CN115326105A - 一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人驾驶车辆导航领域。目的是提供一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，该装置应能为人工测量导航精度提供一种直观准确的实际导航轨迹，以满足不同工况的需要。技术方案是一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：该机构包括固定于外部车辆底盘前端横梁的固定端、由四个杆件轴线形成一竖直平面且其中的转动杆顶端与所述固定端铰接的平行四边形结构、固定于平行四边形结构中支架杆底端的仿形地轮以及固定在所述支架杆上的电动漏斗；所述四个杆件包括依序铰接形成封闭图形的转动杆、上拉杆、支架杆以及下拉杆。

Description

一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置

技术领域

本发明涉及无人驾驶车辆导航领域，具体是一种导航行走轨迹标记装置。

背景技术

导航技术是实现无人驾驶和无人农场精准作业中极其重要的一部分；在导航系统中，导航精度是无人驾驶安全性和无人农场精准作业中极其重要的一项指标。目前导航精度测量的方式主要有机器测量和人工测量，机器测量是通过监测移动平台本身与导航规划路径的偏差来作为导航精度，而人工测量是直接测量导航行走轨迹与导航规划路径的偏差来作为导航精度；因此，相对机器测量，人工测量更加直接精准。然而人工测量的前提是需要有清晰可见的导航行走轨迹，一种常见做法是以车辙作为导航路径轨迹，但车辙的清晰度容易受到地面情况、行走部件结构等因素影响。另一种做法是通过加装导航行走轨迹标识装置，比如在车辆上面悬挂一个漏斗，通过漏斗中流出的细小颗粒或流体来标记导航轨迹。但是上述轨迹标识装置大都是采用简易的沙漏或滴漏原理，其细小颗粒或流体下落速率不可控制、易受地形影响，从而导致导航行走轨迹标记呈现粗细不一、间断不连续问题。因此设计一种能够在复杂路况行驶的、便于安装与拆卸的导航行走轨迹标记装置是很有必要；该装置还应能根据车辆的速度自动调整颗粒或流体流量，并能随路况实时调整漏斗和地面的间距。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，该装置应能为人工测量导航精度提供一种直观准确的实际导航轨迹，以满足不同工况的需要。

本发明提供的技术方案是：

一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：该机构包括固定于外部车辆底盘前端横梁的固定端、由四个杆件轴线形成一竖直平面且其中的转动杆顶端与所述固定端铰接的平行四边形结构、固定于平行四边形结构中支架杆底端的仿形地轮以及固定在所述支架杆上的电动漏斗；所述四个杆件包括依序铰接形成封闭图形的转动杆、上拉杆、支架杆以及下拉杆；

所述平行四边形结构中的一个对角线处还设置拉伸弹簧，使得该装置行驶时，能抵消仿形地轮对地面的部分压力，有效减小路面对仿形地轮的横向阻力。

所述转动杆与所述固定端之间还配设有拉簧，使得所述转动杆具有绕铰接轴线转动以保持竖直状态的趋势。

所述转动杆的铰接轴线垂直于所述平面。

所述电动漏斗包括通过电机与蛟龙支架固定在支架杆上的电机和漏斗、通过连接在电机与蛟龙支架上的蛟龙支撑架可转动定位在漏斗中的螺旋绞龙以及将电机动力传递于螺旋绞龙的带轮组件。

所述平行四边形结构的各个杆件铰接处配设有法兰轴承，法兰轴承孔内配有用于固定的双头螺栓。

所述固定端包括两个固定板以及将两个固定板夹持固定在所述横梁上的U型螺栓。

所述固定端的底端还固定一支撑板，用于限制所述转动杆的转动角度。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中采用平行四边形结构和配设的弹簧，可以保证该装置满足各种复杂的路况行驶，具有很好的抗颠簸性能，整体使用寿命更长；

(2)本发明中的电动漏斗通过U型螺栓固定在平行四边形结构的支架杆上，可通过仿形地轮行走带动平行四边形结构运动；在车辆行驶过程中，该机构可根据实际的路况的起伏自动保持漏斗与地面的间距，确保漏斗与地面间的最佳距离；

