具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1-4所示，本发明提供了一种考试考务辅助一体机，由运动模块1、识别模块3和试卷分离储存模块2组成，试卷分离储存模块2安装在运动模块1上，识别模块3安装在试卷分离储存模块2上。运动模块1带动本装置整体按照既定轨迹进行整体移动，由识别模块3识别人脸数据并与后台预录入的数据进行对比，比对通过后启动试卷分离储存模块2进行收发卷操作。

运动模块1的结构说明：

如图2以及图5-6所示，运动模块1主要是由寻迹导向机构4、驱动刹车机构5和安装框架组成。其中，寻迹导向机构4结构如下：无刷舵机19通过紧定螺钉20安装在底座板21上，球头摆臂22使用凸缘联轴器与无刷舵机输出轴23固定，球头摆臂22通过球头摆臂销轴24与摆动连杆25连接，摆动连杆25通过转向节球头销26与旋转连杆27相连接，同时旋转连杆27通过旋转连杆上的固定角轴承28与固定在底座板21上的旋转光轴29连接，旋转连杆27通过轴向卡槽30与转向轮31固定连接。

驱动刹车机构5的结构如下：行星齿轮减速电机32通过4个螺钉33安装固定在底座板21上，行星齿轮减速电机32通过凸缘联轴器42与电机驱动轴34相连接，固定圆锥滚子轴承35通过电机驱动轴轴肩实现轴向固定，与电机驱动轴34为过盈配合，并且固定圆锥滚子轴承35与固位竖直板36上的轴孔过盈配合实现两者的固定，固位竖直板36通过紧定螺钉与底座板21相固定，蝶式刹车圆盘37通过第三圆锥滚子轴承38与驱动轮39的轮毂固定连接，在固位竖直板36一侧安装有固定悬板41，固定悬板41设有供蝶式刹车圆盘37穿过的开口，在开口内安装有刹车夹40，驱动轮39与电机驱动轴34固定连接。

在本发明中，驱动刹车机构采用碟刹机构的优点是：(1)刹车作用灵敏，通过加紧安装在驱动轮轮毂的刹车圆盘实现对于驱动轮的减速停止；

(2)散热良好，不必调整刹车间隙，保养容易；(3)机构制造工艺成熟，便于装置生产制作。

识别模块3的结构说明：

如图4所示，识别模块3主要是由图像捕获机构与图像处理控制系统组成。图像捕获机构主要为两个对称安装在安装框架顶端前部的摄像装置。圆形底座15通过紧定螺钉固定在试卷分离储存模块2的上盖两侧，第一转动块16可由内置舵机实现水平方向转动，第二转动块17由水平光轴18连接，并实现竖直方向转动。

试卷分离储存模块2的结构说明：

如图3以及图7-9所示，在试卷分离储存模块2的外壳底部侧壁设有推拉装置13，在外壳内设有竖直轴向进给机构10(图8所示结构)和水平轴向进给机构12(图9所示结构)，在外壳顶部一侧设有吐纸机构(图7所示结构)。

电气控制按钮14安装在外壳背面，电气控制采用单片机控制并通过螺栓螺母安装在外壳顶部；采用推拉装置13进行试卷放置，推拉装置13上下轨道安装在外壳侧面，推拉装置开启关闭依靠铝框上的导轨滑动推拉，使用灵活方便。

水平轴向进给机构12安装在竖直轴向进给机构10上，由竖直轴向进给机构10带动水平轴向进给机构12做升降运动，水平轴向进给机构12设有曲柄摇杆机构和进给平台储纸区79，打开推拉装置13将成叠的纸张放置在位于底部的进给平台储纸区79，水平轴向进给机构12上升至顶后由曲柄摇杆机构将进给平台储纸区79上的纸张推送至吐纸机构；吐纸机构设有纸张分离机构8以将纸张逐张分离并输出到延伸到外壳外的输出支架9上。

如图9所示，进给平台储纸区79用于储存试卷纸张，并通过纵向挡板80固定纸张，防止纸张滑落。水平轴向进给机构12包括有一与进给平台储纸区79固定连接的进给平台71，进给平台71与进给平台储纸区79在同一水平面上；曲柄摇杆机构由两相步进电机70、曲柄72、连杆74和推拉杆76组成，两相步进电机70通过紧定螺钉安装在进给平台71上，并通过凸缘联轴器与曲柄72连接，曲柄72通过曲柄销轴73与连杆74一端连接，在连杆74的另一端通过连杆销轴75和推拉杆76连接，进给平台71在曲柄72运动行程处留有运动空槽77。

