[0017] 本发明的目的在于解决上述现有技术的不足,提出了一种基于绝对编码器的潮汐车道变更系统及方法,能够自动进行潮汐车道的变换,且能够实现自动避障,降低了生产和使用成本,降低人力因素对智能化潮汐车道的影响。
[0018] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的:一种基于绝对编码器的潮汐车道变更系统,包括远程控制中心、交通信号灯后台数据服务器、路段控制基站和墩子,同一条潮汐车道上的所有的墩子构成一个墩子群组,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墩子上,各墩子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;
[0019] 每条潮汐车道上的墩子群组均包括沿潮汐车道一侧分布的多个墩子,相邻的墩子之间间隔2~6米;所述墩子包括壳体、北斗模块、嵌入式控制模块、报警灯、太阳能电池板、铅酸蓄电池、LoRa模块、移动模块、避障模块、角度判断模块和底盘,嵌入式控制模块通过LoRa模块连接路段控制基站,铅酸蓄电池固定在底盘上,底盘固定在外壳底部;所述外壳上端设置有报警灯,外壳的外表面设置有太阳能电池板,太阳能电池板通过太阳能充电电路连接铅酸蓄电池,所述北斗模块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上;
[0020] 所述角度判断模块包括设置在底盘上的电子罗盘和驱动所述电子罗盘转动的罗盘驱动电机,所述罗盘驱动电机固定在底盘上,所述移动模块包括设置在底盘上的驱动轮、两个从动轮和驱动所述驱动轮转动的运动驱动电机,所述锁定机构连接移动模块,锁定机构用于对驱动轮进行锁紧和放开;所述墩子在出厂时,电子罗盘的指向、墩子的朝向和驱动轮的朝向都相同,都是朝向正北方向;所述避障模块包括设置在壳体内部并与壳体固定连接的光电开关驱动电机和水平设置光电开关,光电开关驱动电机连接光电开关并带动光电开关90度范围内转动;所述壳体的正面开设有100度的开口槽,光电开关发出的光线穿过开口槽并在开口槽的范围内左右摆动;底盘套装在外壳底部,底盘上设置有凸块,外壳底部设置有与底盘上的凸块相配合的凹槽,外壳上还固定有底盘驱动电机,底盘驱动电机连接滚珠丝杠,底盘上设置有与所述滚珠丝杠相配合的丝杠螺母,所述丝杠螺母套装在所述滚珠丝杠上,底盘驱动电机带动滚珠丝杠转动时驱动底盘在外壳的底部上下运动;所述驱动轮上还安装有绝对编码器,所述绝对编码器设置在驱动轮与底盘之间,墩子出厂时驱动轮朝向与电子罗盘的转向相同,此时绝对编码器处于零位位置。
[0021] 进一步的,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。
[0022] 进一步的,所述底盘驱动电机通过滚珠丝杠带动底盘在外壳的底部上下运动时底盘的移动距离大于外壳底部与地面之间的高度。
[0023] 进一步的,所述驱动轮和两个从动轮都是万向轮。
[0024] 进一步的,所述北斗模块安装在所述外壳的顶部。
[0025] 一种基于绝对编码器的潮汐车道变更方法,包括如下步骤:
[0026] 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;
[0027] 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墩子需要移动的最终位置的坐标信息发送到每个墩子上;
[0028] 3)整条潮汐车道上的墩子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:
[0029] 3.1)墩子进行上电初始化,并判断自身是否存在故障,故障判断包括铅酸蓄电池电量是否够用的判断、北斗模块是否能够定位的判断、LoRa模块是否能正常传递信息和墩子内部所有的电机是否能够正常工作;若墩子存在故障,则对存在故障的墩子进行重启后再对该墩子进行故障判断,若墩子仍存在故障,则将存在故障的墩子的故障信息传递给路段控制基站,并点亮该墩子的警报灯,不对该墩子进行移动;若墩子不存在故障,则判断墩子可以进行移动,进入3.2步骤;
[0030] 3.2)墩子的罗盘驱动电机启动,带动电子罗盘转动一圈,实现电子罗盘的校准定位,得到电子罗盘当前的输出方向;
