一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统 |
|||||||
| 申请号 | CN202410013588.8 | 申请日 | 2024-01-04 | 公开(公告)号 | CN117935544A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 上海理工大学; | 发明人 | 蒋盛川; 干宏程; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统，包括：智能网联平台和路锥；路锥包括：通信模 块 、控 制模 块、运动模块、高 精度 定位 模块、 碰撞检测 模块、路锥主体、无人平台；高精度定位模块嵌设于路锥主体内部， 控制模块 、运动模块的 电池 和 电机 、通信模块均封装于无人平台中，碰撞检测模块设于无人平台上；通信模块通过通信模块 接口 与智能网联平台、控制模块分别通信连接，控制模块与运动模块、高精度定位模块、碰撞检测模块分别通信连接。与 现有技术 相比，本发明中的路锥不但可以自行移动，还具备碰撞检测、远程操控、平台管控功能，本发明无需人工到场操作， 覆盖 范围远，智能化 水 平大大提升，并保障了移动过程中的安全性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统，其特征在于，包括：智能网联平台和路锥； |
||||||
| 说明书全文 | 一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统技术领域[0001] 本发明涉及一种路锥系统，尤其是涉及一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统。 背景技术[0002] 路锥是道路交通管控的重要设施，在交通管控、道路施工、交通事故等场景被广泛用于道路封闭的隔离和警示。然而，现有的路锥只能通过人工摆放，存在效率低下、摆放速度慢、安全性低等问题，尤其是在高速交通场景下。 [0003] 现有的研究已经有了一些可移动的路锥。专利202120702300.X公开了一种含有摄像头、履带式底盘的自行式智能路锥；专利201721080874.8公开了一种三轮自动移动智能路锥。但这些移动路锥未考虑行进过程中可能遇到的障碍物或是碰撞情况，其自身状态信息也不能得到实时的反馈。 发明内容[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统，本发明中的路锥不但可以自行移动，还具备碰撞检测、远程操控、平台管控功能，本发明无需人工到场操作，覆盖范围远，智能化水平大大提升，并保障了移动过程中的安全性。 [0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： [0006] 本发明提供一种基于无人平台的智能移动避障路锥系统，包括：智能网联平台和路锥； [0007] 智能网联平台用于路锥的远程监控、管理和控制；具体的，智能网联平台是一个云端的软件管理平台系统，主要用于智能路锥的远程监控、管理和控制。智能网联平台通过通信模块与控制模块建立通信，下发指令并接收路锥状态数据，包括路锥的位置、状态、电量、传感器数据信息，保证路锥的安全性和有效性；可以通过智能网联平台远程控制智能路锥的移动、停止、角度调整、姿态调整，提高路锥的操作效率和准确性；可以通过智能网联平台统计智能路锥的使用情况，包括使用时间、移动轨迹、电量消耗等，为管理和维护提供数据支持；可以通过智能网联平台实时接收路锥的前方障碍物信息，提供人工接入处理和响应渠道，提高路锥的运行安全性。 [0009] 通信模块用于实现智能网联平台与路锥间远程通信； [0010] 控制模块用于控制运动模块做出避让反应； [0011] 运动模块用于实现路锥的机械移动，运动模块包括：四轮车轮、电池、电机；四轮车轮选用具有高强度、耐磨损、抗压能力强的橡胶材质车轮，四个车轮通过直流无刷电机分别驱动，可分别调整电机功率和转速以增加路锥的动作灵活度。四轮车轮可以更好地适应各种路况，如坡道、道路坑槽、裂缝，具有更高的通过障碍能力和载重能力。 [0012] 高精度定位模块用于提供路锥的位置信息； [0013] 碰撞检测模块用于检测路锥移动方向上障碍物距离和速度参数； [0014] 无人平台设于路锥主体底部，高精度定位模块嵌设于路锥主体内部，控制模块、运动模块的电池和电机、通信模块均封装于无人平台中，四轮车轮设于无人平台的底部，碰撞检测模块设于无人平台上； [0016] 进一步的，路锥还包括信息发布模块，信息发布模块设于路锥主体的上部，信息发布模块用于发布交通诱导信息。 [0017] 进一步的，信息发布模块为LED点阵屏。 [0018] 进一步的，控制模块为单片机，可以通过USB口提前烧录好程序，控制模块控制运动模块、高精度定位模块、碰撞检测模块和信息发布模块的功能动作，主要包括：控制模块读取高精度定位模块的位置数据和碰撞检测模块的障碍物距离速度信息；驱动电机控制运动模块移动路径；控制运动模块对碰撞预警信息做出反应，更改移动路径；在到达路锥停放地点后，控制信息发布模块显示文字、标识信息。 [0019] 进一步的，高精度定位模块包括全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)。GPS接收器可以提供卫星全球定位信息，INS可以提供路锥的运动状态和姿态信息，控制模块对这些信息进行集成和处理，进行数据融合和计算，从而获得更准确的定位信息。 [0020] 进一步的，碰撞检测模块包括激光雷达、处理器、存储器；碰撞检测模块主要用于检测路锥在移动方向上与其他车辆、行人或障碍物之间的距离和速度参数。在到达指定区域后，由这两个参数判断可能发生碰撞的障碍物位置，并由信息发布模块及时预警，以防止发生碰撞事故。同时，检测到障碍物后，由控制模块控制运动模块做出避让反应，避免运动过程中碰撞事件的发生。 [0021] 激光雷达实现对障碍物的扫描与识别，获取点云数据集，处理器运行存储器中的算法，将激光雷达获取的物体点云数据转换为障碍物信息，通过测量障碍物坐标或雷达反射波传输时长来计算路锥与前方障碍物的距离d；当物体相对于激光雷达运动时，反射的激光光束频率会发生变化，以此来计算出障碍物相对于智能路锥的速度v。 [0022] 进一步的，碰撞检测模块检测障碍物的距离d和相对速度v的具体算法为： [0023] 设激光雷达扫描到的障碍物在平面直角坐标系中的坐标为(x，y)，激光雷达的坐标为(x0，y0)。则障碍物到激光雷达的坐标距离d1可以表示为： [0024] [0025] 同时，激光雷达可以通过测量反射波传输时间来计算反射距离d2，设激光雷达发射激光脉冲时刻为t1，接收到反射光脉冲时刻为t2，激光的速度为c，则距离d2可以表示为： [0026] [0027] 智能路锥与前方障碍物的距离D由以上两个距离取平均得出，以减少测量过程中可能产生的误差， [0028] [0029] 当障碍物相对于激光雷达运动时，反射的激光光束频率会发生变化，根据多普勒效应，可以计算出障碍物的相对速度v，设障碍物的速度方向与激光雷达的夹角为θ，则相对速度v可以表示为： [0030] [0031] 其中，f是反射光的频率。 [0032] 进一步的，激光雷达为镭神16线激光雷达C16。 [0033] 进一步的，通信模块接口中插有4G/5G网卡，通信模块通过通信模块接口与智能网联平台通信。通信模块为具有信号发射功能的网络芯片，通过设置相应的通信协议和接口，使得用户可以通过智能网联平台连接到路锥的通信模块，通过发送控制指令来控制路锥的运动、信息发布等功能。同时，路锥的通信模块还可以实时地将路锥的状态信息、位置信息等数据上传到云端，用户可进行实时监控和管理。 [0034] 进一步的，控制模块为Arduino Nano。 [0035] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： [0036] (1)自动化程度高。无需人工操作，减少人工设置管控区的危险性。 [0037] (2)移动过程安全性高。具备碰撞检测功能和障碍避让功能，移动过程中对障碍物作出反应，避免碰撞。 [0038] (3)状态可感知。具体通信模块和智能网联平台，可将路锥的状态信息、位置信息等数据实时上传到云端。 [0039] (4)信息发布更清晰。设置专门信息发布模块，相较于传统路锥诱导信息发布更清晰。 [0041] 图1为基于无人平台的智能移动避障路锥系统的示意图。 [0042] 图2为实施例1中路锥的正视图。 [0043] 图3为实施例1中路锥的仰视图。 [0044] 附图标记：1‑信息发布模块；2‑路锥主体；3‑高精度定位模块；4‑碰撞检测模块；5‑无人平台；6‑四轮车轮；7‑通信模块接口。 具体实施方式[0045] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。 [0046] 实施例1 [0047] 本实施例提供基于无人平台的智能移动避障路锥系统，包括：智能网联平台和路锥； [0048] 智能网联平台用于路锥的远程监控、管理和控制；具体的，智能网联平台是一个云端的软件管理平台系统，主要用于智能路锥的远程监控、管理和控制。智能网联平台通过通信模块与控制模块建立通信，下发指令并接收路锥状态数据，包括路锥的位置、状态、电量、传感器数据信息，保证路锥的安全性和有效性；可以通过智能网联平台远程控制智能路锥的移动、停止、角度调整、姿态调整，提高路锥的操作效率和准确性；可以通过智能网联平台统计智能路锥的使用情况，包括使用时间、移动轨迹、电量消耗等，为管理和维护提供数据支持；可以通过智能网联平台实时接收路锥的前方障碍物信息，提供人工接入处理和响应渠道，提高路锥的运行安全性。 [0049] 路锥包括：通信模块、控制模块、运动模块、高精度定位模块3、碰撞检测模块4、路锥主体2、无人平台5； [0050] 通信模块用于实现智能网联平台与路锥间远程通信； [0051] 控制模块用于控制运动模块做出避让反应； [0052] 运动模块用于实现路锥的机械移动，运动模块包括：四轮车轮6、电池、电机；四轮车轮6选用具有高强度、耐磨损、抗压能力强的橡胶材质车轮，四个车轮通过直流无刷电机分别驱动，可分别调整电机功率和转速以增加路锥的动作灵活度。