1引言

公路劃線機是用來在高等級公路及城市道路上劃各種路面標(biāo)線的專用機械。在道路的養(yǎng)護過程中也用于在舊標(biāo)線上劃新標(biāo)線［1］。目前劃線機種類很多，它們分別應(yīng)用于不同的場合，但其共同的特點都是先通過人工標(biāo)線，然后進行機械噴涂。人工標(biāo)線工作量大，且工作進度較慢，精度較差。針對這種現(xiàn)象本文介紹了公路劃線機劃線導(dǎo)向機器人，專門用于提供劃線機較準(zhǔn)確的路線，減輕了人工標(biāo)線的工作量，提高了劃線的準(zhǔn)確度。

2劃線導(dǎo)向機器人概述

劃線導(dǎo)向機器人的系統(tǒng)基本組成：導(dǎo)向控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動履帶行走系統(tǒng)和涂料噴涂系統(tǒng)。本文劃線導(dǎo)向機器人主要用于公路中線的劃線導(dǎo)向，機器人兩端安裝有超聲波測距模塊，分別測量公路兩邊的公路沿到機器人的距離，通過西門子S7-200PLC軟件程序的處理后得出的信號來驅(qū)動直流電機的運動，使機器人快速地往中線上靠近，進而在中線上行進。當(dāng)行進穩(wěn)定后，涂料噴涂系統(tǒng)中的噴槍開始對地面噴灑涂料，給劃線機提供較準(zhǔn)確的標(biāo)線。機器人控制示意圖如圖1所示。

圖1機器人控制示意圖Fig.1 The diagram of control

3導(dǎo)向控制系統(tǒng)

導(dǎo)向控制系統(tǒng)基本組成：超聲波測距模塊和PLC控制單元。

超聲波測距模塊一般包括硬件部分和軟件部分，硬件部分包括控制單元、超聲波傳感器、發(fā)射和接收電路等；軟件部分即是固定在控制單元中的程序。目前市場上出現(xiàn)的超聲波測距儀，可以稍加以改進，也可以滿足本文要求。目前的超聲波測距儀檢測距離可達(dá)到10m左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足本文的要求。

本機器人左右兩端分別對稱安裝一個超聲波測距模塊，左右兩個傳感器同時向兩邊發(fā)射超聲波，通過比較左右傳感器發(fā)射接收的時間差值來判斷機器人是右偏還是左偏，進而控制驅(qū)動輪直流電機的運動，從而是機器人在公路的中線上行進。PLC控制單元在接收到兩邊超聲波測距模塊傳送的數(shù)據(jù)后，將兩組數(shù)據(jù)進行比較。如果右邊的數(shù)據(jù)較小，發(fā)出的超聲波在右邊返回的用時較短，則機器人偏向中線的右邊，那么右驅(qū)動輪比左驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速快，如此不斷的調(diào)整，最后機器人位于公路中線上。穩(wěn)定后，控制單元將此時的超聲波傳回的數(shù)據(jù)儲存在存儲區(qū)中，以后機器人的驅(qū)動輪速度就以此時的速度勻速行進，靠傳感器實時傳回的數(shù)據(jù)進行調(diào)整。調(diào)整范圍限制在一定的值域內(nèi)，超過該值域時，電機才轉(zhuǎn)動開始調(diào)整機器人與中線的距離，使其盡快在中線上行進。

PLC控制單元軟件包括：主程序、讀超聲波測距模塊數(shù)據(jù)子程序和電機調(diào)整子程序。其程序流程圖如圖2所示。

圖2程序流程圖Fig.2 The chart of program flow

4電機驅(qū)動履帶行走系統(tǒng)

機器人的移動方式有輪式、步行式和履帶式。步行式結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜且移動緩慢，但步行機器人可以適應(yīng)條件較差的路面。輪式結(jié)構(gòu)機動性強，但卻只適用于平坦的地形。而履帶式結(jié)構(gòu)具有運動平穩(wěn)、爬坡能力強、不易傾倒等特點；克服了輪式移動機構(gòu)越障能力、跨溝能力差及打滑等缺點［2-3］。

本文提出的劃線導(dǎo)向機器人應(yīng)用于路況較好的公路，但考慮到本機器人是找尋公路的中線行走，輪式結(jié)構(gòu)雖然機動性較好，但其在路面適應(yīng)能力上遠(yuǎn)不如履帶式移動方式。結(jié)合各種情況本機器人采用兩節(jié)并行履帶連接方式，其移動方式類似坦克的行走機構(gòu)。兩邊的履帶安裝在前后輪上，后輪由直流電機驅(qū)動，通過履帶帶動前輪一起轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。用履帶式結(jié)構(gòu)機器人不僅可以直行，而且可以利用履帶的差動實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。該結(jié)構(gòu)簡單，不需要差動器，轉(zhuǎn)向機構(gòu)等?？刂品奖?，轉(zhuǎn)彎半徑小，電機既可以提供前進動力，也可以提供轉(zhuǎn)向動力［3］。

驅(qū)動輪直流電機選擇帶減速器的直流電機，電壓為24V.蓄電池的電壓為24V，包括工作蓄電池和備用蓄電池。工作蓄電池不僅給直流電機供電，還給控制單元供電。備用電池用于工作蓄電池?fù)p壞或突然無電的情況下。