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遥控智能小车设计【17张CAD图纸3A0+毕业论文】

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关键词：: 遥控智能小车设计智能小车 cad图纸遥控智能小车毕业论文

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遥控智能小车设计

40页 18000字数+说明书+17张CAD图纸【详情如下】

U形螺栓13.dwg

主动轴10.dwg

从动轴11.dwg

卡子4.dwg

叶子板1.dwg

叶子板7.dwg

套14.dwg

套15.dwg

滑块16.dwg

电机座5.dwg

联轴器2.dwg

联轴器3.dwg

车身6.dwg

轴垫12.dwg

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QQ截图20150423183121.gif

车身6.gif

从动轴11.gif

滑块16.gif

卡子4.gif

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全部文件.gif

套15.gif

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叶子板7.gif

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主动轴10.gif

链轮8.dwg

链轮9.dwg

摘要

随着当代社会科学技术的迅猛发展，无线遥控领域作为一个新兴的课题，逐渐进入科学研究业的视野，在当今的社会中也有着越来越广泛的应用。无论是在娱乐生活、国防科技乃至文体教育等方面的应用，都有其一定的研究及利用开发的价值。

本文介绍了与遥控小车相关的机器人领域以及智能车辆领域的研究现状，对遥控小车的设计与结构做了系统的介绍，给出了遥控小车的概要设计。

详细介绍了遥控小车运动控制系统设计与实现。重点就遥控车的机械结构进行了研究。辅助针对智能小车运动控制系统的非线性界环境的不确定性，利用模糊逻辑推理的方法，允许知识边界的不确定性，

本次还通过对遥控车控制部分以及传动部分的了解，我们能更好地了解遥控车设计中所涉及的诸多问题。希望能够通过自身的研究实现其智能化，做出一定的成果，给出给定的条件来达到无线控制，以及结构的问题，以便满足其总体设计。

关键词：控制机构传动机构多传感器数据融合模糊控制

Abstract

In contemporary society with the rapid development of science and technology, wireless remote areas as a new subject, gradually entered the field of scientific research, industry in today's society has more and more widely. Whether in the entertainment, defense science, technology and education style and application, has its certain research and exploitation of value.

This car is introduced and the remote areas and related robot of intelligent vehicle research status of remote control system of basic car technology is introduced, the system is given based on the summary of remote car design.

Detailed introduces remote control system design and the car. The remote control of mechanical structure are studied. Auxiliary motion control system for intelligent car nonlinear boundary environmental uncertainty, using the method of fuzzy logic reasoning, allowing the uncertainty of knowledge boundary,

This is based on remote control and drive car parts, we can better understand the remote car design problems involved. Hope to achieve its own research through a certain achievement, intelligent, given the conditions to achieve wireless control, and the structure of the problem, in order to meet the overall design.

Keywords: control agencies transmission mechanism of multi-sensor data fusion fuzzy contro

第一章绪论1

1.1选题背景1

1.2课题在理论和实际应用方面的价值2

1.3主要研究内容4

第二章遥控智能小车的研究现状5

2.1移动机器人的发展5

2.1.1国外移动机器人的发展5

2.1.2国内移动机器人的发展6

2.2智能车辆的研究7

2.2.1国外智能车辆的研究7

2.2.2国内智能车辆的研究9

第三章遥控智能小车的关键技术10

3.1机械结构10

3.1.1车身设计介绍13

3.1.2车身设计技术要求13

3.1.3 电机的的选择14

3.1.4 主轴的选择与校核15

3.2多传感器系统与数据融合22

3.3智能技术23

第四章遥控小车的硬件系统24

4.1总体设计24

4.2处理器25

4.2.1常用处理器及其特点26

4.2.2处理器的选择26

4.3传感器27

4.3.1位置传感器28

4.3.2加速度传感器28

4.3.3红外传感器28

4.3.4超声传感器29

4.3.5视觉系统31

第五章车体的维护与保养33

结论35

致谢36

参考文献37

1.2课题在理论和实际应用方面的价值

遥控智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，它们已在许多工业部门获得广泛应用。它们可以比人类工作得更好并且成本低廉。以下列举了机器人的一些应用，所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。

1、焊接: 这时机器人与焊枪及相应配套装置一起将部件焊接在一起，这是机器人在自动化工业中最常见的一种应用。由于机器人连续运动，可以焊接得非常均匀和准确。

2、喷漆:这是另一种常见的机器人应用，尤其是在汽车工业上。由于人工喷漆时要保持通风和清洁，因此创造适合人们工作的环境是十分困难的，而且与人工操作相比，机器人更能持续不断地工作，因此机器人非常适合喷漆工作。

3、检测:对零部件、线路板及其它类似产品的检测也是机器人比较常见的应用。一般说来检测系统中还集成有其他一些设备，它们是视觉系统、X射线装置、超声波探测仪或其他类似仪器。

4、医疗应用:由于要求机器人完成的许多操作（如切开颅骨、在骨体上钻孔等）比人工操作更为准确，因此手术中许多机械操作部分都由机器人来完成。

5、帮助残疾人在日常生活中，机器人可以做很多事情来帮助残疾人，诸如将盛着食品的盘子放入微波炉，从微波炉中取出盘子，并且将盘子放到残疾人面前给他用餐等。其他许多任务也可通过编程让机器人来执行。

6、危险环境机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境下工作，人类必需采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，且不需要得到像对人一样的保护。

7、水下、太空及远程机器人也可以用于水下、太空及远程的服务和探测。虽然尚没有人被送往火星，但已有许多太空漫游车在火星登陆并对火星进行探测。如美国的“勇气”号和“机遇”号的主要任务是在火星上探水，它们已分别在其着陆区域附近找到火星上过去曾有过水的证据。

另外，遥控智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，例如能切实提高道路网络的利用率、降低车辆的燃油消耗量，尤其是在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。

