CN208023474U - 一种车道变更机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车道变更机器人包括A墩、B墩和连接护栏，连接护栏的一端铰接在A墩的中心轴上，连接护栏的另一端与B墩固定连接；所述A墩和B墩上均设置有北斗模块、嵌入式控制模块、报警灯、太阳能电池板、铅酸蓄电池、LoRa模块、底盘和外壳；本实用新型利用道路出入口设置移动式隔离墩，灵活机动，成本低；利用北斗系统进行隔离墩实时定位，控制精度高、安全性高；利用北斗系统精确定位实现多车道变更；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，实现自动控制。

Description

一种车道变更机器人

技术领域

本实用新型涉及潮汐车道技术领域，更具体的说，尤其涉及一种车道变更机器人。

背景技术

汽车为人类的出行带来了极大的便利，但随着汽车数量的快速增加，交通拥堵问题越来越严重。虽然政府不断地修建公路、城市快速路，但是道路的增长速度远低于汽车数量的增长。为了解决这个问题，政府近年来投入越来越多的资金和精力用于开发智能交通系统，提高道路的通行效率，缓解交通拥堵问题。

交通的“潮汐现象”是城市交通拥堵的重要原因之一，每天早晨进城方向交通流量大，出城方向交通流量小，而晚上则是出城方向的流量大，进城方向交通流量小。应对早晚高峰车流的一种典型解决方法是启用潮汐车道，早高峰进城车辆多时，增加进城方向车道数，减少出城方向车道数，晚高峰出城车辆多时，增加出城方向车道数，减少进城方向车道数。目前的潮汐车道是定时潮汐车道，在早晚高峰期的规定的时间内改变潮汐车道的行驶方向，来调整车道数，采用的也是地面双黄线和交通指示灯对车道方向实施控制。传统的利用地面双黄线和交通指示灯对车道方向实施控制的方式，由于众多车辆“顶牛”、标识不够清楚等诸多弊端，逐渐被在车道边设置隔离带的方式替代。而通过人工在不同车道间设置隔离带由于工作量巨大，实施起来有诸多不便，故又有许多新兴的智能化潮汐车道应运而生。

美国金门大桥是世界上最早实行可变车道的路段之一，桥面宽27米，除去两侧的人行道，路段为双向六车道，上午时段四进四出，下午护栏向右移一个车道，形成相反情况。早期管理部门采用人工设置方法设置潮汐车道来解决这个问题。在大桥中间的车道线上面每隔一段都有一个眼，工作车缓缓行驶在车道中间，两边各有一个工作人员坐在车底的平台上，工作车的两边的工作人员分别进行拔插操作，走一遍即可把车道改好。在国内的许多小城市也会采用这种人工的方式设置塑料交通安全堆，从而隔离出一种单独的道路供潮汐车辆使用。这种人工设置潮汐车道的方式操作比较简单，维护费用以及成本较低；但是这种早、晚高峰期人工设置潮汐道路的方式需要耗费大量的人工和时间成本，效率低，且潮汐车道变换不易，同时高速行驶的车辆容易对施工人员造成伤害，风险系数较高。

为了解决人工设置潮汐车道效率低、时间成本高的问题，交管部门采用交通灯和交通指示牌的方式，对某些固定的潮汐道路划定固定的潮汐时间来缓解交通拥堵时的压力。在上下班高峰期或出城进城高峰期的时候，通过设置相应的交通指示灯或指示牌，临时设置潮汐道路，缓解道路拥堵，这种系统控制方式节约了时间和人工成本，提高了潮汐车道的适用性。但是这种方式没有明显的隔离护栏，由于驾驶员对道路标识不熟悉或注意力不集中等问题，容易造成误闯误行，从而影响对潮汐车道的利用，严重时可能会造成一定的交通事故。