(3)本发明中的控制器通过仿形地轮上速度传感器信号，来控制螺旋绞龙上的电机转速，从而根据车辆的速度来实时控制漏斗的流量，实现所标记的导航行走轨迹更加精细均匀、连续准确；

本发明具有结构简单、成本低廉、拆装维护方便、更广的适用性以及根据车速实时控制漏斗的流量，保证了该装置更加稳定准确的进行作业。

附图说明

图1为本发明实施例的主视结构示意图。

图2为本发明实施例的左视结构示意图。

图3为本发明实施例的立体结构示意图。

图4为本发明实施例中固定端与外部运动机构的连接关系示意图。

图5为本发明实施例中拉伸弹簧的安装位置示意图。

图6为本发明实施例中平行四边形结构的立体结构示意图。

图7为本发明实施例中电动漏斗装置的分解结构示意图。

图8为本发明实施例中漏斗与螺旋绞龙的位置关系示意图(剖视图)。

附图标号：

1、固定端；1-1、外接端；1-2、第二固定板；1-3、第一固定板；1-4、第一U型螺栓；1-5、控制器；1-6、铰接螺栓；1-7、支撑板；1-8、拉簧；1-9、第一开口销；

2、平行四边形结构；2-1、支架杆；2-2、上拉杆；2-3、转动杆；2-4、拉伸弹簧；2-5、第二开口销；2-6、悬挂轴；2-7、双头螺栓；2-8、下拉杆；2-9、法兰轴承；

3、电动漏斗；3-1、漏斗；3-2、螺旋绞龙；3-3、蛟龙支撑架；3-4、电机与蛟龙支架；3-5、轴承；3-6、同步带轮；3-7、齿形带；3-8、第二U型螺栓；3-9、固定板；3-10电机；

4、仿形地轮；5、横梁；6、速度传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的用途、创新点更加清晰，以下结合附图所示的实施例进一步说明。应当理解，此处说描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2和图3所示的导航行走轨迹标记装置，主要包括仿形地轮4、电动漏斗3、平行四边形结构2和固定端1；该装置中的仿形地轮4可通过自重和平行四边形结构2与地面接触，也可根据车辆底盘前端的横梁与地面的间距，灵活的调整支架或者转动杆的高度即可。

如图4所示，所述固定端包括U型螺栓1-4、两个固定板(第一固定板1-3、第二固定板1-2)、弹簧1-8、开口销1-9以及第一固定板下方的支撑板1-7(控制器1-5安装在第一固定板上)。常见的简易装置在进行安装时，大都采用捆绑式或者打孔，不灵活且不够牢固；本实施例中，为了能够牢靠且灵活地固定在车辆底盘前端横梁5上，固定端1采用第一U型螺栓1-4进行固定，第一U型螺栓1-4依次穿过第一固定板1-3和第二固定板1-2，然后用螺母紧固，可实现稳定牢靠的连接；并且拆卸简单，可灵活地根据底盘前端横梁5的高度调整或改变第一U型螺栓1-4与第一固定板1-3的大小。第一固定板1-3的下方还连接支撑板1-7，支撑板上设置一对铰接耳，转动杆2-4的顶端开设有铰接孔，并且通过插入铰接耳与铰接孔的铰接螺栓，使得转动杆与支撑板铰接。支撑板的底端还往下延伸形成一个往下突出部，用来限制转动杆2-4(该转动杆为平行四边形结构2中四个杆件之一)往横梁后侧的转动角度，转动杆转动角度受限也即平行四边形结构的转动角度受限，从而可避免仿形地轮4前进时因阻力过大导致平行四边形结构2向后方的偏移。同时，所述铰接螺栓的两端还设置第一开口销1-9(铰接螺栓的两端开设有用于安装第一开口销的通孔)用来悬挂拉簧1-8一端的钩环(两根拉簧分别位于支撑板的两侧)，两个拉簧另一端的钩环则分别通过与悬挂轴2-6(该悬挂轴固定在转动杆的中部)两端相配合的第一开口销勾挂在悬挂轴的两端(悬挂轴上打孔用于安装第一开口销)。显然，通过调整弹簧的初始状态可决定拉伸弹簧的松紧度；并且，拉簧1-8能够使得转动杆2-3与支撑板1-3紧密相靠，能减轻惯性带来的冲击(当车辆紧急制动时，由于惯性，该装置会绕转动杆铰接处前倾，拉簧1-8可有效缓解这种状况)。