1.3主要研究内容

本课题的主要研究内容包括：

（1）遥控智能小车相关领域的研究现状。本文首先概要介绍了与遥控小车相关的机器人、智能车辆和月球车的发展历史、国内外研究现状。

（2）遥控智能小车的关键技术。论文简单介绍了智能小车的关键技术，包括：机械结构、多传感器系统与数据融合和智能技术。主要研究遥控智能小车的机械结构。　　? 打开放油螺塞，取油样。

　　? 检查油的粘度指数

　如果油明显浑浊，建议尽快更换。

　　? 对于带油位螺塞的减速机

　检查油位，是否合格

安装油位螺塞

　　油的更换

　　冷却后油的粘度增大放油困难，减速机应在运行温度下换油。

　　? 切断电源，防止触电！等待减速机冷却下来无燃烧危险为止！

　　注意：换油时减速机仍应保持温热。

　　? 在放油螺塞下面放一个接油盘。

　　? 打开油位螺塞、通气器和放油螺塞。

　　? 将油全部排除。

　　? 装上放油螺塞。

　　? 注入同牌号的新油。

　　? 油量应与安装位置一致。

　　? 在油位螺塞处检查油位。

　　? 拧紧油位螺塞及通气器。

3链轮；链轮是属于一种带嵌齿式扣链齿的轮子,用以与节链环或缆索上节距准确的块体相啮合，它是一种实心或带辐条的齿轮,与(滚子)链啮合以传递运动。所以在链轮的使用中，最重要的就是齿的保护，因为在小车的运作是齿间的损伤最大。因此要定期检查齿轮，对齿轮淋油保养。　　

结论

本次设计所涉及的知识面主要是机械结构设计的内容、机械结构、机械传动、材料选择辅助的有机械专业外的传感器、处理器以及模糊控制。所以通过本次设计不及可以更好的掌握机械设计的原理与应用以及本设计在生活中的应用，而且还对本专业之外相关专业知识的应用也有了大概的了解。因此本次设计对今后自己在机械行业的进一步学习和发展起到了很好的带动作用，有很大的帮助。

参考文献

[1]徐国华，谭民．移动机器人的发展现状及其趋势[J]．机器人技术与应用，2001(3)：7-14．

[2]A·布洛基，M·布图兹，A·法斯莉等著，王武宏，沈中杰，候福国等编译．智能车辆：智能交通系统的关键技术[M]．北京：人民交通出版社，2003：33-53．

[3]吉林大学．吉林大学智能车辆课题组介绍[N]．2004．

[4]王大庆编制．美国“机遇”号成功着陆火星[N]．

[5]郭戈，罗志刚．多传感器数据融合方法的研究与进展，机电一体化[J]，2003(5)：12-17．

[6]肖海荣，富文军，张晓军等．基于多传感器数据融合的移动机器人导航，系统工程与电子技术[J]，2001，23(7)：66-68．

[7]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].7版.北京：高等教育出版社，2001．

[8]机械结构设计[M]．北京：机械工业出版社，1988．

[9]周开勤．机械零件手册[M]．4版．北京：高等教育出版社，1994．

[10]沈莲．机械工程材料[M]．北京：机械工业出版社，1999．

[11]Orlov P.fundamentals of design. [M] Moscow:Mir Pub.,1987．

[12]Kuehnle M R.Toroidal Drive Combines Cduct Engineering. [J]Aug.1979.1(3):21-22．