美国等发达国家针对人工设置潮汐车道和交叉口信号灯控制的一系列问题，实用新型了一种潮汐车道变换机，既克服了人工设置潮汐效率低，又实现了潮汐道路的有效隔离。这种潮汐车道变换机本质上是一辆运行中的机车，通过在机车内部设置各种机械装置，随着机车的运行将一条车道的护栏挪到另一条车道上去，这大大提高了车道护栏变换的速度，降低了人工成本，对于特别冗长的潮汐车道还可以分为几段由多辆变道机同时运行完成车道变换。但是由于规划限制，原有的隔离带或者绿化带不能拆除，导致潮汐车道变换机不能广泛使用，且该变换机采购成本较高，需要特制的隔离带，同时一台潮汐车道变换机的造价在300万美元以上，因此也极大限制了这一项技术的发展。

为了提高潮汐车道的适应性，深圳的研发人员又设计出一种智能化潮汐车道，该智能化潮汐车道采用遥控护栏与灯控的组合形式在深南大道南山段正式亮相，该智能化潮汐车道可以自动根据车流量的大小，自动设置潮汐车道。这种智能化潮汐车道创新亮点在于遥控护栏的引进，它形似普通护栏，但底部电机带动四个滑轮，只要插上电源，护栏就可以随着遥控器指挥进行横向移动，在1分钟内实现潮汐车道的隔离切换。同时还具有智能障碍识别技术，能够检测到护栏变道过程中遇到的障碍物。相比于传统的交通疏导方式，大大降低了交警执勤的风险和工作负荷。交警可根据现场交通情况，通过手持遥控器，控制可变分向行驶车道标志随时调整车道行驶方向；若路口有明显通行特征，在没有突发事件的情况下，交警还可以提前进行程序输入固定标志转换的时间，由它自动变换；此外，控制中心还可以通过仪器监控路口路况，适时使用远程控制手段对标牌进行控制；若实现计算机联网的路口信号机，还能通过自动识别系统进行辨别并自动调控。目前深圳、北京等地区已经相继投入使用，应用前景非常广泛。但是，在这种智能化潮汐车道的运行过程中，由于中央隔离护栏和绿化带的存在，一方面，东行排队溢出后的车辆无法进入潮汐车道左转，导致潮汐车道利用率不高，另一方面，南进口的右转这两由于受护栏阻碍无法进入潮汐车道，也降低了潮汐车道的利用率。

同时，这种通过手持遥控器进行智能化潮汐车道控制的方式从本质上来说依然是人工手动控制，不稳定因素较多，极容易受到人力因素的影响，而且不容易集中控制，极大地限制了智能化潮汐车道的发展。

智能化潮汐车道的通讯也是限制潮汐车道发展的重要因素之一，例如深圳的这种智能化潮汐车道智能交警现场手持遥控器的方式对遥控护栏进行控制，其仅可进行近距离控制，而无法实现大范围遥控护栏远程的集中控制。

物联网技术则是突破这一问题的重要契机。随着智能化潮汐车道和物联网的发展，市场上对无线技术的要求日益增加。尤其是在对物联网技术倡导的如何打造低功耗、高可靠性的无线连接，成为了现代物联网设备制造商的追求，也成为了无线芯片供应商的目标。物联网应用中的无线技术有很多种，包括局域网和广域网。组成局域网的无线技术有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G。LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。这一技术改变了以往关于传输距离与功率的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗的系统。同时，Lo Ra在全球范围内免费频段使用，包括433、868、915MHz。LoRa 技术是一种超长距离的小无线技术，融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术。使用LoRa技术可以有数万个无线数传模块组成的一个无线数传网络，类似现有的移动通信的基站网，每一个节点类似移动网络的手机用户，在整个网络覆盖范围内，每个网络节点和网关间的可视通信距离可以达到5公里，甚至更远。LoRa技术具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特点。

若是将LoRa系统融入到智能化潮汐车道的控制中，将可以摆脱单纯依靠交警手持遥控器来控制智能化潮汐车道的缺陷，以实现智能化潮汐车道的集中控制，并能够极大的降低生产成本，降低智能化潮汐车道的整体功耗，提高智能化潮汐车道的普及率。

