远程智能控制的实时路况交通指挥机器人设计

远程智能控制的实时路况交通指挥机器人设计

俞鹤 王豪杰 吴磊 钱超 卢承领 李晓伟

皖西学院电气与光电工程学院，安徽省 六安市 237012

摘要: 本设计是一款基于路况的智能指挥机器人，它基于视频处理技术，计算机控制技术，数据传输技术，主要实现探测计数功能、实时控制功能、道路指挥功能、数据分享交流功能。本产品不局限于对一个路口的指挥控制，它可将每条街道的各个路口的交通情况上传至控制系统，让还未发生堵塞的路口提前控制，有效减缓特殊时段的交通拥挤情况，从而保证各个连续路口的交通的畅通。

关键词： 机器人，智慧交通，单片机

1. 前言

随着计算机技术的发展,人体交互技术越来越多的受到人们的重视，将基于体感识别的骨骼追踪技术与机器人相结合，成为智能交互领域发展的重要方向。该机器人是由机械部分和微机控制部分组成，机械部分包括颈关节机构、肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构和转向机构。微机控制部分是由视频处理器、交通信号发生器、人—机界面单片机系统、液晶显示屏、串行口电平转换器、规范动作单片机系统、多个分解动作单片机控制器和电源组成。该机可按照交通信号灯的指示状态及交叉路口的现场实况，完成交警各种规范动作。因为是交通指挥机器人，所以机器人的踝关节机构等腿部结构也可以用转向灵活的小车代替。此外它的腰部结构装有一个舵机控制转向，肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构等手臂构造均由舵机构成，这样机器人就可以像人一样挥动手臂指挥交通。

实现机器人指挥交通的前提是机器人可以正确做出各种交通指挥手势，这就需要机器人有和人一样的灵活的躯体。从智能交通手势指挥的角度，开发一种新模式的人形机器人姿态控制的智能交通指挥系统，该系统可以模仿人体手臂，根据计算机软件控制机械臂的舵机的转向运动，并将运动数据传输给计算机，安全实时指挥交通。

2. 机械部分设计

机械部分包括颈关节机械、肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构、转向机构，颈关节机构为一根颈轴，其一端装有齿带轮组，并由电机驱动，另一端为头部，肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构组成机器人手臂，机器人手臂的肢干部分由肩轴、大臂主管和大臂副管、小臂轴、手骨架连接构成，肩轴的一端装有齿带轮组，并由电机驱动使肩轴及其上的连接件整体转动，大臂副管由装在大臂主管内的电机驱动可转动 ，在大臂主管、小臂轴和手骨架的左端分别垂直其轴线固定装有轴，轴由电机通过各自的齿带轮组驱动可转动，机器人的腿部为一立柱，其上端装有转向头，下端为脚部，转向头处装有齿带轮组，机器人脚部的下面装有转脚机构和脚部动作分解执行机构。

图 1.机械臂结构图

3. 控制系统设计

智能交通机器人主要模块有视频模块、显示模块、充电模块、电机模块、传感器模块、声光提示模块等。

图2.电气设计模块

（1）充电模块

为了让机器人能够全天候地工作，必须让它有足够的能量储备，再加上它可以在一定范围移动。为此，在多雨地区项目采用无线充电技术给它供电。磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。利用磁场共振充电的无线充电器由能量发送装置和能量接受装置组成，当这两个装置位于相同频率下时，引起共振，可以相互交换彼此的能量，从而将能量由输送端传送至接收端，完成无线充电。在太阳能充足的地方，项目用太阳能蓄电池给机器人供电。当然上面也说过可以用二者这种的方式给机器人供能。

（2）传感器

采用视频监测道路的情况，可以采用路口的摄像头来采集信息，简单实用而且较为方便，对图形处理的精度要求较高。最重要的是它比光电开关更能准确处理路口的车辆信息。

（3）电机模块

采用微型伺服电机。一个微型伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比越大，伺服马达的输出扭力也越大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也越低。项目正是依靠伺服马达的两个输出转矩作为驱动的来源。

4.设计产品有点

(1)供电方式多样化。本款产品使用多种充电方式以适应不同天气环境，相较于其他智能交通设备，该机器人确实为一款适应当下时代需求的绿色产品。对于阳光充足的区域，本产品可使用太阳能充电，不仅绿色环保且价格便宜，可源源不断给机器人进行供电，且可储存足量电能以在夜晚使用，这就节省了人力物力财力、节约成本，可以全天运行。对于多雨水地区，项目可使用无线充电方式，多种充电方式保障机器人安全稳定的运行。

(2)大数据库收集、处理数据。交通路况信息数据量大、种类多、 要求实时性强、所蕴藏的价值大，而且纷繁复杂，这就要求项目采用大数据库搜索、处理、分析、归纳、总结其深层次的规律，不断优化产品的分析能力，也便于项目对不同道路路况信息的采集。结合大数据库，符合当下时代的需要，利于该智能交通机器人产品不断优化处理能力，也便于我国交通部门对各个路段路况的监测。而且，我国大大小小的十字路口达千万个，不同城市不同道路的路况信息存在很大差距，通过大数据库进行存储不同种类道路的路况信息，形成一个较为完整的全国范围内的交通信息数据库，在不断优化机器人判断预测能力的同时，也向交通部门及时反映实时路况信息。

5.结语

设计了一款远程智能控制的实时路况交通指挥机器人设计，进行了机械设计和控制系统设计。具有诸多优势，比如具备(1)实时控制能力。目前交通路口的红绿灯时间大多数都是固定不变的，无论是上下班高峰还是车流稀疏的情况下，路口对各个方向通行的时间基本上是固定的，使得经常出现交通堵塞的情况，给人们出行带来了很大的不便。同时，每次在遇到特殊情况时，交通部门都必须要派出交通警察来人工控制交通以疏散拥堵的车辆或者人群，尤其是在恶劣的天气情况下，给人们带来很大不便。项目的这款产品不仅能够自我实时探测路况，还具备自我分析能力，可根据探测到的车辆的数目计算出最佳通行时间，通过做出不同的手势来指挥道路，大大减轻了交警负担，解决了因特殊情况而导致的交通拥堵的状况。（2）信息交流更新快。本产品不是单独的一个路口的控制装置，它通过每个路口的该产品的信息交流，实时更新数据，并对此迅速做出反应。

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