内容简介：: 摘要随着当代社会科学技术的迅猛发展，无线遥控领域作为一个新兴的课题，逐渐进入科学研究业的视野，在当今的社会中也有着越来越广泛的应用。无论是在娱乐生活、国防科技乃至文体教育等方面的应用，都有其一定的研究及利用开发的价值。本文介绍了与遥控小车相关的机器人领域以及智能车辆领域的研究现状，对遥控小车的设计与结构做了系统的介绍，给出了遥控小车的概要设计。详细介绍了遥控小车运动控制系统设计与实现。重点就遥控车的机械结构进行了研究。辅助针对智能小车运动控制系统的非线性界环境的不确定性，利用模糊逻辑推理的方法，允许知识边界的不确定性，本次还通过对遥控车控制部分以及传动部分的了解，我们能更好地了解遥控车设计中所涉及的诸多问题。希望能够通过自身的研究实现其智能化，做出一定的成果，给出给定的条件来达到无线控制，以及结构的问题，以便满足其总体设计。关键词：控制机构传动机构多传感器数据融合模糊控制XXXVIII AbstractIn contemporary society with the rapid development of science and technology, wireless remote areas as a new subject, gradually entered the field of scientific research, industry in todays society has more and more widely. Whether in the entertainment, defense science, technology and education style and application, has its certain research and exploitation of value.This car is introduced and the remote areas and related robot of intelligent vehicle research status of remote control system of basic car technology is introduced, the system is given based on the summary of remote car design.Detailed introduces remote control system design and the car. The remote control of mechanical structure are studied. Auxiliary motion control system for intelligent car nonlinear boundary environmental uncertainty, using the method of fuzzy logic reasoning, allowing the uncertainty of knowledge boundary,This is based on remote control and drive car parts, we can better understand the remote car design problems involved. Hope to achieve its own research through a certain achievement, intelligent, given the conditions to achieve wireless control, and the structure of the problem, in order to meet the overall design.Keywords: control agencies transmission mechanism of multi-sensor data fusion fuzzy contro目录第一章绪论11.1选题背景11.2课题在理论和实际应用方面的价值21.3主要研究内容4第二章遥控智能小车的研究现状52.1移动机器人的发展52.1.1国外移动机器人的发展52.1.2国内移动机器人的发展62.2智能车辆的研究72.2.1国外智能车辆的研究72.2.2国内智能车辆的研究9第三章遥控智能小车的关键技术103.1机械结构103.1.1车身设计介绍133.1.2车身设计技术要求133.1.3 电机的的选择143.1.4 主轴的选择与校核153.2多传感器系统与数据融合223.3智能技术23第四章遥控小车的硬件系统244.1总体设计244.2处理器254.2.1常用处理器及其特点264.2.2处理器的选择264.3传感器274.3.1位置传感器284.3.2加速度传感器284.3.3红外传感器284.3.4超声传感器294.3.5视觉系统31第五章车体的维护与保养33结论35致谢36参考文献37第一章绪论1.1选题背景在当今社会中，遥控作为一个新兴的领域，正在被越来越多的人应用到各个领域，小到小孩手中的玩具，大到国防科技，无不有着非常广泛的应用。而这些应用也大大提高了工作效率，保障了许多非人易操作的中作的安全性。例如在外星探测方面，随着肩负着人类探测火星使命的“勇气”号和“机遇”号于2004年1月3日和1月24日在火星不同区域着陆，并于2004年4月5日和2004年4月26日相继通过所有“考核标准”。美国宇航局的孪生火星车探测计划至此正式宣告取得圆满成功。1美国宇航局科学家和工程师事先设立了一系列硬指标，作为判定两辆火星车联合探测计划是否成功的依据。按照规定，每辆火星车都需要至少工作90个火星日（约相当于地球上的92天)，在火星上行驶总里程至少达到600米，至少造访8个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。“勇气”号是迄今美国发射的最尖端的火星探测装置，其顶部的桅杆式结构上装有全景照相机及具有红外探测能力的微型热辐射分光计。“勇气”号成功实现了集通信、拍摄和计算等功能于一身。火星车能够在火星上自主行驶：当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶；在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径。类似火星车，以轮子作为移动机构、能够实现自主行驶的机器人，我们称之为智能小车，又称轮式机器人。也是遥控小车的一种。如果将常规的遥控机器人操作手与挂在多用车或者牵引车的起重机进行比较，可发现两者非常相似。它们都具有许多连杆，这些连杆通过关节依次连接，这些关节由驱动器驱动。在上述两个系统中，操作机的“手”都能在空中运动并可以运动到工作空间的任何位置，它们都能承载一定的负载，并都用一个中央控制器控制驱动器。然而，它们一个称为机器人，另一个称为操作机（也就是起重机），两者最根本的不同是起重机是由人来控制驱动器，而机器人操作手是由计算机编程控制，正是通过这一点可以区别一台设备到底是简单的操作机还是机器人。通常机器人设计成由计算机或类似装置来控制，机器人的动作受计算机监控的控制器所控制，该控制器本身也运行某种类型的程序。因此，如果程序改变了，机器人的动作会相应改变。我们希望一台设备能够灵活地完成各种不同的工作而无需重新设计硬件装置（当然在能力范围以内）。简单的操作机（或者说起重机）除非一直由操作人员操作，否则无法做到这一点。2目前各国关于机器人的定义都各不相同。