定位系统在潮汐车道自动运行的使用中有着极为重要的作用，目前的定位系统主要包括美国的GPS卫星导航系统、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)卫星导航系统和我国的北斗卫星导航系统。

美国GPS卫星导航系统是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。该系统由空间运行的卫星星座、地面控制部分、用户部分等三部分组成。GPS卫星导航系统起始于I958年美国军方的一个项目，l964年投入使用，20世纪70 年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS，主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，到l994年，全球覆盖率高达98％的24颗GPS 卫星星座己布设完成。在GPS卫星导航系统使用的过程中，全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科，取得了好的经济效益和社会效益。GPS卫星导航系统的工作卫星位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面 4颗)，轨道倾角为55°。此外，还有3颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低，目前达到的精度约为10 米。

格洛纳斯(GLONASS)，是俄语"全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITESYSTEM"的缩写。格洛纳斯卫星导航系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划，俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统，该系统于2007年开始运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009 年，其服务范围已经拓展到全球。格洛纳斯卫星导航系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。GLONASS星座共由30颗卫星组成，27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度，目前精度达到 10米左右。

北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航定位系统，是继美国 GPS卫星导航系统和俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统之后第三个全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统提供全球范围、全天候、高精度的卫星导航定位和授时服务，并具有特有的短报文通信能力。2012年12月27日，北斗卫星导航系统启动区域性正式服务，具备覆盖亚太地区，是我国航天科技和卫星通信向产业化、市场化发展的里程碑。在底面设施的配合下，北斗卫星导航系统的实时定位精度已经远远高于GPS卫星导航系统，现在已经达到了80公里/小时情况下的2厘米的精度。

随着交通运输各领域北斗卫星导航系统普及程度的显著提高，应用环境的进一步完善，服务能力的明显增强，北斗卫星导航系统的应用取得了极为显著的成果，为此，基于北斗卫星导航系统，提出非定时段潮汐车道可控隔离墩方式的变道导向方法，通过设计基于北斗卫星导航系统的车道变更机器人实现车道变更，结合现有的监控及车牌识别技术能够在变更车道时实现全自动无人操作，再利用大数据系统，最终可以实现全天候车道的自动调节，解决由潮汐现象、交通事故、天气异常等问题导致的道路拥堵问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术的不知，提出了一种车道变更机器人及潮汐车道变更方法，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。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种车道变更机器人，包括A墩、B墩和连接护栏，连接护栏的一端铰接在A墩的中心轴上，连接护栏的另一端与B墩固定连接；

所述A墩和B墩上均设置有北斗模块、嵌入式控制模块、报警灯、太阳能电池板、铅酸蓄电池、LoRa模块、底盘和外壳，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，所述北斗模块均设置在外壳内部，移动机构和锁定机构均设置在底盘上；

所述A墩的底盘上安装有三个定向轮，包括一个主动轮和两个被动轮，A 墩的底盘上还设置有一个定向电机，定向电机连接主动轮被驱动所述主动轮转动，通过主动轮运动带动整个A墩的运动；所述A墩内部还设置有护栏驱动电机，护栏驱动电机连接连接护栏，护栏驱动电机运动时带动所述连接护栏和B 墩组成的整体绕中心轴进行转动；所述A墩的内部还设置有第一激光测距仪和第一测距仪驱动电机，第一测距仪驱动电机连接第一激光测距仪并带动所述第一激光测距仪的转动，A墩上开设有水平大槽口，连接护栏穿过水平大槽口连接中心轴且第一激光测距仪透过水平大槽口照射到A墩外部，连接护栏穿过水平大槽口连接到护栏驱动电机的驱动轴连接的中心轴上；