[0031] 3.3)墩子上的北斗模块获取当前墩子的当前位置信息,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墩子的运动方向;
[0032] 3.4)由于墩子的移动机构采用的驱动轮为万向轮,驱动轮的初始位置是未知的,转动驱动轮使绝对编码器转动,绝对编码器可以直接获取驱动轮和墩子之间的角度;再结合步骤3.2中获得的电子罗盘当前的输出方向和步骤3.3中获得的墩子的运动方向,转动驱动轮使其正对需要进行移动的方向;
[0033] 3.5)墩子打开自身的报警灯并进行障碍判断,障碍判断的方式为漫反射光电开关测距法,打开光电开关,转动墩子上的光电开关驱动电机,使墩子上的光电开关在开口槽的范围内左右转动90度,在该过程中判断光电开关是否接收到光电信号;若光电开关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,即墩子即将运动的路径上不存在障碍物,墩子可以进行下一步的运动步骤;若光电开关接收到光电信号,则表示扫描过程中碰到了障碍物,即墩子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;
[0034] 3.6)确定无障碍后,墩子开始沿着步骤3.4中确定的运动方向进行运动,直至到达目的地,完成墩子的移动;
[0035] 3.7)墩子移动到最终位置时,锁定机构开始工作,将驱动轮锁紧,实现墩子的锁定;
[0036] 4)在墩子驱动轮锁紧后,底盘驱动电机开始运动,底盘驱动电机带动滚珠丝杠转动时驱动底盘在外壳的底部向上运动,即外壳向下运动,直至外壳的底部与地面接触,再关闭底盘驱动电机和报警灯,完成单个墩子的移动;
[0037] 5)在整条路段上的墩子均完成移动后,实现整条潮汐车道的变更。
[0038] 进一步的,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。
[0039] 进一步的,步骤3.6中墩子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墩子上,墩子按照步骤3.2~步骤3.6的过程依次移动到每段的终点坐标处,并在每段的终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,直至墩子移动到最终位置。
[0040] 进一步的,所述光电开关驱动电机的电机头上还连接有绝对角度编码盘,通过绝对角度编码盘实现光电开关驱动电机在指定角度的范围内来回运动。
[0041] 本发明的有益效果在于:
[0042] (1)本发明的基于绝对编码器的潮汐车道变更系统能够根据需求实现潮汐车道的自动变更,同时结合交通信号灯后台数据服务器,利用大数据实现城市交通道路网络实时变更,随时应对由于交通事故、车流量变化、恶劣天气等因素对道路需求的变化,实现潮汐车道的自动控制。
[0043] (2)本发明的远程控制中心仅需发出潮汐车道的变更信号,路段控制基站和墩子即可自动实现潮汐车道的变更,自动化程度高,无需人工监管和操作,有利于整个城市的潮汐车道的集中管控。
[0044] (3)本发明的墩子在启动时会进行自动故障检测,仅在墩子无故障时才会移动,能够有效的避免墩子自身的故障问题导致对潮汐车道变更的影响。
[0045] (4)本发明的墩子在运动前会进行自身角度的判断以及驱动轮角度的判断,从而使墩子在方向不定的情况下也能顺利的自行找到正确的运动方向,实现了墩子的自动换向,避免了因放置时方向不正确导致的车道变更不顺利的问题,即使墩子的起始位置发生偏移时也能准确运动到目标位置。
[0046] (5)本发明的墩子在运动前会进行避障判断,若潮汐车道上存在障碍物则不进行运动,避免墩子在运动过程中因障碍物的影响无法顺利工作以及碰到他人的机动车造成影响他人正常行驶的问题,即避免墩子在移动使与车辆发生碰撞。
[0047] (6)本发明通过闭环控制墩子的运动,墩子通过北斗模块实时获取自身的位置信息,再利用分段式的移动方法,使移动更加的准确,最终定位的精准度也很高。
[0048] (7)本发明通过北斗模块作为定位模块,定位的精度高达厘米级,能够精确实现墩子的移动定位,精度高。
[0049] (8)本发明使用万向轮作为运动机构,通过绝对编码器判断驱动轮和墩子之间的相对角度,而且可实现墩子驱动轮的任意角度转动,且转动角度可知,方便改变墩子快速改变运动方向。
[0050] (9)本发明在到达最终位置后可以通过底盘驱动电机带动壳体向底盘方向运动,整个墩子整体固定在地面上,增加了墩子本身的稳定性。