)參數(shù)，并通過操縱系統(tǒng)向控制系統(tǒng)發(fā)送工作指令；

31、步驟二、控制系統(tǒng)使后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過定位導(dǎo)航系統(tǒng)使劃線車移動(dòng)到劃線區(qū)域；

32、步驟三、控制系統(tǒng)控制劃線車順著設(shè)定的虛擬路線行走，然后控制系統(tǒng)控制存料系統(tǒng)、后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和送料系統(tǒng)工作，存料系統(tǒng)在下料的同時(shí)破碎輥將劃線材料研磨成粉狀，同時(shí)送料系統(tǒng)將劃線材料經(jīng)螺旋送料軸強(qiáng)制送至劃線口進(jìn)行劃線作業(yè)；

33、步驟四、劃線時(shí)，送料電機(jī)控制限位齒條移動(dòng)來控制線寬，通過不同存料倉的電動(dòng)閥門的開合來進(jìn)行不同的劃線材料下料，經(jīng)螺旋送料軸進(jìn)行強(qiáng)制混合，同時(shí)控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速與劃線口的開度相匹配；

34、步驟五、定位導(dǎo)航系統(tǒng)獲取當(dāng)前劃線車的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)，將三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實(shí)際行走路線，并將實(shí)際路線與理論路線進(jìn)行比較，若實(shí)際路線超出理論路線的設(shè)定偏差，則控制系統(tǒng)控制后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)后輪同向差速轉(zhuǎn)動(dòng)或正反轉(zhuǎn)坦克原地掉頭來進(jìn)行轉(zhuǎn)向，對(duì)劃線車行走路線進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏，行走時(shí)通過定位導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行避障；

35、步驟六、劃線車劃線完成后，控制系統(tǒng)控制送料系統(tǒng)停止工作，并控制后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剎車。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

37、1、本發(fā)明一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法中，通過操作系統(tǒng)輸入?yún)?shù)，使控制系統(tǒng)控制劃線車根據(jù)需求利用坐標(biāo)或者設(shè)定帶方向的線段直接進(jìn)行圖上自動(dòng)作業(yè)，通過控制系統(tǒng)控制車輛自主作業(yè)，有效防止在不平整的路面作業(yè)時(shí)石灰容易撒偏，通過定位導(dǎo)航系統(tǒng)將采集的實(shí)際坐標(biāo)與理論坐標(biāo)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)比進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏，通過軟件控制2個(gè)后輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來控制劃線口順著設(shè)定的虛擬線形行走進(jìn)行劃線作業(yè)，避免使用大量人工和繁瑣的工序，利于節(jié)約有效的工作時(shí)間，同時(shí)采用自動(dòng)化控制的方式，不僅劃線快捷便利，同時(shí)能保證施工后線型美觀，還能節(jié)約資源和提高工作效率；通過采用后輪驅(qū)動(dòng)的方式，采用2個(gè)后輪差速的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)向，從而使劃線車轉(zhuǎn)彎角度變大，在一些轉(zhuǎn)彎角度過大的路基上也能穩(wěn)定進(jìn)行劃線。因此，本發(fā)明劃線效率高、劃線質(zhì)量較好。

38、2、本發(fā)明一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法中，通過設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸叉，在不平整的地面上可以實(shí)現(xiàn)劃線車前輪整體豎向轉(zhuǎn)動(dòng)，保證四輪著地，提高劃線車行駛過程中的穩(wěn)定性，即兩個(gè)前輪和階梯軸中心形成豎向三角點(diǎn)支撐，在車輪遇到道路不平整時(shí)，前輪通過整體繞階梯軸豎向旋轉(zhuǎn)保證兩個(gè)前輪始終著地，前輪點(diǎn)支撐和兩個(gè)后輪又形成平面三角支撐，利用三點(diǎn)成面的原理形成一個(gè)唯一的基準(zhǔn)面來保證四輪同時(shí)著地，以此來對(duì)劃線車的空間姿態(tài)掌控和保證車輛穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明行駛過程平穩(wěn)、劃線質(zhì)量較高。