所述B墩的底盘上安装有三个万向轮，B墩的内部还设置有第二激光测距仪和第二测距仪驱动电机，第二测距仪驱动电机连接第二激光测距仪并带动所述第二激光测距仪的转动，B墩上开设有水平小槽口，第二激光测距仪透过水平小槽口照射到B墩外部。

一种潮汐车道变更方法，采用沿潮汐车道一侧均布的上述车道变更机器人，包括如下步骤：

S1：控制潮汐车道的信号灯，使潮汐车道入口处的信号灯转换为红灯；并启动第一组车道变更机器人；

S2：A墩和B墩分别进行上电初始化，并判断自身是否存在故障，故障判断包括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、无线传输模块是否能正常传递信息以及隔离墩内所有的电机是否能够正常工作；若A墩或B墩存在故障，则对存在故障的A墩或B墩进行重启后再对该隔离墩进行故障判断，若A墩或B墩仍存在故障，则将存在故障的A墩或B墩的故障信息传递给路段控制基站，并点亮该隔离墩的警报灯，不对该隔离墩进行移动；若A 墩和B墩均不存在故障，则判断A墩和B墩可以进行移动，并进入S3步骤；

S3：A墩和B墩分别获取目标位置信息，并将当前位置与目标位置的连接划分成若干份，每份的长度为10cm，获取划分后的分段目标位置信息；A墩和 B墩以轮流运动每次运动10cm的方式向目标位置移动；

S4：A墩首先打开自身的报警灯并进行障碍判断，障碍判断的方式为激光测距法，在A墩每次运动前，B墩上的第二激光测距仪沿连接护栏的方向直射到A墩上，检测时向潮汐车道方向转动B墩上的第二测距仪驱动电机，使B墩上的第二激光测距仪的朝向与连接护栏呈5度，在B墩上的第二激光测距仪发射出光线后进行障碍判断，连接护栏的长度为S，若激光转动电机转动的过程中激光测距仪测得的距离始终大于则判断第二激光测距仪发出的光线并未被遮挡，即A墩的运动路径上有一段10cm长的行程并无障碍，进入S5步骤中；若激光转动电机转动的过程中激光测距仪测得的距离出现过小于的情况，则判断激光测距仪发出的光线被阻挡过，则延时3s后再次对A墩进行障碍判断；

S5：松开A墩和B墩的锁定装置，A墩在定向电机的驱动下向分段目标位置方向进行直线运动，A墩的运动距离为10cm，控制电机使A墩直线运动10cm，在A墩运动时，B墩保持自由的跟随状态，在A墩移动完10cm后，A墩通过北斗模块确定当前自身的当前位置信息，并将当前位置信息与步骤S5中获得的第一个分段位置信息进行对比，若A墩的当前位置信息与第一个分段位置信息相重合，则A墩运动到分段位置后关闭报警灯并锁紧锁定装置，若A墩的当前位置信息与第一个分段位置信息不重合，则A墩继续运动直至A墩的当前位置信息与第一个分段位置信息相重合；

S6：在B墩每次运动前，A墩上的第一激光测距仪沿连接护栏的方向直射到B墩上，检测时向潮汐车道方向转动A墩上的第一测距仪驱动电机，使A墩上的第一激光测距仪的朝向与连接护栏呈5度，在A墩上的第一激光测距仪发射出光线后进行障碍判断，若第一测距仪驱动电机转动的过程中第一激光测距仪测得的距离始终大于则判断第一激光测距仪发出的光线并未被遮挡，即B墩的运动路径上有一段行程并无障碍，进入S8步骤中；；若激光转动电机转动的过程中第一激光测距仪测得的距离出现过小于的情况，则判断第一激光测距仪发出的光线被阻挡过，则延时3s后再次对B墩进行障碍判断；