四轮车轮6可以更好地适应各种路况，如坡道、道路坑槽、裂缝，具有更高的通过障碍能力和载重能力。电池采用5000毫安时锂电充电电池，重量更轻，能量密度更好，运动续航更长。 [0053] 高精度定位模块3用于提供路锥的位置信息； [0054] 碰撞检测模块4用于检测路锥移动方向上障碍物距离和速度参数； [0055] 无人平台5设于路锥主体2底部，高精度定位模块3嵌设于路锥主体2内部，控制模块、运动模块的电池和电机、通信模块均封装于无人平台5中，四轮车轮6设于无人平台5的底部，碰撞检测模块4设于无人平台5上； [0056] 通信模块通过通信模块接口7与智能网联平台、控制模块分别通信连接，控制模块与运动模块、高精度定位模块3、碰撞检测模块4分别通信连接。 [0057] 在具体实施方式中，路锥还包括信息发布模块1，信息发布模块1设于路锥主体2的上部，信息发布模块1用于发布交通诱导信息。 [0058] 在具体实施方式中，信息发布模块1为奥拓电子双面全彩LED点阵屏。 [0059] 在具体实施方式中，控制模块为单片机，可以通过USB口提前烧录好程序，控制模块控制运动模块、高精度定位模块3、碰撞检测模块4和信息发布模块1的功能动作，主要包括：控制模块读取高精度定位模块3的位置数据和碰撞检测模块4的障碍物距离速度信息；驱动电机控制运动模块移动路径；控制运动模块对碰撞预警信息做出反应，更改移动路径； 在到达路锥停放地点后，控制信息发布模块1显示文字、标识信息。 [0060] 在具体实施方式中，高精度定位模块3包括全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)。GPS接收器可以提供卫星全球定位信息，INS可以提供路锥的运动状态和姿态信息，控制模块对这些信息进行集成和处理，进行数据融合和计算，从而获得更准确的定位信息。 [0061] 在具体实施方式中，碰撞检测模块4包括激光雷达、处理器、存储器；碰撞检测模块4主要用于检测路锥在移动方向上与其他车辆、行人或障碍物之间的距离和速度参数。在到达指定区域后，由这两个参数判断可能发生碰撞的障碍物位置，并由信息发布模块1及时预警，以防止发生碰撞事故。同时，检测到障碍物后，由控制模块控制运动模块做出避让反应，避免运动过程中碰撞事件的发生。 [0062] 激光雷达实现对障碍物的扫描与识别，获取点云数据集，处理器运行存储器中的算法，将激光雷达获取的物体点云数据转换为障碍物信息，通过测量障碍物坐标或雷达反射波传输时长来计算路锥与前方障碍物的距离d；当物体相对于激光雷达运动时，反射的激光光束频率会发生变化，以此来计算出障碍物相对于智能路锥的速度v。 [0063] 在具体实施方式中，碰撞检测模块4检测障碍物的距离d和相对速度v的具体算法为： [0064] 设激光雷达扫描到的障碍物在平面直角坐标系中的坐标为(x，y)，激光雷达的坐标为(x0，y0)。则障碍物到激光雷达的坐标距离d1可以表示为： [0065] [0066] 同时，激光雷达可以通过测量反射波传输时间来计算反射距离d2，设激光雷达发射激光脉冲时刻为t1，接收到反射光脉冲时刻为t2，激光的速度为c，则距离d2可以表示为： [0067] [0068] 智能路锥与前方障碍物的距离D由以上两个距离取平均得出，以减少测量过程中可能产生的误差， [0069] [0070] 当障碍物相对于激光雷达运动时，反射的激光光束频率会发生变化，根据多普勒效应，可以计算出障碍物的相对速度v，设障碍物的速度方向与激光雷达的夹角为θ，则相对速度v可以表示为： [0071] [0072] 其中，f是反射光的频率。 [0073] 在具体实施方式中，激光雷达为镭神16线激光雷达C16。碰撞检测模块4持续检测前方障碍物信息，通过通信模块向智能网联平台实时上传。高精度定位模块3持续更新路锥位置信息。 [0074] 在具体实施方式中，通信模块接口7中插有4G/5G网卡，通信模块通过通信模块接口7与智能网联平台通信。通信模块为具有信号发射功能的网络芯片，通过设置相应的通信协议和接口，使得用户可以通过智能网联平台连接到路锥的通信模块，通过发送控制指令来控制路锥的运动、信息发布等功能。同时，路锥的通信模块还可以实时地将路锥的状态信息、位置信息等数据上传到云端，用户可进行实时监控和管理。 [0075] 在具体实施方式中，控制模块为Arduino Nano，主频16MHz，Flash容量32KB，SRAM容量2KB，支持USB、UART等接口。 [0076] 上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0077] 本实施例中未详尽说明的构件均为可以在公开渠道购买的现有的构件。 [0078] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