一种应用于水利工程施工的碾压机无人驾驶纵向控制装置的制作方法

本发明属于水利工程自动化施工领域，具体涉及一种应用于水利工程施工的碾压机无人驾驶纵向控制装置。

背景技术：

近年来，随着科学技术的快速发展，无人驾驶技术已成为当前研究的热点。目前对无人驾驶应用场景的研究主要集中在车辆在道路环境下的无人驾驶。然而由于道路条件复杂，且一旦出现故障会对人民财产损失造成重大伤害，目前的道路交通领域的无人驾驶技术仍处于实验阶段，还没有大规模投入使用。在一些其他领域，列入农机的无人驾驶，由于农机的行车环境没有道路那么复杂，且发生故障也不会对人民生命财产造成巨大伤害，因此应用于农机的无人驾驶技术正在蓬勃发展且已有一些研究投入了实际使用。

受此启发，在水利行业中，大型水利工程的相继开工对大坝的施工建设水平提出了更高的要求。传统人工驾驶碾压机容易出现错距不规范、碾压机行车超速、机械利用率不高等无法避免的缺陷。无人驾驶技术用无人驾驶系统替代驾驶员人工操控，可以将碾压机驾驶员从繁重的重复性劳动中解放出来，消除了施工过程中人为因素对大坝施工质量的干扰，有效规范碾压机施工参数，提高施工效率等。而且水利工程施工作业仓面行车区域更为开阔，人流量较少，使得无人驾驶技术在短期内替代人工驾驶碾压机自动作业成为可能。然而国外目前还没有对水利工程施工中的碾压机无人驾驶技术的相关研究，国内对于碾压机无人驾驶技术的研究也刚刚起步。当前的研究只是针对于单仓面的实验性研究，没有考虑施工过程连续性的特点，很多仍处于科研试验阶段，目前还没有针对于水利工程施工的应用级成熟无人驾驶筑坝技术。

在碾压机无人驾驶所涉及的关键技术中，无人驾驶碾压机的横向、纵向控制是无人驾驶技术的核心问题之一，横向、纵向控制的水平决定了碾压机是否能够按照设计的路径进行，直接关系到无人驾驶碾压机的施工质量作业水平。然而由于大坝施工建设中的无人驾驶技术仍在起步阶段，还没有成熟的解决方案来实现对无人碾压机的横向、纵向精确控制。

纵向控制主要包括对碾压机的停车控制，前进控制，后退控制和碾压机的车速控制。目前应用于汽车无人驾驶的纵向控制方法主要包括两类，第一类是通过在汽车上加装设备来模拟人在驾驶过程中的操控，来实现对车辆的纵向控制。例如在油门踏板上安装液压杆来模拟人对油门的踩踏。由此来控制车速；另一类是通过线控的手段，直接控制发动机转速等来实现对车辆的纵向控制。在水利工程施工中碾压机振动强烈，对机载设备的稳定性提出了更高的要求，线控的手段虽然速度快但是该方法需要对碾压机的电子线路进行改装，极大的破坏了碾压机原结构的稳定性。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种应用于水利工程施工的碾压机无人驾驶纵向控制装置，提高水利工程中碾压机无人驾驶系统稳定性，能实现人工驾驶和无人驾驶相切换。

为解决本发明提出的技术问题，本发明提出技术方案为：一种应用于水利工程施工的碾压机无人驾驶纵向控制装置，与碾压机档杆连接，所述档杆的两侧设置有活动拨片，所述活动拨片铰接连杆，所述连杆焊接于齿轮b，所述齿轮b啮合齿轮a，所述齿轮a中轴与电机焊接，所述齿轮b中轴上设置有转角传感器，所述转角传感器以信号线连接pid控制器，所述pid控制器调节控制所述电机运转。

所述活动拨片卡接于所述档杆上。

所述齿轮b和所述齿轮a的齿轮比为1:1。

该装置卡接在碾压机档杆上，通过各部件的协调运转，实现对无人碾压机的停车、前进、后退及车速的精确控制。

活动拨片铰接在连杆上，活动拨片有拨开和闭合两种状态，当活动拨片处于拨开状态时，档杆处于自由不受控状态。纵向控制装置的任何操作都不会对碾压机的运行产生影响。当活动拨片处于闭合状态时，活动拨片卡接在档杆上，此时档杆和连杆同步运动，此时纵向控制装置就可以控制档杆的旋转，从而控制碾压机的运行。连杆与齿轮b焊接在一起，齿轮b中孔通过滑动轴承与中轴相连，齿轮b的运动将带动连杆的旋转。齿轮a与齿轮b相啮合。齿轮a中轴与电机轴焊接。转角传感器布置于齿轮b中轴上，用来感知齿轮b的转动角度。pid控制器用来接收转角传感器的的转角数据，pid控制器中通过内嵌pid控制算法，来实现通过比较档杆当前转角与接收到的指令的目标转角之间的差值，通过pid算法输出精确电流控制电机旋转，从而使得档杆旋转到指定档位，实现对碾压机无人驾驶运行期间的纵向控制。