S7：驱动A墩上的护栏转动电机，护栏转动电机带动连接护栏和B墩组成的整体绕A墩进行转动；在B墩移动完10cm后，B墩通过北斗模块确定当前自身的当前位置信息，并将当前位置信息与步骤S5中获得的第一个分段位置信息进行对比，若B墩的当前位置信息与分段位置信息相重合，则进入S9步骤；若B墩的当前位置信息与分段位置信息不重合，则B墩继续运动直至B墩的当前位置与分段位置相重合；

S8：路段控制基站向A墩和B墩依次发送剩下的分段位置信息，并重复上述S5～S8步骤，直至A墩和B墩均达到目标位置，完成一组车道变更机器人的移动；

S9：第一组隔离墩组的移动完成后，剩下的隔离墩组依次重复上述S2～S8 步骤，直至所有的隔离墩组均移动到潮汐车道的另一侧；

S10：控制潮汐车道的信号灯，使其新的入口方向为绿灯，完成整个潮汐车道的变换过程。

本实用新型的有益效果在于：1、本实用新型利用在潮汐车道的一侧移动式隔离墩，需要变换车道时直接将移动时隔离墩移动到另一侧车道的方式实现潮汐车道的变换，灵活机动，成本低。

2、本实用新型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，避免本实用新型的装置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，避免本实用新型的装置在移动使与车辆发生碰撞。

3、本实用新型利用北斗系统精确定位实现多车道变更，定位的精度高达厘米级，能够精确实现车道变更机器人的移动定位，精度高；同时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，实现自动控制。

4、本实用新型采用A隔离墩带动B隔离墩一起移动的方式，减少了B墩上的万向轮驱动电机的使用，减少了整体的成本。

5、本实用新型的刹车定位不仅依靠墩子内部的刹车机构，还可以直接将A 墩或B墩的外壳整体下降放置到地面上，实现墩子的外壳侧面直接与地面接触，避免仅A墩和B墩的车轮与地面接触导致的隔离墩滑动，更好地实现了定位，而且外壳下降的定位方式能够有效的防止A墩或B墩内部进入杂物，从而影响隔离墩的正常使用。

6、本实用新型通过在隔离墩的外壳上设置太阳能发电板和内部设置的铅酸蓄电池实现隔离墩的随时充电以及无电缆状态下的使用，因为一天中变更车道的次数一般仅一到两次，所以铅酸蓄电池完全可以实现每天变更车道的更能，同时太阳能发电板能够保证隔离墩更长时间的续航。

7、本实用新型通过报警灯的设置可以是隔离墩不仅在使用时起到警示作用，还能在隔离墩内部出现故障时进行故障报警，防止因隔离墩故障导致的车道无法变更状况。

8、本实用新型在到达最终位置后可以通过底盘驱动电机带动隔离墩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。

9、本实用新型通过闭环控制车道变更机器人的运动，车道变更机器人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。

附图说明

图1是本实用新型一种车道变更机器人的俯视结构示意图。

图2是本实用新型一种车道变更机器人的主视结构示意图。

图3是本实用新型A墩的三维结构示意图。

图4是本实用新型B墩的三维结构示意图。

图5是本实用新型A墩的剖视结构示意图。

图6是本实用新型B墩的剖视结构示意图。

图7是本实用新型一组车道变更机器人进行车道变更的流程示意图。

图中,1-A墩、2-B墩、3-连接护栏、4-外壳、5-报警灯、6-太阳能电池板、 7-铅酸蓄电池、8-LoRa模块、9-底盘、10-底盘驱动电机、11-滚珠丝杠、12-丝杠螺母、13-联轴器、14-主动轮、15-被动轮、16-万向轮、17-护栏驱动电机、18- 第一测距仪驱动电机、19-第一激光测距仪、20-第二测距仪驱动电机、21-第二激光测距仪、22-水平大槽口、23-水平小槽口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1～6所示，一种车道变更机器人，包括A墩1、B墩2和连接护栏3，连接护栏3的一端铰接在A墩1的中心轴上，连接护栏3的另一端与B墩2固定连接。其中A墩1作为运动的主动墩，B墩2作为运动的从动墩跟随A墩1 和连接护栏3一起移动。

