CN111395405A - 自适应井盖口定位标注提示装置及其方法 - Google Patents

自适应井盖口定位标注提示装置及其方法 Download PDF

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Abstract

自适应井盖口定位标注提示装置包括：步进电机，转盘，牵引绳，第一滚轮，第二滚轮，压力传感器，第三滚轮，第四滚轮，中空扇形外壳，滑块，气囊，主控单元，驱动单元，步进电机，角度传感器，编码器。由于井盖口的半径R是已知确定的，在不同的积水深度H和水速V的情况下，装置首先通过步进电机放出足够长的牵引绳，然后再通过步进电机回拉牵引绳，在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B逐渐增大，当满足条件：L*cos(B)=R时步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置，通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置，对下水道井盖口的定位标注提示更加精准。以此对路过的行人和车辆进行更精确的安全提示，保障行人以及车辆的安全。本发明同时提出了一种自适应井盖口定位标注提示方法。

Description

自适应井盖口定位标注提示装置及其方法
技术领域
本发明涉及井盖安全防护技术领域，具体涉及一种自适应井盖口定位标注提示装置及其方法。
背景技术
在暴雨时节，由于城市排水***的排水能力不足，同时在城市中不同的地段之间存在一定的地势差，当暴雨将下水道灌满之后，处于地势低洼的下水道井盖就会因水压过大而发生井喷现象，下水道井盖被顶起翻开，翻开的同时地面上的水流会将井盖冲离原来的位置。
有时为了减轻路面的积水给交通带来的阻碍，维护人员会将下水道井盖打开以此使路面的积水快速流入下水道。
由于积水有一定的深度同时路面的积水比较浑浊，人们不易察觉到路面的井盖是否被雨水冲离了原来的位置，因此，失去井盖的下水道井盖口对人们的生命安全造成了巨大的威胁。
由于下暴雨，当下水道井盖被水冲走后，安放在下水道井盖口位置处的装置自动检测下水道井盖是否被水冲走，如果装置检测到井盖被水冲走，装置自动弹出气囊对下水道井盖口的位置进行定位标注提示，安放在下水道井盖口位置处的牵引绳牵拉着气囊漂浮在下水道井盖口的上方，以此对路过的行人和车辆进行安全提示：此处区域的井盖被水冲走，请勿靠近！以此保障行人以及车辆的安全。
漂浮在下水道井盖口上方的气囊可以对路过的行人和车辆进行一定的安全提示，但是存在一些技术缺陷和问题。
例如，当路面积水比较浅，牵拉气囊的牵引绳比较长时，漂浮在水面的气囊被路面流水带到了偏离下水道井盖口轴心更远的位置，气囊对下水道井盖口的定位误差比较大。
当路面积水比较深，牵拉气囊的牵引绳比较短时，气囊被牵引绳牵拉着浸没在积水中而不能浮出水面，路过的行人和车辆无法看清井盖上方的气囊，就不能对路过的行人和车辆进行安全提示。
同时考虑到漂浮在下水道井盖口上方的气囊对井盖口定位的精度受到积水的深度、路面水流速度、牵引绳长度的影响。
当提醒装置的牵引绳长度固定时，同时当下水道井盖被冲走，在不同的积水深度和路面水流速度，气囊对下水道井盖口定位精度关系如下。
当城市道路积水，积水深度一定时，道路表面水流速度越慢，气囊相对下水道井盖口轴心位置处的偏移量越小，气囊对下水道井盖口的定位越准确。
当城市道路积水，积水深度一定时，道路表面水流速度越快，气囊相对下水道井盖口轴心位置处的偏移量越大，气囊对下水道井盖口的定位越不准确。
当城市道路积水，道路表面水流速度一定时，积水深度越深，气囊相对下水道井盖口轴心位置处的偏移量越小，气囊对下水道井盖口的定位越准确。
当城市道路积水，道路表面水流速度一定时，积水深度越浅，气囊相对下水道井盖口轴心位置处的偏移量越大，气囊对下水道井盖口的定位越不准确。
因此，如果井盖被水冲走，装置只是简单的自动弹出一个气囊对下水道井盖口的位置进行定位标注提示，这种对井盖口进行定位标注提示的方式并不精确，存在很大的误差。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明要解决的一个技术问题是：当下水道井盖被水冲走之后，通过提示装置对下水道井盖口的位置进行更精准的定位标注提示。
要解决的另一个技术问题是：当积水的深度发生变化时，提示装置能够根据当前水位的深度变化自动调整牵引绳的长度以此调整气囊在下水道井盖口上方的位置，使气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置。
本发明是通过采用以下技术方案实现的： 按此目的设计的自适应井盖口定位标注提示装置包括：步进电机，转盘，牵引绳，第一滚轮，第二滚轮，压力传感器，第三滚轮，第四滚轮，中空扇形外壳，滑块，气囊，主控单元，驱动单元，步进电机，角度传感器，编码器。由于井盖口的半径R是已知确定的，在不同的积水深度H和水速V的情况下，装置首先通过步进电机放出足够长的牵引绳，然后再通过步进电机回拉牵引绳，在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B逐渐增大，当满足条件：L*cos(B)=R 时步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置，通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置，对下水道井盖口的定位标注提示更加精准。以此对路过的行人和车辆进行更精确的安全提示，保障行人以及车辆的安全。