在美国标准中，只有易于再编程的装置才认为是机器人。因此，手动装置（比如一个多自由度的需要操作员来驱动的装置）或固定顺序机器人（例如有些装置由强制启停控制驱动器，其顺序是固定的并且很难更改）都不认为是机器人。2004年4月17日下午，美国“机遇”号火星车在火星上跑完一个“马拉松式”的长途，轻松驶出140多米，创下人类发射的火星车迄今在火星上单日行车距离的新纪录。在结束这次长途旅程后，“机遇”号在火星上的累计行驶里程达到627.7米，突破了600米这道大关。“机遇”号在这次破纪录之旅中，在大多数路段上都凭借新的自动导航软件指引。以火星车为代表的遥控智能小车，依靠自动导航软件实现在一定道路条件下的自动行驶，这是智能车辆的另一个基本特征。遥控智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。1.2课题在理论和实际应用方面的价值遥控智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，它们已在许多工业部门获得广泛应用。它们可以比人类工作得更好并且成本低廉。以下列举了机器人的一些应用，所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。1、焊接: 这时机器人与焊枪及相应配套装置一起将部件焊接在一起，这是机器人在自动化工业中最常见的一种应用。由于机器人连续运动，可以焊接得非常均匀和准确。2、喷漆:这是另一种常见的机器人应用，尤其是在汽车工业上。由于人工喷漆时要保持通风和清洁，因此创造适合人们工作的环境是十分困难的，而且与人工操作相比，机器人更能持续不断地工作，因此机器人非常适合喷漆工作。3、检测:对零部件、线路板及其它类似产品的检测也是机器人比较常见的应用。一般说来检测系统中还集成有其他一些设备，它们是视觉系统、X射线装置、超声波探测仪或其他类似仪器。4、医疗应用:由于要求机器人完成的许多操作（如切开颅骨、在骨体上钻孔等）比人工操作更为准确，因此手术中许多机械操作部分都由机器人来完成。5、帮助残疾人在日常生活中，机器人可以做很多事情来帮助残疾人，诸如将盛着食品的盘子放入微波炉，从微波炉中取出盘子，并且将盘子放到残疾人面前给他用餐等。其他许多任务也可通过编程让机器人来执行。6、危险环境机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境下工作，人类必需采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，且不需要得到像对人一样的保护。7、水下、太空及远程机器人也可以用于水下、太空及远程的服务和探测。虽然尚没有人被送往火星，但已有许多太空漫游车在火星登陆并对火星进行探测。如美国的“勇气”号和“机遇”号的主要任务是在火星上探水，它们已分别在其着陆区域附近找到火星上过去曾有过水的证据。另外，遥控智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，例如能切实提高道路网络的利用率、降低车辆的燃油消耗量，尤其是在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。1.3主要研究内容本课题的主要研究内容包括：（1）遥控智能小车相关领域的研究现状。本文首先概要介绍了与遥控小车相关的机器人、智能车辆和月球车的发展历史、国内外研究现状。（2）遥控智能小车的关键技术。论文简单介绍了智能小车的关键技术，包括：机械结构、多传感器系统与数据融合和智能技术。主要研究遥控智能小车的机械结构。第二章遥控智能小车的研究现状2.1移动机器人的发展2.1.1国外移动机器人的发展移动机器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院（SRI）的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，在1966年至1972年间研制出了名为Shakey的自主移动机器人。3进入20世纪80年代以后，人们的研究方向逐渐转移到了面向实际应用的室内移动机器人的研究，并逐步形成了自主式移动机器人AMR（IndoorAutonomous Mobile Robot）概念。美国国防高级研究计划局（DARPA）专门立项，制定了地面天人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕，如DARPA的“战略计算机”计划中的自主地面车辆（ALV）计划（19831990），能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划（RIPS）（19861995)，以及后来的空间机器人计划；日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划；欧洲尤里卡中的机器人计划等。初期的研究，主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理，并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高，导致室外机器人的研究未达到预期的效果，但却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验，同时，也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代，随着技术的进步，移动机器人开始在更现实的基础上，开拓各个应用领域，向实用化进军。美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星，这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险，又开始了新一代样机的研制，命名为Rocky7，并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。德国研制了一种轮椅机器人，并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中，进行了超过36个小时的考验，所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。 2004年，美国的火星车“勇气”号和“机遇”号登上火星，并且圆满完成了预期的探索任务：每辆火星车都需要至少工作90个火星日（约相当于地球上的92天)，在火星上行驶总里程至少达到600米，至少造访8个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。“勇气”号和“机遇”号火星车，代表着当前世界上移动机器人的最高水平。2.1.2国内移动机器人的发展国内对于移动机器人的起步比较晚。从“七五”开始，我国的移动机器人研究开始起步，经过多年来的发展，己经取得了一定的成绩。清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术：基于地图的全局路径规划技术研究（准结构道路网环境下的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全局路径规划、自然地形环境下的全局路径规划）；基于传感器信息的局部路径规划技术研究（基于多种传感器信息的“感知一动作”行为、基于环境势场法的“感知一动作”行为、基于模糊控制的局部路径规划与导航控制）；路径规划的仿真技术研究（基于地图的全局路径规划系统的仿真模拟、室外移动机器人规划系统的仿真模拟、室内移动机器人局部路径规划系统的仿真模拟）；传感技术、信息融合技术研究（差分全球卫星定位系统、磁罗盘和光码盘定位系统、超声测距系统、视觉处理技术、信息融合技术）；智能移动机器人的设计和实现（智能移动机器人THMRIII的体系结构、高效快速的数据传输技术、自动驾驶系统）。