有益效果

(1)该装置针对水利工程施工中所使用碾压机的档位特点，能实现碾压机的纵向精确控制，包括停车，前进，后退和车速控制。

(2)通过模拟人的操作的方法对碾压机进行纵向控制，不通过线控直接控制碾压机发动机等，且装置构造简单，使得该装置具有很好的稳定性。

(3)该装置在实现对碾压机无人驾驶作业时根据所接受指令进行碾压机的纵向控制的同时还充分考虑了水利工程施工中，碾压机振动大，无人驾驶成套设备在运行期难免出现故障的情况。为了使得碾压机无人控制装置在出现故障时能够人工驾驶碾压机驶入维修厂或为了不影响施工进度人工驾驶碾压机作业，所提出的碾压机无人驾驶纵向控制装置能够进行方便的无人驾驶和人工驾驶模式的方便切换。

附图说明

图1为碾压机无人驾驶纵向控制装置示意图。

图2为碾压机无人驾驶纵向控制装置示意图：

(a)、拨开：档杆自由不受控状态；

(b)、闭合：工作状态图。

附图标记：1-档杆，2-活动拨片，3-连杆，4-齿轮a，5-电机，6-齿轮b，7-转角传感器，8-pid控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施样例详细说明本发明的实施方式。

如图1、图2所示，一种用于水利工程施工的碾压机无人驾驶纵向控制装置，与碾压机档杆1连接，该装置由活动拨片2、连杆3、齿轮a4、电机5、齿轮b6、转角传感器7及pid控制器8组成，所述档杆1的两侧设置有活动拨片2，所述活动拨片2铰接连杆3，所述连杆3焊接于齿轮b6，所述齿轮b6啮合齿轮a4，所述齿轮a4中轴与电机5焊接，所述齿轮b6中轴上设置有转角传感器7，所述转角传感器7以信号线连接pid控制器8，所述pid控制器8调节控制所述电机5运转通过各部件的协调运转，实现对无人碾压机的停车、前进、后退及车速的精确控制。

活动拨片2铰接在连杆3上，活动拨片2有两种位置模式：

如图2(b)所示，当活动拨片2处于拨开时，档杆1处于自由不受控状态。纵向控制装置的任何操作都不会对碾压机的运行产生影响。

如图2(a)所示，当活动拨片2处于闭合时，活动拨片2卡接在档杆1上，此时档杆1和连杆3同步运动，此时纵向控制装置就可以控制档杆1的旋转，从而控制碾压机的运行。连杆3与齿轮b6焊接在一起，齿轮b6中孔通过滑动轴承与中轴相连，齿轮b6的运动将带动连杆3的旋转。齿轮a4与齿轮b6相啮合。齿轮a4中轴与电机5中心轴焊接。转角传感器7布置于齿轮b6中轴上，用来感知齿轮b6的转动角度。pid控制器8用来接收转角传感器7的的转角数据，pid控制器8中通过内嵌pid控制算法，来实现通过比较档杆1当前转角与接收到的指令的目标转角之间的插值，通过pid算法输出精确电流控制电机5旋转，从而使得档杆1旋转到指定档位，实现对碾压机无人驾驶运行期间的纵向控制，其工作的具体流程为：

碾压机无人驾驶纵向控制装置工作的具体流程为：

1、将活动拨片卡接于档杆，置于闭合状态；

2、向pid控制器输入档位指令；

3、pid控制器接收转角传感器数据并与目标档位角度值输入pid控制算法；

4、pid控制算法输出电流数值，pid控制器精确输出电流控制电机旋转；

5、电机旋转带动齿轮a旋转；

6、齿轮a旋转带动齿轮b旋转；

7、齿轮b旋转带动连杆旋转；

8、连杆带动活动拨片，从而带动档杆旋转；

9、重复上述上述3至8步，当档杆转角与目标档位的角度相匹配时，退出循环。

该装置在实现对碾压机无人驾驶作业时根据所接受指令进行碾压机的纵向控制的同时还充分考虑了水利工程施工中，碾压机振动大，无人驾驶成套设备在运行期难免出现故障的情况。为了使得碾压机无人控制装置在出现故障时能够人工驾驶碾压机驶入维修厂或为了不影响施工进度人工驾驶碾压机作业，所提出的碾压机无人驾驶纵向控制装置能够进行方便的无人驾驶和人工驾驶模式的方便切换。在无人驾驶时，只需要通过将活动拨片调置拨开位置，如图2(b)，就可以使得碾压机不再受纵向控制装置操控，完全将碾压机操作权交给碾压机驾驶员。该装置还考虑了人工驾驶切换自动驾驶的需求。具体步骤为，人工首先将档杆拨置停车位，之后对纵向控制器发出复位指令，纵向控制器连杆也复位到停车位，碾压机驾驶员人工将活动拨片拨置位置闭合状态之后，如图2(a)所示，给纵向控制器发出自动控制指令，即可实现人工驾驶和无人驾驶纵向控制模式的切换。