自走式交通標(biāo)線劃線車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅健　王玉勤　丁澤文　劉帥　鄭世民

摘 要：為進(jìn)一步提高交通標(biāo)線劃線的工作效率，促進(jìn)劃線技術(shù)的規(guī)?；?、規(guī)范化和智能化，本文在結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有劃線技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種自走式交通標(biāo)線劃線車。該劃線車依靠成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動化技術(shù)，可以在較短時(shí)間內(nèi)高效完成交通標(biāo)線劃線任務(wù)，從而降低人力、物力成本。

關(guān)鍵詞：自走式;交通標(biāo)線;劃線車

中圖分類號：U469.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0105-03

Structural Design of Self-propelled Traffic Marking Vehicle

LUO Jian WANG Yuqin DING Zewen LIU Shuai ZHENG Shimin

（School of Mechanical Engineering of Chaohu University，Chaohu Anhui 238000）

Abstract： In order to further improve the work efficiency of traffic marking， and promote the scale， standardization and intelligence of scribing technology， based on the existing scribing techniques at home and abroad， this paper designed a self-propelled traffic marking line. The scribing car relies on mature Internet technology and automation technology to efficiently complete the traffic marking line task in a short period of time， thereby reducing labor and material costs.

Keywords： self-propelled;traffic marking;marking vehicle

近年來，隨著汽車在國內(nèi)的大范圍普及，城市化進(jìn)程不斷加快。為規(guī)范車輛的行駛規(guī)則，各地區(qū)在興建或維護(hù)道路時(shí)對交通標(biāo)線的設(shè)置需求也不斷增加。作為交通規(guī)則在路面行駛中的反映，交通標(biāo)線與交通規(guī)則的一系列具體規(guī)定掛鉤，嚴(yán)格按照正確的標(biāo)志線指示進(jìn)行道路行車，是駕駛員遵守交通規(guī)則的最基本要求，同時(shí)也是保障交通安全的重要保障[1]。目前，道路劃線工程仍以手推式或車載式為主，這些劃線裝置雖在一定程度上減輕了施工人員的施工壓力，提高了效率與精度，但仍有不少的改進(jìn)空間。本著規(guī)范化、精準(zhǔn)化和經(jīng)濟(jì)化的原則，本文設(shè)計(jì)了一種自走式交通標(biāo)線劃線車，下面圍繞自走式交通標(biāo)線的中控部分、涂料部分、噴涂部分以及行進(jìn)部分四個(gè)方面，詳細(xì)介紹劃線車結(jié)構(gòu)。

1 自走式交通標(biāo)線劃線車結(jié)構(gòu)簡介

自走式交通標(biāo)線劃線車主要由中控部分、涂料部分、噴涂部分以及行進(jìn)部分組成，四大部分通過劃線車底盤連接，具體情況如圖1所示。中控部分由電源、旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及信號處理器組成，主要負(fù)責(zé)整個(gè)裝置的信號處理及能源供給;涂料部分是完成涂料的加熱、攪拌等預(yù)處理過程;噴涂部分則是通過泵機(jī)、氣缸等部件配合完成噴涂任務(wù);移動部分是通過齒輪鏈條機(jī)構(gòu)的配合實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的移動和轉(zhuǎn)向功能。

2 自走式交通標(biāo)線劃線車工作原理

自走式交通標(biāo)線劃線車的設(shè)計(jì)主要是為了更規(guī)范、精準(zhǔn)和高效地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的交通標(biāo)線劃線任務(wù)，采用互聯(lián)網(wǎng)控制和人工智能規(guī)劃。當(dāng)劃線車開始作業(yè)時(shí)，施工人員將收集到的道路基本信息輸入終端設(shè)備，系統(tǒng)與其內(nèi)部的國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（道路交通標(biāo)志和標(biāo)線）對比并生成相應(yīng)的道路標(biāo)線預(yù)覽圖，施工人員再根據(jù)實(shí)際路況確定最終施工方案。劃線車在接收信息后隨即開始作業(yè)，整個(gè)過程高效、精準(zhǔn)、簡便。

3 中控部分

中控部分是整個(gè)裝置的控制核心，其由中控箱和其內(nèi)部的蓄電池、變壓器、信號處理器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)共同構(gòu)成。中控箱側(cè)邊設(shè)有充電口，便于快速為內(nèi)部蓄電池充電，同時(shí)箱兩側(cè)均設(shè)有通風(fēng)口，為箱內(nèi)的設(shè)備提供散熱;箱內(nèi)則設(shè)有多塊隔板，便于內(nèi)部零部件的分塊及裝卸;箱后側(cè)通過兩管與后方涂料桶相連接，用于信號的傳遞;箱下側(cè)則為旋轉(zhuǎn)電機(jī)和鏈條的配合提供縱深空間。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 涂料部分

