摘 要

新时代，我国经济发展迅速，人民对美好生活的需求日益增长，对城市环境的要求越来越高。电动扫路车是城市环境美化的重要工具，具有低速稳定性好、能量转换率高、操作方便、环境友好等特点，是路面清洁、美化环境的首选。本文设计的是电动扫路车清扫吸盘的主动避撞系统，当扫路车工作路段前方有障碍物时，可通过机器视觉进行目标检测并获取其深度信息，结合扫路车车速计算出碰撞时间，清扫吸盘液压执行机构根据计算出的碰撞时间大小控制吸盘的伸出和收缩，实现主动避撞。实验结果表明，Faster R-CNN能够准确快速地进行目标检测，双目测距法可以有效的测量出目标的深度信息，扫路车清扫洗盘可达到实时检测、主动避撞的要求。

关键词：电动扫路车，目标检测，双目测距，液压执行机构，主动避撞

Abstract

In the new era, China's economy has been developing rapidly. People's needs for a better life have been growing and the demands on the urban environment have become increasingly high. Electric sweeping vehicle is an important tool to beautify the city environment with the characteristics of low speed stability, high energy conversion rate, easy operation and environment friendly, which is the first choice for cleaning the road surface and beautifying the environment. In this paper, the active collision avoidance system is designed for the cleaning suckers of electric sweeping vehicle. When there is an obstacle in the road ahead of the road sweeper, we can detect the target and obtain the depth information by machine vision. Combined with the speed of the sweep vehicle, the collision time can be calculated. The hydraulic actuator of the cleaning suckers can control the protrusion and contraction of the suckers according to the calculated collision time and realizes active collision avoidance. The experiment result shows that Faster R-CNN can detect the targets accurately and rapidly, binocular distance measurement method can effectively measure the targets depth information, the cleaning suckers of electric sweeping vehicle can meet the requirements of real-time detection and active collision avoidance.

Key words: electric sweeping vehicle, target detection, binocular distance measurement, hydraulic actuator, active collision avoidance

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外现状 1

1.3研究意义 2

1.4本文的主要研究内容 2

第2章 Faster R-CNN目标检测框架 4

2.1深度学习和卷积神经网络 4

2.2 R-CNN系列目标检测框架的演进 4

2.2.1 R-CNN目标检测框架 4

2.2.2 SPP-Net目标检测框架 5

2.2.3 Fast R-CNN目标检测框架 6

2.3 Faster R-CNN原理概述 7

2.3.1区域建议网络RPN 7

2.3.2 Faster R-CNN目标检测框架 8

2.3.3非极大值抑制NMS 9

2.4 Faster R-CNN实验结果分析 9

第3章 基于OpenCV与Matlab的双目测距 10

3.1双目测距原理与流程 10

3.1.1双目测距原理 10

3.1.2 双目测距原理 10

3.2双目相机的标定与立体校正 11

3.3立体匹配 12

3.4 双目测距实验结果分析 12

第4章 扫路车吸盘液压执行机构设计、计算 14

4.1液压缸种类的选取 14

4.2液压缸的结构选取 14

4.2.1缸体组件 15

4.2.2活塞组件 16

4.2.3密封装置 17

4.2.4排气装置 17

4.3主液压缸的设计与计算 18

4.3.1缸筒的设计与校核 18

4.3.2活塞组件的设计与校核 19

4.4副液压缸的设计与计算 21

第5章 总结与展望 23

5.1总结 23

5.2展望 23

致谢 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1研究背景

随着我国经济的发展，我国主要矛盾发生变化，人们对美好生活的需求日益增长，对城市环境提出了更高的要求，仅仅依靠人工清理已不能再满足大中型城市对现代化环境卫生工作发展的要求。因此，为了响应社会需求，提高城市道路清扫机械化作业程度，各环卫部门与专用汽车公司推出了一大批各具特色的扫路车^[1]。同时，随着第四次工业革命——绿色工业革命的爆发，首要目的就是要实现碳排放的“脱钩”，尽量减少化石资源在经济发展中所占的比重。

新能源汽车具有低污染、低排放等特点，是未来汽车发展的方向^[2]。随着电动汽车技术的发展进步，电动技术越来越受到专用汽车公司的重视，并逐渐发展成为一个新的研究方向。扫路车作为美化城市环境的工具，在发展新能源汽车技术的同时，也应积极推动节能环保型扫路车的发展^[3]，以满足时代发展的需求。

电动扫路车具有低速稳定性好、能量转换率高、操作方便、环境友好等特点，是路面清洁、美化环境的首选^[4]。扫路车清扫吸盘是影响扫路车清扫功能的关键部件，也是扫路车工作时的主要损耗件，通常在连续一段时间后就须更换^[5]。优化扫路车清扫吸盘的工作环境，减少碰撞磨损，提高其使用寿命和经济效益，具有很好的研究前景。

1.2国内外现状

从19世纪末开始，国外已开始研制扫路车，并拥有相关专利，到20世纪20年代扫路车已经在国外市场上销售且随着科技的进步不断发展^[6]。传统的机械传动式扫路车工作时，盘刷伸出车外，扩大了清扫面积，使扫路车能更好地清除路牙边的垃圾和和颗粒^[7~8]。但是，盘刷的触地压力在进行清扫作业时很难保持一致，且如果工作路段有障碍物时会直接碰撞，工作环境恶劣，极大的增加了盘刷的耗损。