1.一种基于激光测距避障的潮汐车道变更系统,其特征在于:包括远程控制中心、交通信号灯后台数据服务器、路段控制基站和车道变更机器人,同一条潮汐车道上的所有的车道变更机器人构成一个车道变更机器人群组,远程控制中心的数据传输端口与交通信号灯后台数据服务器的数据传输端口通过光纤传输或者无线数据传输的方式进行实时数据传输,远程控制中心的数据传输端口与路段控制基站的数据传输端口通过光纤传输或者无线数据传输的方式进行实时数据传输;远程控制中心从交通信号灯后台数据服务器获得潮汐车道所在车道的车流量信息分析是否需要进行潮汐车道的变更,在需要进行潮汐车道的变更时远程控制中心将潮汐车道变更信号以及当前时段潮汐车道出入口处的红绿灯信息实时发送至路段控制基站,路段控制基站通过无线数据传输的方式将行走命令控制信号实时发送至对应潮汐车道路段上所有的车道变更机器人上,各车道变更机器人在接收到各自的行走命令时执行相应的移动,并实时将位置信息反馈给路段控制基站;
每条潮汐车道上的车道变更机器人群组均包括沿潮汐车道一侧分布的多个车道变更机器人,相邻的车道变更机器人之间间隔2~6米;所述车道变更机器人包括隔离墩壳体(5)、北斗模块(4)、嵌入式控制模块、报警灯(6)、太阳能电池板(7)、铅酸蓄电池(10)、LoRa模块、移动模块、避障模块、角度判断模块和底盘(9),嵌入式控制模块通过LoRa模块连接路段控制基站,铅酸蓄电池(10)固定在底盘(9)上,底盘(9)套装在外壳底部,底盘(9)上设置有凸块,外壳底部设置有与底盘(9)上的凸块相配合的凹槽,外壳上还固定有底盘驱动电机(16),底盘驱动电机(16)连接滚珠丝杠(17),底盘(9)上设置有与所述滚珠丝杠(17)相配合的丝杠螺母(18),所述丝杠螺母(18)套装在所述滚珠丝杠(17)上,底盘驱动电机(16)带动滚珠丝杠(17)转动时驱动底盘(9)在外壳的底部上下运动;所述外壳上端设置有报警灯(6),外壳的外表面设置有太阳能电池板(7),太阳能电池板(7)通过太阳能充电电路连接铅酸蓄电池(10),所述北斗模块(4)和避障模块均设置在外壳内部,移动模块、角度判断模块和锁定机构均设置在底盘(9)上;
所述角度判断模块包括设置在底盘(9)上的电子罗盘,所述移动模块包括设置在底盘(9)上的两条履带轮(1)和驱动两条履带轮(1)转动的履带驱动装置,所述锁定机构连接移动模块并用于对履带轮(1)进行锁紧和放开;所述车道变更机器人在出厂时,电子罗盘的指向和隔离墩的朝向相同,都是朝向正北方向;所述避障模块包括设置在隔离墩壳体(5)内部并与隔离墩壳体(5)固定连接的光电开关驱动电机(12)和水平设置光电开关(13),光电开关驱动电机(12)连接光电开关(13)并带动光电开关(13)90度范围内转动;所述隔离墩壳体(5)的正面开设有100度的开口槽(15),光电开关(13)发出的光线穿过开口槽(15)并在开口槽(15)的范围内左右摆动。
2.根据权利要求1所述的利用罗盘测角激光测距的潮汐车道变更系统,其特征在于:所述远程控制中心连接交通信号灯后台数据服务器并在潮汐车道变更时利用交通信号灯后台数据服务器控制未变更前潮汐车道的入口处始终保持红灯状态而出口处始终保持绿灯状态。
3.根据权利要求1所述的利用罗盘测角激光测距的潮汐车道变更系统,其特征在于:所述底盘驱动电机(16)通过滚珠丝杠(17)带动底盘(9)在外壳的底部上下运动时底盘(9)的移动距离大于外壳底部与地面之间的高度。
4.根据权利要求1所述的利用罗盘测角激光测距的潮汐车道变更系统,其特征在于:两条履带轮(1)各自通过一个履带驱动电机带动。
5.一种基于激光测距避障的潮汐车道变更方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)远程控制中心接收交通信号灯后台数据服务器发来的当前潮汐车道车流量信息和潮汐车道入口和出口处的红绿灯信息,由此判断是否需要进行潮汐车道的变更;若需要进行潮汐车道的变更,则将需要进行潮汐车道变更和潮汐车道入口和出口处的红绿灯的信息实时发送给路段控制基站;
2)路段控制基站接收到远程控制中心发来的信息,并根据潮汐车道入口和出口处的红绿灯信息的状况,在当前潮汐车道入口处的红绿灯是红灯的情况下将需要进行车道变更的信息以及将每个车道变更机器人需要移动的最终位置的坐标信息发送到每个车道变更机器人上;