转盘由上圆面、下圆面和一个圆柱体组成，圆柱体的上底面和下底面分别与上圆面和下圆面的中心位置相连，上圆面和下圆面的圆面半径比圆柱体的底面半径大。转盘的底面有一个圆柱形凹槽，转盘底面的圆柱形凹槽与步进电机的转轴固定连接，转盘跟随步进电机的转动而转动。
牵引绳的一端缠绕在转盘上面，牵引绳的另一端与气囊固定连接。牵引绳先后穿过第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮、第四滚轮、中空扇形外壳和滑块将转盘和气囊连接在一起。
主控单元通过驱动单元控制步进电机正转和倒转进而对缠绕在转盘上面的牵引绳的收放进行控制。
第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮为侧面中心位置带有凹槽的圆柱筒，第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮固定在圆柱转轴上面，当牵引绳移动时，牵引绳带动第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮转动。
第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮侧面中心位置处的凹槽可以将牵引绳很好的束缚在滚轮上面，使牵引绳在移动的过程中不易从滚轮上面脱出。
第一滚轮的内部安装有一个编码器，第一滚轮内部的编码器用来对拉出的牵引绳的长度进行计算。牵引绳被气囊拉出的过程中，第一滚轮跟随牵引绳的移动而转动，位于第一滚轮内部的编码器跟随第一滚轮的转动而转动，编码器输出的编码值随着第一滚轮的转动而变化。因此通过主控单元对编码器输出的编码值进行实时的记录和处理得到牵引绳被拉出来的长度。
第二滚轮的侧面安装有压力传感器，在向外放出牵引绳的过程中，第二滚轮侧面的压力传感器对牵引绳施加在第二滚轮上面的压力进行检测。
在向外放出牵引绳的过程中，当主控单元通过第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力大于预设的压力值时，说明牵引绳处于绷紧状态，此时主控单元继续通过驱动单元控制步进电机转动向外放出牵引绳；当主控单元通过第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力不大于预设的压力值时，说明牵引绳处于疏松状态，此时主控单元通过驱动单元控制步进电机停止转动不再向外放出牵引绳。
中空扇形外壳为中空的扇形体，中空扇形外壳的上底面和下底面为扇面，中空扇形外壳侧面中的弧面开口。中空扇形外壳上底面和下底面分别有一个弧形滑道，中空扇形外壳上底面和下底面的弧形滑道相互对称。
滑块由三部分组成，从上而下分别为上圆柱，长方体块和下圆柱。长方体块的上底面与上圆柱的下底面固定连接，长方体的下底面与下圆柱的上底面固定连接，上圆柱和下圆柱的的轴位于同一条直线上面；有一个圆柱形孔洞贯穿长方体的正面和背面，牵引绳穿过滑块上面的圆柱形孔洞。
角度传感器固定在滑块的上圆柱内部，角度传感器用来检测牵引绳相对水平面偏转的角度。当牵引绳长度变化时，牵引绳带动滑块在中空扇形外壳的弧形滑道上面滑动，主控单元通过角度传感器实时获得牵引绳相对水平面偏转的角度。
滑块卡在中空扇形外壳上底面和下底面的弧形滑道之间并且可以沿着弧形滑道左右移动。
角度传感器作为输入设备与主控单元相连，驱动单元与主控单元和步进电机相连，驱动单元用来对步进电机进行驱动。
装配步骤如下。
首先，将牵引绳的一端缠绕在转盘上面，然后将牵引绳先后穿过第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮、第四滚轮、中空扇形外壳和滑块将转盘和气囊连接在一起。
自适应井盖口定位标注提示方法如下。
本发明通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置。
由于井盖口的半径R是已知确定的，在不同的积水深度H和水速V的情况下，装置首先通过步进电机放出足够长的牵引绳，然后再通过步进电机回拉牵引绳，在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B逐渐增大，当满足条件：L*cos(B)=R 时步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置，通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置，对下水道井盖口的定位标注提示更加精准。以此对路过的行人和车辆进行更精确的安全提示，保障行人以及车辆的安全。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明根据水位深度自动调整牵引绳长度的示意图。
图3为本发明的***框图。
图1中1为步进电机，2为转盘，3为牵引绳，4为第一滚轮，5为第二滚轮，6为压力传感器，7为第三滚轮，8为第四滚轮，9为中空扇形外壳，10为滑块，11为气囊。
图1中R为下水道井盖口的半径，B为牵引绳相对水平面之间的夹角，H为积水深度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐述。
第一实施例。
当路面积水时，路面的水流方向是确定的，水流从地势比较高的位置流向地势比较低的位置。