所述A墩1和B墩2上均设置有北斗模块8、嵌入式控制模块、报警灯5、太阳能电池板6、铅酸蓄电池7、LoRa模块、底盘9和外壳4，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7固定在底盘9上，底盘9套装在外壳4底部，底盘9上设置有凸块，外壳4底部设置有与底盘9上的凸块相配合的凹槽，外壳4上还固定有底盘驱动电机10，底盘驱动电机10连接滚珠丝杠11，底盘9上设置有与所述滚珠丝杠11相配合的丝杠螺母12，所述丝杠螺母12套装在所述滚珠丝杠11上，底盘驱动电机10通过联轴器13连接滚珠丝杠11，底盘驱动电机10带动滚珠丝杠11转动时驱动底盘9在外壳4的底部上下运动，底盘9运动到最低点时与地面接触，此时底盘9将整个车道变更机器人的重量转移到由地面来承受，相当于整个车道变更机器人变成一个防止在地面上的桩子，可以有效防止车道变更机器人在地面的移动；所述外壳4上端设置有报警灯5，外壳4的外表面设置有太阳能电池板6，太阳能电池板6通过太阳能充电电路连接铅酸蓄电池7。

所述北斗模块8均设置在外壳4内部，A墩1和B墩2的顶部均开有空槽，空槽上方扣有端盖，北斗模块8位于空槽内部。

A墩1和B墩2的移动机构和锁定机构均设置在底盘9上；A墩1和B墩 2的的锁定机构均为限定其移动机构移动的刹车机构。

所述A墩1的底盘9上安装有三个定向轮，包括一个主动轮14和两个被动轮15，A墩1的底盘9上还设置有一个定向电机，定向电机连接主动轮14被驱动所述主动轮14转动，通过主动轮14运动带动整个A墩1的运动；所述A墩 1内部还设置有护栏驱动电机17，护栏驱动电机17连接连接护栏3，护栏驱动电机17运动时带动所述连接护栏和B墩2组成的整体绕中心轴进行转动；所述 A墩1的内部还设置有第一激光测距仪19和第一测距仪驱动电机18，第一测距仪驱动电机18连接第一激光测距仪19并带动所述第一激光测距仪19的转动， A墩1上开设有水平大槽口22，连接护栏3穿过水平大槽口22连接中心轴且第一激光测距仪19透过水平大槽口22照射到A墩1外部，连接护栏3穿过水平大槽口22连接到护栏驱动电机17的驱动轴连接的中心轴上；

所述B墩2的底盘9上安装有三个万向轮16，B墩2的内部还设置有第二激光测距仪21和第二测距仪驱动电机20，第二测距仪驱动电机20连接第二激光测距仪21并带动所述第二激光测距仪21的转动，B墩2上开设有水平小槽口 23，第二激光测距仪21透过水平小槽口23照射到B墩2外部。

潮汐车道的整体控制系统还包括远程控制中心和交通信号灯后台数据服务器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，远程控制中心将潮汐车道变更信号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路段上所有的车道变更机器人群组上，各车道变更机器人群组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。远程控制中心、路段控制基站和车道变更机器人由上至下构成三层几个结构式系统。

路段控制基站包括基站控制模块、LoRa物联网基站和通信模块，所述LoRa 物联网基站和通讯模块均与基站控制模块通过串口连接，所述基站通过LoRa物联网基站与车道变更机器人上的LoRa模块实现LoRa无线通讯连接，所述基站通过通信模块实现与控制中心的通讯连接，所述基站控制模块一方面接收控制中心发出的运动指令并将运动指令后生成对各个车道变更机器人的控制命令，基站控制模块通过LoRa物联网基站将控制命令发送到对应的车道变更机器人的LoRa模块上；另一方面接收车道变更机器人执行移动指令后通过LoRa模块发送出的新的位置信息，并将该位置信息通过通信模块传输给控制中心。