该装置在进行作业时，往往伴随比较恶劣的路况(如农田领域)；本实施例中，为了能够适应各种复杂的路径，特地在装置中添加了平行四边形结构2，同时采用拉伸弹簧来抵消仿形地轮与电动漏斗的一部分重力，使得仿形地轮对地面高低不平的反应更加敏捷。如图5和图6所示，所述平行四边形结构2包括依序铰接的支架杆2-1、下拉杆2-9、转动杆2-3以及上拉杆2-2，并且四个杆件轴线形成的平面竖直布置，并且该平面平行于前进方向(图2中是往左侧方向前进)；转动杆的顶端与支撑板1-3铰接，铰接轴线水平布置并且平行于平行四边形结构中的铰接轴线。平行四边形结构中的一个对角线处还设置拉伸弹簧2-4，使得所述转动杆与支架杆具有相互靠拢的趋势；由图可知：该对角线是两个铰接处的连线(支架杆与下拉杆铰接处，以及上拉杆与转动杆的铰接处)；设置在此处的拉伸弹簧，能够有效抵消仿形地轮与电动漏斗的一部分重量，使得仿形地轮与地面的抵触压力显著减小，从而反应更为敏捷(仿形地轮碰到地面较高障碍时，因阻力变大，促使支架杆带动仿形地轮往上运动，从而实现避障)。

作业时，仿形地轮也沿着地面行驶(图2中是往左侧前进)。当机构处于颠簸或者路面起伏较大的路况时，仿形地轮4会受到横向阻力，此时平行四边形结构2中的支架杆2-1可以往上运动以消除掉来自横向的阻力，有效改善该装置抗颠簸的性能，使得该装置满足各种复杂的路况行驶，提高了装置的使用寿命。在平行四边形结构2各个杆件相互铰接处还添设法兰轴承2-10，在法兰轴承的孔内采用双头螺栓2-8进行紧固，使得各个杆件间相互转动更加灵活，不会因螺栓固定的松紧程度而影响整个机构的灵活度。由于在该装置的作业过程中，仿形地轮4与支架杆2-1行驶在前方，始终与转动杆2-3相互平行；为了该装置能够稳定的进行作业，需要保证下拉杆与转动杆之间的夹角要小于90°。因此需要调节支架杆2-1下方和转动杆上方铰接处的双头螺栓两端悬挂的两根拉伸弹簧2-5，通过调节弹簧的初始状态以及下拉杆与转动杆的初始角度来决定拉伸弹簧的松紧度；并且利用拉伸弹簧的拉力使得平行四边形机构中的下拉杆2-9与转动杆2-3的夹角小于于90°。此外，在支架杆2-1下方和转动杆2-3上方铰接处的双头螺栓(作为铰接销轴)的两端外侧打孔，用来安装开口销2-6，防止勾挂在此部位的拉伸弹簧脱落。