涂料部分是涂料噴涂前進(jìn)行預(yù)處理的地方，其主要由涂料桶和其內(nèi)部的加熱管、攪拌器、排水裝置及各類傳感器組成，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。其加熱管分為三級加熱，逐級增加一個(gè)加熱管加熱，加熱管下端為螺旋狀，這使其能以更大的接觸面積去加熱涂料;其攪拌器的葉片安裝角被設(shè)為45°，且攪拌臂與攪拌葉片處于同一平面[2]，這使得涂料攪拌效率與品質(zhì)均能達(dá)到最大化。旋轉(zhuǎn)軸則是通過中控箱內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動齒輪鏈條機(jī)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。涂料桶側(cè)壁處分別設(shè)有溫度傳感器、限位傳感器，各傳感器與報(bào)警器、中控箱內(nèi)信號處理器相連，使得施工人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到涂料桶內(nèi)各部分?jǐn)?shù)據(jù)。

5 噴涂部分

噴涂部分是通過涂料泵、汽泵、氣缸、伸縮桿及噴射器的相互配合共同完成噴涂命令，其具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。當(dāng)執(zhí)行噴涂命令時(shí)，旋轉(zhuǎn)底盤與伸縮桿隨即開始運(yùn)動，橫向及縱向的伸縮桿在氣缸的帶動下伸展開來，噴射頭隨之抵達(dá)最佳噴射位置。此時(shí)，涂料泵開始運(yùn)行，涂料在泵機(jī)的帶動下通過軟管源源不斷地輸送至噴射器處，在噴射器入口端，涂料軟管在四通接頭的作用下分為三個(gè)管道，分別輸送至噴射器的三個(gè)入口端。

我國在道路標(biāo)線上具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對于可跨越同向車行道分界線，線寬一般為100mm或150mm，而在高速公路上，邊實(shí)線線寬為200mm，中間虛線線寬為150mm[3]。為了更好地適應(yīng)不同道路環(huán)境的噴涂線寬要求，其噴射器的噴射槽被設(shè)計(jì)為一種可調(diào)節(jié)線寬的機(jī)構(gòu)。其噴射槽主要由三大噴射區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均與上方的涂料軟管一一對應(yīng)，每根軟管上也相應(yīng)地裝有電磁閥，當(dāng)確定噴涂線寬后，相應(yīng)軟管上的電磁閥打開，涂料進(jìn)入噴頭，開始進(jìn)行噴涂任務(wù)。

6 行進(jìn)部分

行進(jìn)部分設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)自走式交通標(biāo)線劃線車行進(jìn)過程中的自動化與智能化，其主要由行進(jìn)輪、伺服電機(jī)、齒輪、鏈條和對頂螺母等零件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。行進(jìn)輪的側(cè)邊設(shè)有帶動其轉(zhuǎn)動的伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的前后定向移動。行進(jìn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn)，是通過側(cè)邊的轉(zhuǎn)向電機(jī)工作，帶動下方齒輪轉(zhuǎn)動。鏈條與齒輪之間嚙合，齒輪和鏈條的轉(zhuǎn)動使得下方的行進(jìn)輪發(fā)生偏移，以此實(shí)現(xiàn)行進(jìn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向功能。對頂螺母、撐塊、張緊齒輪共同組成行進(jìn)機(jī)構(gòu)的張緊裝置，調(diào)節(jié)對頂螺母使螺栓向里運(yùn)動，同時(shí)撐塊與張緊齒輪上下連接，張緊齒輪也會向里移動，以此調(diào)節(jié)鏈條并保持張緊狀態(tài)。此設(shè)計(jì)用于保證鏈條始終保持張緊狀態(tài)，減少鏈條和齒輪摩擦致使鏈條松弛的問題。

為了保證移動過程路線的準(zhǔn)確性，其安裝有基準(zhǔn)檢測器，基準(zhǔn)檢測器的CMOS圖像傳感器模擬提取N個(gè)像素點(diǎn)，然后將道路圖像二值化后落在直線上灰度值為1的點(diǎn)的大量特征提取出來[4]。先以圖像首行和尾行的坐標(biāo)確定直線，然后統(tǒng)計(jì)其離直線水平距離小于特定值的亮點(diǎn)（灰度值為1的點(diǎn)）個(gè)數(shù)，亮點(diǎn)個(gè)數(shù)最多的直線就是所要提取基準(zhǔn)線的所在直線，該直線斜率[k=Ni-j]，從而得出偏轉(zhuǎn)角度[α=arctan1k]。

7 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的自走式交通標(biāo)線劃線車主要包括中控部分、涂料部分、噴涂部分以及行進(jìn)部分，可以快速完成交通標(biāo)線劃線工作。劃線車結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)控制和人工智能技術(shù)，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)劃線方案，提高了劃線的精確性和高效性。所設(shè)計(jì)的劃線車將有效解決大規(guī)模的交通標(biāo)線劃線工程問題，提高劃線的工作效率，降低人力、物力成本，為智慧城市的建設(shè)提供了技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張志剛.新舊《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》的對比分析與建議[J].人類工效學(xué)，2000（4）：60-64.

[4]苑瑋琦，王慧利.道路劃線車基準(zhǔn)線檢測方法與檢測裝置的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2008（8）：101-103.