水平轴向进给机构12用于将储存试卷推进到吐纸机构，增加试卷分离的精度与连续，采用曲柄摇杆机构用于水平轴向进给机构的优点在于：

(1)减速增矩，使电机能够输出更大的转矩以增加系统刚度与灵敏度；

(2)行程限位，限制了作为滑块机构的摆动角度以保护该机构不会因为行程超限而损坏机械，也降低了电机控制精度的要求，节省了电机选用成本；

(3)水平推拉杆仅需要将试卷向前推进3～5cm距离即可实现将纸张进给，大大节省了装置的空间占用大小；(4)简化纸张进给机构设计，便于装置生厂加工。

在一可选的实施例中，如图8所示，竖直轴向进给机构10包括有横向转动机构和竖向升降机构。横向转动机构设有蜗轮蜗杆减速电机55，该蜗轮蜗杆减速电机55通过凸缘联轴器与横向的第一驱动杆57相连接，在第一驱动杆57两端固定有第一锥齿轮61；竖向升降机构设有两根竖向的第二驱动杆64，第二驱动杆64底端设有与第一锥齿轮61相啮合的第二锥齿轮62，在第二驱动杆64顶端同轴固定有第三驱动杆66，第三驱动杆66顶端设有螺杆与固定在进给平台71上的滚珠螺母78螺纹配合，由第三驱动杆66的转动带动图9机构整体升降。

在一可选的实施例中，竖直轴向进给机构10包括有支撑座56，在支撑座56安装有两个竖直基座板59，在竖直基座板59上安装有第一圆锥滚子轴承58，第一驱动杆57穿过两个第一圆锥滚子轴承58以安装在竖直基座板59上；在竖直基座板59顶端还固定有安装水平基座板60，第二驱动杆64底端穿过水平基座板60径向限位。

在一可选的实施例中，竖向升降机构包括有平行设于支撑座56上方的安装托板65，安装托板65通过紧定螺钉与4个竖直支架68固定，且该安装托板65一侧通过螺栓螺母与竖直基板69固定，竖直托板67通过紧定螺钉与竖直基板69相固定以承受安装托板65上平面安装的其他机构的重力与弯矩，且该竖直基板69与支撑座56固定连接；安装托板65上设置有两个第二圆锥滚子轴承63，第三驱动杆66底部穿过第二圆锥滚子轴承63以径向限位。

在一可选的实施例中，如图7所示，纸张分离机构8由在吐纸方向上依次设置的摆杆机构和搓纸机构组成：摆杆机构设有按压杆47，按压杆47一端通过联轴器与齿轮舵机48输出轴相连，大扭力齿轮舵机48通过固定销46与托板45固定安装，由齿轮舵机48通过联轴器带动按压杆47进行上下摆动以调节按压杆47和托板45之间的间距。搓纸机构设有搓纸轮驱动轴49，在搓纸轮驱动轴49上安装有若干橡胶搓纸轮50，搓纸轮50通过轴套实现轴向定位并固定，搓纸轮驱动轴49的一端与蜗轮蜗杆减速直流电机43输出轴相连，该蜗轮蜗杆减速直流电机43通过托板45固定安装在外壳上，蜗轮蜗杆减速直流电机43通过4个螺钉44安装在托板45上，托板45紧贴于外壳框架端面安装固定，以承受托板45上平面安装的其他机构的重力与弯矩。

输出支架9由多个依次连接的支撑板构成，在吐纸方向末端的几个支撑板的角度可调。如图7可见，输出支架9由向外延伸的3块支撑板构成，后端的第一支撑板51通过第一塑性连杆52与托板45固定安装，末端的第二支撑板53与第二塑性连杆54相固定，第二塑性连杆54可以转动进而改变第二支撑板53的倾斜角，进而调节最终的出纸角度。

在一可选的实施例中，竖直轴向进给机构10、水平轴向进给机构12和纸张分离机构8均与该控制单片机11相连。并且，在进给平台储纸区79以及输出支架9上设有重力传感器，在托板45上安装有纸张检测传感器，重力传感器、纸张检测传感器均与控制单片机11相连。