3)整条潮汐车道上的车道变更机器人按照未变更前潮汐车道当前方向依次进行移动,具体的移动方式如下:
3.1)车道变更机器人进行上电初始化,并判断自身是否存在故障,故障判断包括铅酸蓄电池(10)电量是否够用的判断、北斗模块(4)是否能够定位的判断、LoRa模块是否能正常传递信息和车道变更机器人内部所有的电机是否能够正常工作;若车道变更机器人存在故障,则对存在故障的隔离墩进行重启后再对该隔离墩进行故障判断,若车道变更机器人仍存在故障,则将存在故障的车道变更机器人的故障信息传递给路段控制基站,并点亮该车道变更机器人的警报灯,不对该车道变更机器人进行移动;若车道变更机器人,则判断车道变更机器人可以进行移动,进入3.2步骤;
3.2)车道变更机器人的履带驱动装置带动履带轮(1)以差速转动,实现车道变更机器人的原地转动,在该过程中位于底盘(9)上的电子罗盘转动一圈,并实现自身的校准定位,得到电子罗盘当前的输出方向;
3.3)车道变更机器人上的北斗模块(4)获取当前车道变更机器人的当前位置信息,结合从路段控制器处获得的需要移动的最终位置的坐标信息得出车道变更机器人的运动方向;
3.4)由于车道变更机器人采用履带式结构,隔离墩和履带的主动轮之间的夹角是已知的,结合步骤3.2中获得的电子罗盘当前的输出方向和步骤3.3中获得的车道变更机器人的运动方向,直接差速转动履带轮(1),使车道变更机器人原地转动,直至车道变更机器人的朝向直接正对车道变更机器人的运动方向;
3.5)车道变更机器人打开自身的报警灯(6)并进行障碍判断,障碍判断的方式为漫反射光电开关(13)测距法,打开光电开关(13),转动车道变更机器人上的光电开关驱动电机(12),使车道变更机器人上的光电开关(13)在开口槽(15)的范围内左右转动90度,在该过程中判断光电开关(13)是否接收到光电信号;若光电开关(13)始终没有接收到光电信号,则表示扫描过程中未碰到障碍物,即车道变更机器人即将运动的路径上不存在障碍物,车道变更机器人可以进行下一步的运动步骤;若光电开关(13)接收到光电信号,则表示扫描过程中碰到了障碍物,即车道变更机器人即将运动的路径上可能障碍物,则需要延时3s再次进行障碍判断;
3.6)确定无障碍后,车道变更机器人开始沿着步骤3.4中确定的运动方向进行运动,直至到达目的地,完成车道变更机器人的移动;
3.7)车道变更机器人移动到最终位置时,锁定机构开始工作,将履带轮(1)锁紧,实现车道变更机器人的锁定;
4)在车道变更机器人履带轮(1)锁紧后,底盘驱动电机(16)开始运动,底盘驱动电机(16)带动滚珠丝杠(17)转动时驱动底盘(9)在外壳的底部向上运动,直至外壳的底部与地面接触,再关闭底盘驱动电机(16)和报警灯(6),完成单个车道变更机器人的移动;
5)在整条路段上的车道变更机器人均完成移动后,实现整条潮汐车道的变更。
6.根据权利要求5所述的一种基于激光测距避障的潮汐车道变更方法,其特征在于:所述远程控制中心连接交通信号灯后台数据服务器并在潮汐车道变更时利用交通信号灯后台数据服务器控制未变更前潮汐车道的入口处始终保持红灯状态而出口处始终保持绿灯状态。
7.根据权利要求5所述的一种基于激光测距避障的潮汐车道变更方法,其特征在于:步骤3.6中车道变更机器人的移动方式为分段式移动,即将整个运动路径分为若干段,每段的终点坐标均发送到车道变更机器人上,车道变更机器人按照步骤3.2~步骤3.6的过程依次移动到每段的终点坐标处,并在每段的重点坐标处时根据自身的位置信息再次进行方向确定,继续执行步骤3.2~步骤3.6的过程,直至车道变更机器人移动到最终位置。
8.根据权利要求5所述的一种基于激光测距避障的潮汐车道变更方法,其特征在于:两条履带轮(1)各自通过一个履带驱动电机带动,通过两个履带驱动电机的不同速转动实现两条履带轮(1)的差速转动,进而实现车道变更机器人的自转和转向。
9.根据权利要求5所述的一种基于激光测距避障的潮汐车道变更方法,其特征在于:所述光电开关驱动电机(12)的电机头上还连接有绝对角度编码盘(14),通过绝对角度编码盘(14)实现光电开关驱动电机(12)在指定角度的范围内来回运动。