39、3、本發(fā)明一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法中，通過利用三角形的穩(wěn)定性設(shè)置減震組件，其三個(gè)鉸接的頂點(diǎn)形成豎向可變等腰三角形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)腰長(zhǎng)始終保持不變，利用液壓彈簧減震形成可變的底邊進(jìn)行豎向減震，利用腰長(zhǎng)作為半徑形成內(nèi)接圓保證桿件受力合理。因此，本發(fā)明減震組件的桿件受力變形小、減震效果好。

40、4、本發(fā)明一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法中，后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用可變形四連桿結(jié)構(gòu)各自帶一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)時(shí)前進(jìn)，當(dāng)一側(cè)減速或停止另一側(cè)加速時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，以此實(shí)現(xiàn)車體的行走和轉(zhuǎn)向；同時(shí)，可變形四連桿結(jié)構(gòu)采用減震彈簧和套筒、套桿的組合方式，在遇到障礙時(shí)，后輪帶動(dòng)套筒向上移動(dòng)，從而使減震彈簧壓縮，當(dāng)離開障礙后，減震彈簧復(fù)原，從而實(shí)現(xiàn)減震；在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸套設(shè)有編碼器，便于通過測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)角度來進(jìn)行移動(dòng)距離的推算，從而方便控制劃線車的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，本發(fā)明工作過程穩(wěn)定、劃線質(zhì)量較高、使用方便。

41、5、本發(fā)明一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法中，通過在存料倉底部橫向安裝一對(duì)破碎輥，破碎輥通過同步帶傳動(dòng)使上部破碎輥的轉(zhuǎn)速與下部的螺旋送料軸轉(zhuǎn)速同步，這樣能保證強(qiáng)制送料的同時(shí)能夠擠碎大的石灰塊，也可以在料倉內(nèi)分別放入水泥、沙子、石灰膏等材料小批量拌制石灰水泥砂漿進(jìn)行材料配合比試驗(yàn)或使用，石灰顆粒從輸料管下來后在螺旋送料軸的作用下進(jìn)行水平強(qiáng)制送料以保證散布均勻，通過送料電機(jī)帶動(dòng)的齒條開合控制劃線口的大小從而控制線型寬度；同時(shí)，由于采用多個(gè)存料倉并列放置的方式，在同一作業(yè)區(qū)域?yàn)榱藚^(qū)分不同結(jié)構(gòu)物的作業(yè)邊線撒不同顏色進(jìn)行區(qū)分，可以通過在不同的存料倉裝不同的顏色材料，將兩種及以上的材料通過螺旋送料軸進(jìn)行拌合以得到更多的顏色組合。因此，本發(fā)明不同結(jié)構(gòu)物線條容易區(qū)分、劃線質(zhì)量較高。

42、6、本發(fā)明一種基于后輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)劃線車及其控制方法中，通過定位導(dǎo)航系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，控制車輛自主作業(yè)，工作時(shí)在不平整的路面作業(yè)時(shí)容易撒偏，它將采集的實(shí)際坐標(biāo)與理論坐標(biāo)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)糾偏，通過軟件控制兩個(gè)后輪的轉(zhuǎn)速來控制劃線口順著設(shè)定的虛擬路徑行走進(jìn)行劃線作業(yè)，在電控系統(tǒng)控制下，送料系統(tǒng)的送料電機(jī)轉(zhuǎn)速與線寬匹配從而避免材料堆積；同時(shí)，通過數(shù)傳電臺(tái)模塊及電腦利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作作業(yè)，相比于現(xiàn)有的工人進(jìn)行劃線，采用自動(dòng)撒灰作業(yè)能大幅提高工作效率。因此，本發(fā)明自動(dòng)化程度較高、劃線質(zhì)量較高、工作效率較高。