本装置在发卷时的工作过程为：

1、将该装置放置于考场地面上，打开电气控制按钮14装置初始化按钮启动该装置，将调节按钮置于“发卷”标识处，此时装置处于发卷状态，进给平台71处于最低位。

2、打开推拉装置13放置考试试卷，安装在进给平台储纸区79的重力传感器感应到考试试卷重力，传递信号给核心控制单片机11，系统启动，关闭推拉装置13，并将装置放置到预设路线的电线起点，装置开始工作。

3、行星齿轮减速电机32提供稳定转矩，带动驱动轮39转动，装置开始运动，由两个对称安装在安装框架低端前部的电感传感器6收集铺设在预期轨道中央的电线发出的磁场信号，传输到控制系统单片机通过PID算法计算出舵机转角值，通过控制系统单片机使能安装在安装框架前部中央的无刷舵机19转动计算出转角，通过球头摆臂22、球头摆臂销轴24传动于摆动连杆25，使旋转连杆27绕旋转光轴29转动，使得转向轮31转向，从而实现装置按照预设路线自主寻迹。

4、装置开始工作后，识别模块3处于开启状态，第一转动块16由内置舵机实现水平方向转动，第二转动块17绕水平光轴18转动，从而实时捕获装置前方图像。当识别模块3捕获到考生人脸信息时，会将数据传输到Nvidia Jetson Nano小型计算机与后台储存数据进行对比，并由Nvidia Jetson Nano小型计算机反馈是否识别成功的信号，由于考生人脸识别过程由专门处理计算机视觉的Nvidia Jetson Nano小型计算机进行处理过程高效，该过程所用时间可忽略不计。

5、控制系统下位机收到上位机识别错误的信号时，装置无变化，保持当前运动；控制系统下位机收到上位机识别成功的信号时，装置碟刹刹车启动，行星齿轮减速电机32停止提供转矩，控制系统下位机控制安装在蝶式刹车圆盘37边缘的刹车夹40加紧蝶式刹车圆盘37，由于蝶式刹车圆盘37通过第三圆锥滚子轴承38与驱动轮39轮毂固定连接，从而控制驱动轮39减速停止；控制系统下位机收到上位机识别成功的信号的同时，装置进行竖直轴向纸张进给，安装在支撑座56上蜗轮蜗杆减速电机55启动，并通过凸缘联轴器带动第一驱动杆57运动，通过蜗轮蜗杆传动带动第一锥齿轮61、第二锥齿轮62实现安装于水平基座板60与安装托板65之间的第二驱动杆64运动，并传动于第三驱动杆66，通过丝杠螺母运动副使进给平台71作竖直轴向运动，从而实现进给平台71在竖直方向由最低点运动到最高点。

到达最高点时，核心控制单片机控制安装在进给平台71上的两相步进电机70开启，通过凸缘联轴器实现曲柄72在运动空槽77做周转运动，并由连杆74带动推拉杆76作水平直线运动，推动试卷顶部纸张进入分离机构分离范围，当安装在安装框架上的纸张检测传感器感应到纸张时纸张进给完成，核心控制单片机使能安装在托板45上的大扭力齿轮舵机48通过联轴器带动按压杆47对进入纸张垂直于托板面方向施加一定压力，方便搓纸轮分离纸张。同时，核心控制单片机使能安装在托板45上的蜗轮蜗杆减速直流电机43通过联轴器传动使搓纸轮驱动轴49作周转运动，带动安装在搓纸轮驱动轴49的橡胶材质搓纸轮50运动。基于搓纸轮、试卷纸张之间与搓纸垫三者间摩擦系数不同，从而实现试卷纸张分离；当纸张感受器未检测到纸张时，按压杆47抬起，核心控制单片机关闭蜗轮蜗杆减速直流电机43停止搓纸轮驱动轴49的转动。

6、当安装在输出支架9处的重力传感器未感应到考试试卷重力时，装置碟刹刹车关闭，控制系统下位机控制安装在蝶式刹车圆盘37边缘的刹车夹40松开蝶式刹车圆盘37，行星齿轮减速电机32再次提供稳定转矩，装置再次自主寻迹，直到识别模块3再次捕获到考生人脸信息，且Nvidia Jetson Nano小型计算机反馈是否识别成功的信号，再次执行上述第6步骤；当两个对称安装在安装框架低端前部的电感传感器6收集不到铺设在预期轨道中央的电线发出的磁场信号时，系统进入休眠，进给平台71处于最高位。