香港城市大学智能设计、自动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人。中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人。中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统。哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等。2.2智能车辆的研究智能车辆作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。智能车辆驾驶是一种通用性术语，指全部或部分完成一项或多项驾驶任务的综合车辆技术。智能车辆的一个基本特征是在一定道路条件下实现全部或者部分的自动驾驶功能。2.2.1国外智能车辆的研究智能车辆的研究始于20世纪50年代初，美国Barrett Electronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（Automated Guided Vehicle System，AGVS）。1974年，瑞典的VolvoKalmar轿车装配工厂与SchiinderDigitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构正在研发智能车辆，其中具有代表性的智能车辆包括：4意大利MOBLAB的研究。MOBLAB是开放“移动试验室”的代名词，后来用来研发车载实时图像处理系统，通过计算机视觉系统来检测车道轨迹，实现车辆自主驾驶。MOB-LAB有以下主要特点：车辆前后装备彩色摄像机，用来检测车辆外部环境；两个实时数字图像处理器（利用相应算法结构，以200ms一幅图像速度分析图像）；4个车载传感器来测量横向和纵向车辆加速度；在车辆左右侧安装的毫米波雷达感知道路左右两侧环境；两个PC处理器处理雷达和其他融合的传感器数据；德意志联邦大学的研究。德意志联邦大学已经研发出多辆智能原型车辆。在1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆就已经在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试。使用机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的PROMETHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA，7t）也进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性，同时还包括一些其他种类的传感器：三个加速度计、一个车轮位置编码器（可作为里程表或速度计），在VaMoRs车中，GPS接收机可以实现车辆位置的初步估算。美国俄亥俄州立大学的研究。美国俄亥俄州立大学智能交通研究所所研发的三辆智能原型车辆，配备不同的传感器来实现数据融合和错误检测技术：基于视觉的系统；雷达系统（检测与车道的横向位置）；激光扫描测距器（障碍物检测）；其他传感器，如侧向雷达、转向陀螺仪。利用基于视觉的方法实现道路检测。利用一台安装在后视镜处的CCD摄像机，位置要尽可能高，车道检测系统可以处理这样的单幅灰度图像。算法假设道路是水平地，并且有连续或点化的车道标志线。前几帧检测的车道标志线数据也用来决定下一步兴趣热点区域，以简化图像处理。算法从图像中提取出重要的亮域，并以向量行驶存储，如道路消失点或道宽这样的数据参数，都可以作为计算车道标志线的参考，最后为了处理点划车道线，可以通过一阶多项式曲线来拟合，在进行向量计算。如果检测到左右车道标志线，就可以利用左右标志线来估计车道中心线；否则也可以利用估计的车道宽度及相关可视标志来估算中心线。另外，斯特拉斯堡（Strasbourg）试验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。2.2.2国内智能车辆的研究吉林大学智能车辆课题组长期从事智能车辆自主导航机理及关键技术研究。20世纪90年代以来，课题组开展的组态式柔性制造单元及图像识别自动引导车的研究对我国独立自主开发一种新型自动引导车辆系统，从而为我国生产组织模式向柔性或半柔性生产组织转化提供了有意义的技术支撑和关键设备。课题组已开发出JUTIV1、JUTIV2、JLUIV3三种型号的自动引导车辆，其中JLUIV3实用型视觉导航AGV已投入工厂进行中试，并得到吉林省科委“新型视觉引导AGV及自动物流运输系统开发”项目、长春市政府科计引导计划新星创业项目、吉林大学科技园高新技术产品孵化项目的立项资助，目前该种AGV已完成商品化研制，即将投入市场5。由于JUTIV3型AGV性能优越，智能化程度高，属国内首创，必将会产生重大的社会效益和经济效益。中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于2003年7月研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下，在高速公路上行驶的最高稳定速度为130公里/小时，最高峰值速度为170公里/小时，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。轿车自主驾驶的基本原理是仿人驾驶。车内的环境识别系统识别出道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度，相当于驾驶员的眼睛；车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机视觉提供的道路信息、车前车辆情况以及自身的行驶状态，决定是沿道路前进还是换道准备超车，相当于驾驶员的大脑；接着，自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学，向方向盘控制器、油门控制器和刹车控制器发出动作指令，操纵汽车按规划好的路径前进，起到驾驶员的手和脚的作用。另外，我国清华大学、北京理工大学等单位也正在研发智能车辆。汽车自主驾驶技术是集模式识别、智能控制、计算机科学和汽车操纵动力等多门学科于一体的综合性技术，汽车自主驾驶功能水平的高低常被用来作为衡量一个国家控制技术水平的重要标准之一。第三章遥控智能小车的关键技术遥控智能小车要想走向实用，必需拥有能胜任的运动系统、可靠的导航系统、精确的感知能力和具有既安全而又友好地与人一起工作的能力。遥控智能小车的智能指标为自主性、适应性和交互性。适应性是指小车具有适应复杂工作环境的能力（主要通过学习），不但能识别和测量周围的物体，还有理解周围环境和所要执行任务的能力，并做出正确的判断及操作和移动等能力。自主性是指小车能根据工作任务和周围环境情况，自己确定工作步骤和工作方式；交互性是智能产生的基础，交互包括小车与环境、小车与人及小车之间三种，主要涉及信息的获取、处理和理解。