如图7所示，一种潮汐车道变更方法，采用沿潮汐车道一侧均布的上述车道变更机器人，包括如下步骤：

S1：控制潮汐车道的信号灯，使潮汐车道入口处的信号灯转换为红灯；并启动第一组车道变更机器人；

S2：A墩1和B墩2分别进行上电初始化，并判断自身是否存在故障，故障判断包括蓄电池电量是否够用的判断、北斗模块8是否能够定位的判断、无线传输模块是否能正常传递信息以及隔离墩内所有的电机是否能够正常工作；若A墩1或B墩2存在故障，则对存在故障的A墩1或B墩2进行重启后再对该隔离墩进行故障判断，若A墩1或B墩2仍存在故障，则将存在故障的A墩 1或B墩2的故障信息传递给路段控制基站，并点亮该隔离墩的警报灯，不对该隔离墩进行移动；若A墩1和B墩2均不存在故障，则判断A墩1和B墩2可以进行移动，并进入S3步骤；

S3：A墩1和B墩2分别获取目标位置信息，并将当前位置与目标位置的连接划分成若干份，每份的长度为10cm，获取划分后的分段目标位置信息；A 墩1和B墩2以轮流运动每次运动10cm的方式向目标位置移动；

S4：A墩1首先打开自身的报警灯5并进行障碍判断，障碍判断的方式为激光测距法，在A墩1每次运动前，B墩2上的第二激光测距仪21沿连接护栏 3的方向直射到A墩1上，检测时向潮汐车道方向转动B墩2上的第二测距仪驱动电机20，使B墩2上的第二激光测距仪21的朝向与连接护栏3呈5度，在 B墩2上的第二激光测距仪21发射出光线后进行障碍判断，连接护栏3的长度为S，若激光转动电机转动的过程中激光测距仪测得的距离始终大于则判断第二激光测距仪21发出的光线并未被遮挡，即A墩1的运动路径上有一段10cm长的行程并无障碍，进入S5步骤中；若激光转动电机转动的过程中激光测距仪测得的距离出现过小于的情况，则判断激光测距仪发出的光线被阻挡过，则延时3s后再次对A墩1进行障碍判断；

S5：松开A墩1和B墩2的锁定装置，A墩1在定向电机的驱动下向分段目标位置方向进行直线运动，A墩1的运动距离为10cm，控制电机使A墩1直线运动10cm，在A墩1运动时，B墩2保持自由的跟随状态，在A墩1移动完 10cm后，A墩1通过北斗模块8确定当前自身的当前位置信息，并将当前位置信息与步骤S5中获得的第一个分段位置信息进行对比，若A墩1的当前位置信息与第一个分段位置信息相重合，则A墩1运动到分段位置后关闭报警灯5并锁紧锁定装置，若A墩1的当前位置信息与第一个分段位置信息不重合，则A 墩1继续运动直至A墩1的当前位置信息与第一个分段位置信息相重合；

S6：在B墩2每次运动前，A墩1上的第一激光测距仪19沿连接护栏3的方向直射到B墩2上，检测时向潮汐车道方向转动A墩1上的第一测距仪驱动电机18，使A墩1上的第一激光测距仪19的朝向与连接护栏3呈5度，在A 墩1上的第一激光测距仪19发射出光线后进行障碍判断，若第一测距仪驱动电机18转动的过程中第一激光测距仪19测得的距离始终大于则判断第一激光测距仪19发出的光线并未被遮挡，即B墩2的运动路径上有一段行程并无障碍，进入S8步骤中；；若激光转动电机转动的过程中第一激光测距仪19测得的距离出现过小于的情况，则判断第一激光测距仪19发出的光线被阻挡过，则延时3s后再次对B墩2进行障碍判断；