本发明通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置。
控制方法如下。
如图1， 由于井盖口的半径R是已知确定的，在不同的积水深度H和水速V的情况下，装置首先通过步进电机放出足够长的牵引绳，然后再通过步进电机回拉牵引绳，在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B逐渐增大，当满足条件：L*cos(B)=R 时步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊的投影位于下水道井盖口的圆心位置，即气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置，通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置，对下水道井盖口的定位标注提示更加精准。以此对路过的行人和车辆进行更精确的安全提示，保障行人以及车辆的安全。
第二实施例。
如图1，主控单元首先通过驱动单元控制步进电机反转放出足够长的牵引绳，然后主控单元通过驱动单元控制步进电机正转回拉牵引绳。
在步进电机向外放出牵引绳的过程中，当主控单元通过第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力大于预设的压力值时，说明牵引绳处于绷紧状态，此时主控单元继续通过驱动单元控制步进电机反转向外放出牵引绳；当主控单元通过第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力不大于预设的压力值时，说明牵引绳处于疏松状态，此时不适合放出牵引绳，因为放出的牵引绳会在转盘内堆积，此时主控单元通过驱动单元控制步进电机停止转动不再向外放出牵引绳。在一般情况下，由于路面水流速度比较大，水流冲击气囊而使牵引绳绷紧，第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力大于预设的压力值，在步进电机向外放出牵引绳的过程中，转盘上面的牵引绳受到水流冲击气囊产生的拉力而被顺势拉出。
在步进电机回拉牵引绳的过程中，气囊由于跟随路面水流漂浮而使牵引绳绷紧，牵引绳带动第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮转动，位于第一滚轮内部的编码器跟随第一滚轮的转动而转动，编码器输出的编码值随着第一滚轮的转动而变化。主控单元对编码器输出的编码值进行实时的记录和处理得到牵引绳被拉出来的长度。
在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳带动滑块在中空扇形外壳的弧形滑道上面滑动，主控单元通过固定在滑块的上圆柱内部的角度传感器实时检测牵引绳相对水平面偏转的角度。
在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B逐渐增大，当满足条件：L*cos(B)=R 时主控单元通过驱动单元控制步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊的投影位于下水道井盖口的圆心位置，即气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置，以此通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置，以此对下水道井盖口的定位标注提示更加精准。
第三实施例。
如图2，假设S点位置相对于L点位置地势比较高，路面水流从S点位置流向L点位置，即图2中水流方向为从左向右。
首先，将装置安装在井盖口的S点位置，当路面积水同时下水道井盖被水冲走时，气囊被S点位置处的牵引绳拉着漂浮在下水道井盖口的上方，此时牵引绳受到拉力而绷紧。
由于井盖口的半径R是已知确定的，当积水深度为H1时，装置首先通过步进电机放出足够长的牵引绳，然后再通过步进电机回拉牵引绳，在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L1逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B1逐渐增大，当满足条件：L1*cos(B1)=R 时步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置。
积水深度为H2，当满足条件：L2*cos(B2)=R，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置。
积水深度为H3，当满足条件：L3*cos(B3)=R，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置。
因此，在一定积水深度范围内，本装置可以自动调整牵引绳的长度，进而将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置。
同样，当积水的深度发生变化时，本装置可以跟随积水深度自动调整牵引绳的长度，进而将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围 ；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。