智能小车是一个综合系统，包括以下关键技术：3.1机械结构作为机械专业，机械结构式本次论文的重中之中重。因此遥控智能小车机械结构的设计，应根据实际需要进行。例如：美国NASA发射的“机遇”号火星车，长1.6米、宽2.3米、高1.5米，重174千克，具有6个轮子，如图3.1。它有自己的所谓大脑、颈、头、眼睛和手臂。它的“大脑”是一台每秒能执行约2000万条指令的计算机，不过与人类大脑位置不同，计算机在火星车身体内部。“颈”和“头”是火星车上伸出的一个桅杆式结构，距火星车轮子底部高度约为1.4米；“眼睛”是一对可拍摄火星表面彩色照片的全景照相机，有了它们，火星车能像站在火星表面的人一样环视四周。美国著名发明家迪恩卡门设计了一种可以防止倾倒颠覆的由电脑控制的轮椅，如图3.2。这种轮椅的全称是“iBOT3000独立机动系统”（简称iBOT），从外表看上去，iBOT与普通轮椅不大一样：它有6个轮子，前面一对为直径10厘米的实心脚轮，后面两对为直径30厘米的充气轮胎。iBOT通过复杂的陀螺仪系统来保持平衡，当轮椅上分布的传感器感受到重心变化时，它们马上把这些信息传输到位于座椅下面的控制盒中。控制盒里有几个“奔腾III”处理器和预先设计好的程序，这些程序会“命令”轮椅的机械系统进行自我调整，保持平衡。14日本一家公司新推出的可以上下楼梯的轮椅，采用的是四星轮式结构，如图3.3。在智能小车机构方面，应当结合智能小车在各个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性的工作。图3.1美国“机遇”号火星车模型图6 图3.2美国卡门设计的能爬楼梯的新型轮椅图3.3日本的新型轮椅车3.1.1车身设计介绍遥控车身设计尤其是新车型的设计，是根据该车的使用要求而提出的整车参数与性能指标进行计算的，显然，要从宏观入手，即从整车的总体设计开始，然后通过总体设计的分析与计算，将整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能后，再进行总成和部件设计，进而进行零件甚至某一更细微的局部设计与研究，选择材料以及校核。车身的设计过程：10（1）调查与初始决策；其任务是选定设计目标，并制定设计工作方针及设计原则。调查研究。的内容应包括：查阅以往与本次设计相关的设计内容，比较其优劣，改进技术，包括材料及零件的选择，制定大体的设计方案。（2）总体方案设计；其任务是根据查阅资料后所选定的目标及开发目标制定的工作方针，设计原则等主导思想提出整车设想，因此又称为概念设计（concept desion）或构思设计。为此要绘制不同的总体图供选择。在总体方案图上进行初步布置和分析，对主要总成只要画出大轮廓而突出各方案间的主要差别，使方案对比简明清晰，经方案论证选出其中最佳者。（3）绘制总布置草图，确定整车主要尺寸，质量参数与性能指标以及各总成的基本形式。在总布置草图上较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸并进行仔细的布置；对轴荷分配和质心高度作计算与调整，以便准确地确定车体的轴距，总长，总宽，总高，离地间隙，备件或车身高度等，并使之符合有关标准和法规；进行性能计算及参数匹配。（4）车身造型设计及绘制车身布置图；绘制不同外形，不同方向，不同配比的车身外形图；制作相应造型的模型；从中优选后再制作精确模型。并绘制相应的车身布置图。3.1.2车身设计技术要求车身设计的主要技术要求主要包括材质的选定，电机的选择以及主轴的选择与校核。113.1.3 电机的的选择选择电动机包括：确定类型、结构、容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。（1）选择电动机的类型和结构型式按工作要求和条件，选用两相笼型异步电动机，封闭式结构，电压220v,Y型。（2）选择电动机的容量由,得：卷筒轴工作的转速：电动机所需工作效率：由,得由电动机至运输带的传动总效率：=1243245式中：1，2 ，3 ，4 ，5分别为带传动，轴承，齿轮传动，联轴器和卷筒的传动效率。取1=0.96（V带），2=0.98（滚子轴承），3=0.97（齿轮精度为8级，不包括轴承效率），4=0.99（弹性联轴器），5=0.96，则：=0.960.9840.9720.990.96=0.79所以，( 3 )确定电动机的转速由上可知，卷筒轴工作的转速为n=76.43r/min按表1推荐的传动比合理范围，取V带传动的传动比i1=24，二级圆柱齿轮减速器传动比i2=840.则总传动比合理范围为i0=16160，故电动机转速的可选范围为nd=ian=(16160)76.43=(1222.8812228.8) r/min符合的同步转速有1500，2200r/min。根据容量和转数，由有关资料查出二种使用的电动机型号，如表1.中和考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和带传动，减速器的传动比。可见第二方案比较合适。因此选定电动机型号为Y132M-4其主要性能如下型号额定功率（w）满载时额定转矩额定电量转速效率（%）功率因数Y132M-495220087.00.852.27.03.1.4 主轴的选择与校核1.轴的选择12根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理。按扭转强度法进行最小直径估算，即，初算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%7%，两个键槽时，d增大10%15% A0值由教材表15-3确定:高速轴A01=126，中间轴A02=120，低速轴A03=112. 因为最小直径处有连接联轴器，则d1min=d1min (1+7%)=(1+0.07)mm=17.3mm取整数d1min=20mm因中间轴最小直径处安装滚动轴承，取为标准值d2min=25mm.因从动轴最小直径处安装联轴器，设有一个键槽，则：d3min=d3min (1+7%)=45.57(1+0.07)mm=48.76mm取为联轴器的孔径d3min=50mm.2 )减速器装配草图的设计根据轴上零件的结构，定位，装配关系，轴向宽度及零件间的相对位置等要求，初步设计减速器装配草图3 ）轴的结构设计1.主动的结构设计各轴段直径的确定d11:最小直径，安装大带轮的外伸轴段，d11=d1min=20mmd12:密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，定位高度h=(0.070.1)d11,以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），d12=30mmd13:滚动轴承处轴段，d13=45mm.滚动轴承选取30209，其尺寸为dDTB=45mm85mm20.15mm19mmd14:过渡轴段，由于各级齿轮传动的线速度均小于2m/s,滚动轴承采用脂润滑，考虑挡油盘的轴向定位，d14=55mm齿轮处轴段：由于小齿轮直径较小，采用齿轮轴结构。所以轴和齿轮的材料和热处理方式需一样，均为45钢，调质处理。d15:滚动轴承处轴段，d15=d13=25mm2.轴的校核这里以主动轴为例。1 )轴的力学模型的建立。1.轴上力的作用点位置和支点跨距的确定齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中间，因此可决定中间轴上两齿轮力的作用点位置。轴上安装的30210轴承，从机械设计指导书表12-6可知它的负荷作用中心到轴承外端面的距离a=20mm，故可计算出支点跨距和轴上各力作用点相互位置尺寸。