本装置在收卷时的工作过程为：

1、打开电气控制按钮14装置按钮唤醒该装置，将调节按钮置于“收卷”标识处，此时装置处于收卷状态，进给平台71处于最高位。系统启动，并将装置放置到预设路线的电线起点，装置开始工作。

2、行星齿轮减速电机32提供稳定转矩，带动驱动轮39转动，装置开始运动，由两个对称安装在安装框架低端前部的电感传感器6收集铺设在预期轨道中央的电线发出的磁场信号，传输到控制系统单片机通过PID算法计算出舵机转角值，通过控制系统单片机使能安装在安装框架前部中央的无刷舵机19转动计算出转角，通过球头摆臂22、球头摆臂销轴24传动于摆动连杆25，使旋转连杆27绕旋转光轴29转动，使得转向轮31转向，从而实现装置按照预设路线自主寻迹。

3、装置开始工作后，识别模块3处于开启状态，第一转动块16由内置舵机实现水平方向转动，第二转动块17绕水平光轴18转动，从而实时捕获装置前方图像。当识别模块3捕获到考生人脸信息时，会将数据传输到Nvidia Jetson Nano小型计算机与后台储存数据进行对比，并由Nvidia Jetson Nano小型计算机反馈是否识别成功的信号，由于考生人脸识别过程由专门处理计算机视觉的Nvidia Jetson Nano小型计算机进行处理过程高效，该过程所用时间可忽略不计。

4、控制系统下位机收到上位机识别错误的信号时，装置无变化，保持当前运动；控制系统下位机收到上位机识别成功的信号时，装置碟刹刹车启动，行星齿轮减速电机32停止提供转矩，控制系统下位机控制安装在蝶式刹车圆盘37边缘的刹车夹40加紧蝶式刹车圆盘37，由于蝶式刹车圆盘37通过第三圆锥滚子轴承38与驱动轮39轮毂固定连接，从而控制驱动轮39减速停止。

控制系统下位机收到上位机识别成功的信号的同时，核心控制单片机11控制搓纸轮驱动轴49作反向周转运动，带动安装在搓纸轮驱动轴49的橡胶材质搓纸轮50运动，基于搓纸轮、试卷纸张之间与搓纸垫(即托板45)三者间摩擦系数不同，搓动放置在输出支架9上考生试卷进入装置内部，搓动试卷纸张进入水平进给装置进给范围。当安装在内部安装框架上的纸张检测传感器感应到纸张时，核心控制单片机控制安装在进给平台71上的两相步进电机70反向开启，通过凸缘联轴器实现曲柄72在运动空槽77做周转运动，并由连杆74带动推拉杆76作水平直线运动，带动试卷纸张进入进给平台储纸区79，从而实现单张试卷收集到装置内部。当安装在内部安装框架上的纸张检测传感器感应不到纸张时，装置进行竖直轴向纸张进给，安装在支撑座56上蜗轮蜗杆减速电机55反向启动一段时间，并通过凸缘联轴器带动第一驱动杆57运动，通过蜗轮蜗杆传动带动第一锥齿轮61、第二锥齿轮62实现安装于水平基座板60与安装托板65之间的第二驱动杆64运动，并传动于第三驱动杆66，通过丝杠螺母运动副使进给平台71作竖直轴向运动，从而实现进给平台71在竖直方向移动一段位移。

5、当安装在输出支架9处的重力传感器未感应到考试试卷重力时，装置碟刹刹车关闭，控制系统下位机控制安装在蝶式刹车圆盘37边缘的刹车夹40松开蝶式刹车圆盘37，行星齿轮减速电机32再次提供稳定转矩，装置再次自主寻迹，直到识别模块3再次捕获到考生人脸信息，且Nvidia Jetson Nano小型计算机反馈是否识别成功的信号，再次执行上述第4步骤；当两个对称安装在安装框架低端前部的电感传感器6收集不到铺设在预期轨道中央的电线发出的磁场信号时，系统进入休眠，进给平台71处于最低位。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。