S7：驱动A墩1上的护栏转动电机，护栏转动电机带动连接护栏3和B墩 2组成的整体绕A墩1进行转动；在B墩2移动完10cm后，B墩2通过北斗模块8确定当前自身的当前位置信息，并将当前位置信息与步骤S5中获得的第一个分段位置信息进行对比，若B墩2的当前位置信息与分段位置信息相重合，则进入S9步骤；若B墩2的当前位置信息与分段位置信息不重合，则B墩2 继续运动直至B墩2的当前位置与分段位置相重合；

S8：路段控制基站向A墩1和B墩2依次发送剩下的分段位置信息，并重复上述S5～S8步骤，直至A墩1和B墩2均达到目标位置，完成一组车道变更机器人的移动；

S9：第一组隔离墩组的移动完成后，剩下的隔离墩组依次重复上述S2～S8 步骤，直至所有的隔离墩组均移动到潮汐车道的另一侧；

S10：控制潮汐车道的信号灯，使其新的入口方向为绿灯，完成整个潮汐车道的变换过程。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种车道变更机器人，其特征在于：包括A墩(1)、B墩(2)和连接护栏(3)，连接护栏(3)的一端铰接在A墩(1)的中心轴上，连接护栏(3)的另一端与B墩(2)固定连接；

所述A墩(1)和B墩(2)上均设置有北斗模块(8)、嵌入式控制模块、报警灯(5)、太阳能电池板(6)、铅酸蓄电池(7)、LoRa模块、底盘(9)和外壳(4)，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(7)固定在底盘(9)上，底盘(9)套装在外壳(4)底部，底盘(9)上设置有凸块，外壳(4)底部设置有与底盘(9)上的凸块相配合的凹槽，外壳(4)上还固定有底盘驱动电机(10)，底盘驱动电机(10)连接滚珠丝杠(11)，底盘(9)上设置有与所述滚珠丝杠(11)相配合的丝杠螺母(12)，所述丝杠螺母(12)套装在所述滚珠丝杠(11)上，底盘驱动电机(10)带动滚珠丝杠(11)转动时驱动底盘(9)在外壳(4)的底部上下运动；所述外壳(4)上端设置有报警灯(5)，外壳(4)的外表面设置有太阳能电池板(6)，太阳能电池板(6)通过太阳能充电电路连接铅酸蓄电池(7)，所述北斗模块(8)均设置在外壳(4)内部，A墩(1)和B墩(2)的移动机构和锁定机构均设置在底盘(9)上；

所述A墩(1)的底盘(9)上安装有三个定向轮，包括一个主动轮(14)和两个被动轮(15)，A墩(1)的底盘(9)上还设置有一个定向电机，定向电机连接主动轮(14)被驱动所述主动轮(14)转动，通过主动轮(14)运动带动整个A墩(1)的运动；所述A墩(1)内部还设置有护栏驱动电机(17)，护栏驱动电机(17)连接连接护栏(3)，护栏驱动电机(17)运动时带动所述连接护栏和B墩(2)组成的整体绕中心轴进行转动；所述A墩(1)的内部还设置有第一激光测距仪(19)和第一测距仪驱动电机(18)，第一测距仪驱动电机(18)连接第一激光测距仪(19)并带动所述第一激光测距仪(19)的转动，A墩(1)上开设有水平大槽口(22)，连接护栏(3)穿过水平大槽口(22)连接中心轴且第一激光测距仪(19)透过水平大槽口(22)照射到A墩(1)外部，连接护栏(3)穿过水平大槽口(22)连接到护栏驱动电机(17)的驱动轴连接的中心轴上；

所述B墩(2)的底盘(9)上安装有三个万向轮(16)，B墩(2)的内部还设置有第二激光测距仪(21)和第二测距仪驱动电机(20)，第二测距仪驱动电机(20)连接第二激光测距仪(21)并带动所述第二激光测距仪(21)的转动，B墩(2)上开设有水平小槽口(23)，第二激光测距仪(21)透过水平小槽口(23)照射到B墩(2)外部。