支点跨距L264mm（实际263.5mm）；低速级小齿轮的力作用点C到左支点A距离L187mm（实际86.75mm）；两齿轮的力作用点之间的距离1 L213mm（实际112.5mm）；高速级大齿轮的力作用点D到右支点B距离L364mm（实际64.25mm）。2.绘制轴的力学模型图初步选定高速级小齿轮为右旋，高速级大齿轮为左旋；根据中间所受轴向力最小的要求，跟要求的传动速度方向，绘制的轴力学模型图见图.2 ）计算轴上的作用力齿轮2：齿轮3：3 ）计算支反力1.垂直面支反力（XZ平面）参考图。由绕支点B的力矩和MBV=0,得：,方向向下。同理，由绕支点A的力矩和MAV=0,得：，方向也向下。由轴上的合力Fv=0，校核：，计算无误。2.水平面支反力（XY平面）。由绕支点B的力矩和MBH=0,得，方向向下。同理，由绕支点A的力矩和MAH=0,得：，方向向下。由轴上合力FH=0,校核：，计算无误。3.A点总力 B点总力绘转矩、弯矩图1.垂直面内的弯矩图参看图。C处弯矩：D处弯矩：2.水平面内的弯矩图参看图。3.合成弯矩图，参看图。C 处D处: 4.转矩图，参看图。T2=T=628654N.mm5.当量弯矩图，参看图。因为是单向回转轴，所以扭转切应力视为脉动循环变应力，折算系数=0.6。T2=0.6628654N.mm=377192.4N.mmC处：MC左=MC左=704956.75N.mm D处：MD右=MD右=429687.36N.mm5 )弯扭合成强度校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面C）的强度。根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由教材表15-1查得-1=60Mpa。因ca -1，故强度足够。6 )安全系数法疲劳强度校核对一般减速器的转轴仅使用万扭合成强度校核即可，而不必进行安全系数法校核。本处仅对安全系数校核法作应用示例 1.判定校核的危险截面对照弯矩图、转矩图和结构图，从强度、应力集中方面分析，C截面是危险截面。需对C截面进行校核。2.轴的材料机械性能根据选定的轴的材料45钢，调质处理，由教材表15-1查得：-1=275Mpa，-1=155Mpa。取=0.2，=0.5=0.50.2=0.1。因C截面有一键槽bh=18mm11mm,t=7mm抗弯截面系数弯曲应力幅，弯曲平均应力m=0扭转切应力幅平均切应力m=7.79MPa4.影响系数C截面受有键槽与齿轮的过盈配合的共同影响，但键槽的影响比过盈配合的影响小，所以只需考虑过盈配合的综合影响系数。由教材附表3-8用插值法求处：轴按磨削加工，由教材附图3-4求出表面质量系数：=0.92。故得综合影响系数：所以轴在C截面的安全系数为：取许用安全系数S=1.8，有ScaS，故C截面强度足够。3.2多传感器系统与数据融合由于工作环境的复杂性、自身状态的不确定性和单一传感器只能获得环境特征的部分信息段的局限性，仅仅依靠一种传感器难以完成对外部环境的感知。为完成在复杂、动态及不确定性环境下的自主性，遥控智能小车通常装有多种传感器，通常用到视觉、超声波、红外线、光敏、雷达等传感器来完整、准确地反映环境特征。它们提供的信息有些是互补的，有些是冗余的，必须以一定的方法融合这些互补或冗余的传感器信息，以充分利用多传感器提供的信息，才能获得最佳的、可靠的信息，从而更准确，更全面地反映出外界环境的特征，为导航决策提供快速、正确的依据。7如何有效的利用多传感器提供的信息，并应用到导航决策中，这就需要用到数据融合技术。传感器之间的冗余数据增强了系统的可靠性，传感器之间的互补数据扩展了单个的性能。多传感器数据融合是一项内容广泛的技术，涉及传感器、信号处理、机器人学、控制理论、系统分析、概率统计、计算机科学、仿生学等很多方面的知识，同时它也是一项用途广泛的技术，是信息融合的基础。信息融合技术不仅包括传感信息，而且包括社会信息。信息融合技术现在拓展到大型数据库的数据挖掘、遥感、战场监控、环保等方面。一般而言，多传感器融合系统具有以下优点：（1）可提供同一特征的冗余信息；（2）可提供有关特征的互补信息；（3）提高系统的可靠性和鲁捧性；（4）增强数据的可信任度；（5）增强系统的分辨能力。（6）扩展时间上和空间上的观测范围；（7）多个信息可以并行快速地分析当前的场景；（8）在某传感器发生故障的情形下，很快可以重组，重新投入工作。83.3智能技术由于人体太复杂，人类的智能行为至今仍是一个谜，像生命科学中生物具有生命一样，今天我们知之甚少。而智能技术是用机器来模拟人的外在认识和思想行为的技术总称。目前，对于智能技术的研究，主要分为两大派：间接进化和直接进化。前者主要以符号主义的人工智能为代表；后者以计算智能技术为代表，包括神经网络技术、模糊技术、进化计算（遗传算法、进化策略、进化规划等）和基于个体的复杂系统的研究。前者采用自顶向下的技术路线，后者采用自底向上的技术路线。其实，人在处理问题时，两者是混合使用的。因此，两者的有机结合更恰当。对于智能小车来说，关键智能技术是自动规划技术和基于传感的智能。小车的智能行为包括知识理解、推测、感觉、认识、推理、归纳、推断、计划、反应、学习和问题求解等。涉及的领域包括图像理解、语音和文字符号的处理与理解、知识的表达和获取、学习和运动。9第四章遥控小车的硬件系统4.1总体设计遥控智能小车通过位置传感器、速度传感器、加速度传感器、红外传感器、超声传感器、视觉传感器等多种传感器感知小车周围的道路信息以及小车自身的运动状态信息，并对多传感器的数据进行分析、融合，动态调整小车的运动状态，实现在一定条件下的自主行驶。智能小车作为一个系统，它由以下软硬件构成：遥控小车机械结构为主题部分，由车身，轮子、变速器、传动轴等结构部件构成。轮式小车还包括提供动力的驱动器。传感器传感器用来收集智能小车的自身状态信息或外部环境信息。人即使在完全黑暗中，也会知道胳膊和腿在哪里，这是因为肌腱肉的中枢神经系统中的神经传感器将信息反馈给了人的大脑，大脑利用这些信息来判定肌肉的伸缩程度，进而确定胳膊和腿的状态。智能小车也同样如此，安装在智能小车上的传感器将智能小车自身的状态信息以及外部环境信息发给控制器，于是控制器就能决定智能小车的行驶速度和方向。智能小车通常的传感器包括：视觉传感器、加速度传感器、红外传感器、超声传感器等。控制器遥控智能小车的驱动器与人的小脑十分相似，虽然小脑的功能没有人的大脑功能强大，但是却控制着人的运动。智能小车控制器从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息一起协调智能小车的运动。假如要智能小车绕过某障碍物，到达其后面的指定位置。智能小车在接近障碍物时必需转过一定的角度，然后回转相应的角度。如果转过的角度尚未达到这一角度，控制器就会发出一个信号到驱动器（输送电流到电动机，输送气体到气缸或发送信号到液压缸的伺服阀），使驱动器运动，然后通过轮子上的反馈传感器（电位器或编码器等）测量角度的变化，当达到预定角度时，停止发送控制信号。对于更复杂的智能小车，智能小车的运动速度和力也由控制器控制。导航算法模糊控制是以模糊集理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊集理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。模糊逻辑控制系统既可以用来控制智能小车，也可用于将智能加入到其他系统不适合或难以使用的应用中。