如图7所示，所述电动漏斗3可根据车速实时控制漏斗的流量，以有效避免因车辆速度过快或过慢导致标识的路径出现缺失或过多流体堆积问题；电动漏斗3包括用来固定电机3-10和漏斗2-1的支架3-4、螺旋绞龙3-2、绞龙支架3-3、分别固定在电机轴顶部与螺旋绞龙的转轴顶部的两个带轮3-6和在两个带轮之间传递动力的齿形带3-7；在进行路径标识时大都采用亮色的粉状物或者颗粒物，但是由于粉状物密度很高且容易形成很强的内聚力,因此经常会堆积在漏斗中不易流出。本实施例中，为了解决上述问题以及使该装置具有更好的普适性，该电动漏斗2中采用螺旋绞龙3-2来解决此问题(螺旋绞龙的转轴通过轴承3-5可转动地定位在蛟龙支撑架3-3上，蛟龙支撑架固定在电机与蛟龙支架3-4上，)。由图8可知：螺旋绞龙的底端位于漏斗3-1的底端，相当于一个控制阀门；螺旋绞龙不转，漏斗内的粉状物或者颗粒物则无法流动。在作业过程中，螺旋绞龙3-2转动后，粉状物或者颗粒物就能够被驱动并从漏斗中输出；可同时结合当前车辆的行驶速度来控制螺旋绞龙的旋转速度，从而实现对流量的控制；本实施例中，电机与蛟龙支架通过第二U型螺栓3-8固定在平行四边形机构的支架杆2-1上。漏斗与地面的间距是路径标识准确的一个重要因素，当距离过大且车速较快时，会出现飘逸甚至缺失；因此该机构采用U型螺栓紧固，拆卸简单，可以根据实际作业路况灵活的调整漏斗与地面的间距，提高标识精度。进行作业时，往往伴随路况颠簸或者车辆的震动，因此电动漏斗2传动采用齿形带3-7和带轮3-6进行传动，能够有效缓解振动和传动不平稳性问题。

此外，仿形地轮上安装有速度传感器(图中显示，速递传感器安装在地轮支架上)，所述控制器与该速度传感器以及电机电连接；控制器通过速度传感器的信号，来调节电机的转速，实现所述流量与车辆速度的相匹配。

本发明利用简单的结构实现多适用性、多功能的装置，加工成本低廉，适用于各种复杂路况及各种标识路径使用的颗粒物或者粉状物，拆卸简便，可实现根据车辆的速度自动调整流量和随路况实时调整漏斗和地面的间距，最大程度满足实验所需，具有很大的市场前景，适合推广应用。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：该机构包括固定于外部车辆底盘前端横梁的固定端(1)、由四个杆件轴线形成一竖直平面且其中的转动杆(2-3)顶端与所述固定端铰接的平行四边形结构(2)、固定于平行四边形结构中支架杆(2-1)底端的仿形地轮(4)以及固定在所述支架杆上的电动漏斗(3)；所述四个杆件包括依序铰接形成封闭图形的转动杆、上拉杆(2-2)、支架杆以及下拉杆(2-8)；

所述平行四边形结构中的一个对角线处还设置拉伸弹簧(2-4)，使得该装置行驶时，能抵消仿形地轮对地面的部分压力，有效减小路面对仿形地轮的横向阻力；

所述转动杆与所述固定端之间还配设有拉簧(1-8)，使得所述转动杆具有绕铰接轴线转动以保持竖直状态的趋势。

2.根据权利要求1所述无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：所述转动杆的铰接轴线垂直于所述平面。

3.根据权利要求2所述无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：所述电动漏斗包括通过电机与蛟龙支架(3-4)固定在支架杆上的电机(3-10)和漏斗(3-1)、通过连接在电机与蛟龙支架上的蛟龙支撑架(3-3)可转动地定位在漏斗中的螺旋绞龙(3-2)以及将电机动力传递于螺旋绞龙的带轮组件。

4.根据权利要求3所述无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：所述平行四边形结构的各个杆件铰接处配设有法兰轴承(2-9)，法兰轴承孔内配有用于固定的双头螺栓。

5.根据权利要求4所述无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：所述固定端包括两个固定板以及将两个固定板夹持固定在所述横梁上的第一U型螺栓(1-4)。

6.根据权利要求5所述无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：所述固定端的底端还固定一支撑板(1-7)，用于限制所述转动杆的转动角度。

7.根据权利要求6所述无人驾驶车辆导航路径轨迹标记装置，其特征在于：仿形地轮上安装有速度传感器(6)，所述固定端还安装有控制器(1-5)，该控制器分别与仿形地轮上的速度传感器以及所述电机电连接，以实现电动漏斗的流量控制。

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