Claims (2)

1.一种自适应井盖口定位标注提示装置，其特征在于，自适应井盖口定位标注提示装置及其方法包括：步进电机，转盘，牵引绳，第一滚轮，第二滚轮，压力传感器，第三滚轮，第四滚轮，中空扇形外壳，滑块，气囊，主控单元，驱动单元，步进电机，角度传感器，编码器；
转盘由上圆面、下圆面和一个圆柱体组成，圆柱体的上底面和下底面分别与上圆面和下圆面的中心位置相连，上圆面和下圆面的圆面半径比圆柱体的底面半径大；转盘的底面有一个圆柱形凹槽，转盘底面的圆柱形凹槽与步进电机的转轴固定连接，转盘跟随步进电机的转动而转动；
牵引绳的一端缠绕在转盘上面，牵引绳的另一端与气囊固定连接；牵引绳先后穿过第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮、第四滚轮、中空扇形外壳和滑块将转盘和气囊连接在一起；
主控单元通过驱动单元控制步进电机正转和倒转进而对缠绕在转盘上面的牵引绳的收放进行控制；
第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮为侧面中心位置带有凹槽的圆柱筒，第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮固定在圆柱转轴上面；
第一滚轮的内部安装有一个编码器，第一滚轮内部的编码器用来对拉出的牵引绳的长度进行计算；位于第一滚轮内部的编码器跟随第一滚轮的转动而转动，编码器输出的编码值随着第一滚轮的转动而变化；
通过主控单元对编码器输出的编码值进行实时的记录和处理得到牵引绳被拉出来的长度；
第二滚轮的侧面安装有压力传感器，在向外放出牵引绳的过程中，第二滚轮侧面的压力传感器对牵引绳施加在第二滚轮上面的压力进行检测；
在向外放出牵引绳的过程中，当主控单元通过第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力大于预设的压力值时，说明牵引绳处于绷紧状态，此时主控单元继续通过驱动单元控制步进电机转动向外放出牵引绳；当主控单元通过第二滚轮侧面的压力传感器检测到的压力不大于预设的压力值时，说明牵引绳处于疏松状态，此时主控单元通过驱动单元控制步进电机停止转动不再向外放出牵引绳；
中空扇形外壳为中空的扇形体，中空扇形外壳的上底面和下底面为扇面，中空扇形外壳侧面中的弧面开口；中空扇形外壳上底面和下底面分别有一个弧形滑道，中空扇形外壳上底面和下底面的弧形滑道相互对称；
滑块由三部分组成，从上而下分别为上圆柱，长方体块和下圆柱；长方体块的上底面与上圆柱的下底面固定连接，长方体的下底面与下圆柱的上底面固定连接，上圆柱和下圆柱的的轴位于同一条直线上面；有一个圆柱形孔洞贯穿长方体的正面和背面，牵引绳穿过滑块上面的圆柱形孔洞；
角度传感器固定在滑块的上圆柱内部，角度传感器用来检测牵引绳相对水平面偏转的角度；当牵引绳长度变化时，牵引绳带动滑块在中空扇形外壳的弧形滑道上面滑动，主控单元通过角度传感器实时获得牵引绳相对水平面偏转的角度；
滑块卡在中空扇形外壳上底面和下底面的弧形滑道之间并且沿着弧形滑道左右移动；
角度传感器作为输入设备与主控单元相连，驱动单元与主控单元和步进电机相连，驱动单元用来对步进电机进行驱动。
2.根据权利要求1中所述的自适应井盖口定位标注提示方法，其特征在于：
通过自动调整牵引绳的长度将气囊放置在下水道井盖口中心的正上方位置；
由于井盖口的半径R是已知确定的，在不同的积水深度H和水速V的情况下，装置首先通过步进电机放出足够长的牵引绳，然后再通过步进电机回拉牵引绳，在步进电机回拉牵引绳的过程中，牵引绳的长度L逐渐减小，同时牵引绳相对水平面之间的夹角B逐渐增大，当满足条件：L*cos(B)=R 时步进电机停止回拉牵引绳，此时气囊位于下水道井盖口中心的正上方位置。
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