模糊逻辑可以用来代替经典控制系统或与经典控制系统相结合控制智能小车。在智能小车的应用中，虽然模糊逻辑不能说是唯一的方法，但也许是更适合的方法。数据融合算法多传感器数据融合是针对智能小车系统中使用多个传感器对道路、障碍物以及智能小车自身状态等信息进行综合感知这一特定问题展开的一种数据处理方法。多传感器融合的常用方法有加权平均法、贝叶斯估计法、卡尔曼滤波、统计决策理论、DS证据推理、神经网络和模糊推理法以及带置信因子的产生式规则。这里我们利用模糊推理的方法来对多传感器进行数据融合。4.2处理器现在通用的电机大多都是采用单片机来控制，应用较多的是8096系列产品。但单片机的处理能力有限，特别是采用矢量变换控制的系统，由于需要处理的数据量大，实时性和精度要求高，单片机往往不再能满足要求。因此人们自然而然地又想到了数字信号处理器（DSP）。近年来各种集成化的单片DSP的性能得到很大改善，软件和开发工具也越来越多，越来越好；价格却大幅度下滑，目前低端产品已接近单片机的价格水平，且具有更高的性能价格比。从而使得DSP器件及技术更容易使用，价格也能够为广大用户接受。越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品性能，DSP器件取代高档单片机的时机已经成熟。而且随着DSP在各行各业中的广泛普及，专业人才方面的供需矛盾也会很快解决。4.2.1常用处理器及其特点与单片机相比DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。更为不同的是，DSP器件为精简指令系统计算机（RISC）器件，大多数指令都能在一个指令周期内完成，并且通过并行处理技术，使一个指令周期内可完成多条指令。DSP采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。而单片机为复杂指令系统计算机（CISC），多数指令要23个指令周期来完成。单片机采用诺依曼结构，程序和数据在同一空间存取，同一时刻只能单独访问指令或数据。ALU只能做加法，乘法需要由软件来实现，因此占用较多的指令周期，也就是说速度比较慢。所以，结构上的差异使DSP器件比16位单片机单指令执行时间快810功能强，而单片机的事务处理能力强。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG（Joint Test Action Group)接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便。4.2.2处理器的选择智能小车运动控制系统的核心由TI公司的TMS320F2812构成。它的内部结构框图，如图4.2所示TMS320F2812是世界上第一块片上带Flash，处理速度达150MIPS的控制用32位DSPs。TMS320F2812的主要特性如下：32位定点TMC28 xDSP内核；150-MIPS高速处理能力；1.9V核心电压，3.3V外设电压；最多12路的PWM输出；片上集成128K的FLASH、一个12-位、80ns转换时间（12.5MSPS）、03V量程的ADC、2个SCI异步串口、1个McBS同步串口、SPI同步串口和1个eCAN总线。图4.1处理器内部结构框图4.3传感器传感器既用于内部反馈控制，也用于感知与外部环境的相互作用。动物和人类都具有类似的但性能各异的传感器，例如：一觉醒来，即使未睁开眼睛，人们就能感觉和知道四肢的位置，而不必留心身边的胳膊和弯曲的腿。这是因为人的四肢随肌肉的收缩、伸展或放松而活动时，肌肉神经中的信号也随之发生变化，该神经信号传给大脑，大脑即可判断出每块肌肉的状态。类似地，在智能小车中，当小车运动时，传感器等将信号传送给控制器，由其判定小车的运动状态。智能小车传感器可分为智能小车内部传感器和智能小车外部传感器两大类。智能小车内部传感器的功能是测量运动学及动力学参数，其提供信息的目的是控制智能小车按规定的轨迹、速度、加速度大小进行运动。智能小车外部传感器的功能是认识运动环境，其提供信息的目的是识别道路和障碍物。本节介绍智能小车主要传感器的基本原理及其接口电路。4.3.1位置传感器位置传感器既可以用来测量位移，包括线位移和角位移，也可以用来检测运动。在很多情况下，位置信息也可用来计算速度。常见的位置传感器有：电位器、编码器、霍尔传感器、线位移差动变压器、旋转变压器传输时间测量（磁反射）型位移传感器。134.3.2加速度传感器加速度计是常用的测量加速度的传感器。在智能小车系统中，加速度传感器完成数据采集任务，获得小车瞬时加速度值，以确定小车的运动状态；加速度传感器也可以测出小车与障碍物发生碰撞的剧烈程度；加速度传感器还可以判断小车所处斜坡的坡度；另外，通过推算定位法还可以计算出智能小车当前位置相对于已知参考位置之间的偏移，从而得到小车的绝对位置。在短时间内，利用这种方法得到的定位精度相对较高；但是可以想象，由于时间的增加，误差积累效应会越来越大，严重影响导航的精度。因此，加速度传感器通常和GPS一起组合成为组合导航系统，以提高定位精度，增强系统性能。4.3.3红外传感器红外传感器对红外线敏感。由于红外线对人眼来说是不可见光，所以在需要发射光线的设备中使用不会对人造成干扰。在智能小车中，需要用光测量一段距离来进行导航，就可以使用红外线。这里简单介绍红外传感器的工作原理，而不详细讨论智能小车选用红外传感器的具体型号、参数特性。红外传感器的电阻随着投射在其上面光强的变化而变化。如果入射的光强为零，电阻就最大。光强越大，电阻就越小，相应流过的电流就越大，结果压降就越小。红外传感器可以用以测量距离，它可以探测障碍物和物体表面的形状，并且用于向系统提供早期信息。两种常用的测量方法是三角法和测量传输时间法。三角法：用单束光线照射物体，会在物体上形成一个光斑，形成的光斑由摄像机或光敏三极管等接收器接收。距离或深度可根据接收器、光源及物体上的光斑所形成的三角形计算出来。测量传输时间法：信号传输的距离包括从发射器到物体和被物体反射到接收器两部分。传感器与物体之间的距离是信号行进的一半，知道了传播速度，通过测量信号的往返时间即可计算出距离。为了测量精确，时间的测量必须很快。若被测的距离短，则要求信号的波长必须很短。红外传感器是一个相对比较独立的系统，在设计智能小车的控制电路时，只需预留相应的接口即可获取传感的信号。4.3.4超声传感器超声波系统结构坚固、简单、廉价并且能耗低，可以很容易地用于摄像机调焦、运动探测报警、智能小车导航和测距。它的缺点是分辨率和最大工作距离受到限制，分辨率地限制来自声波的波长、传输介质中温度和传播速度的不一致性。最大距离的限制则来自介质对超声波能量的吸收。目前超声波测距设备的频率范围在20kHz到2MHz之间。这里简单介绍超声波传感器的工作原理，而不详细讨论智能小车选用超声波传感器的具体型号、参数特性。在这种传感器中，超声波发射器能够间断地发射出高频声波。超声波传感器由两种工作模式，即对置模式和回波模式。在对置模式中，接收器放置在发射器对面，而在回波模式中，接收器放置在发射器旁边或与发射器集成在一起，负责接收发射回来的声波。如果接收器在其工作范围内（对置模式）或回波被靠近传感器的物体表面发射（回波模式），则接收器就会检测出声波，并将产生相应的信号。否则，接收器就检测不到声波，也就没有信号。所有的超声波传感器在发射器的表面附近都有一盲区，在此盲区内，传感器不能测距也不能检测物体的有无。在回波模式中，超声波传感器不能探测表面是橡胶或泡沫材料的物体，这些物体不能很好地反射声波。绝大部分的超声波测距设备采用测量时间的方法进行测距。工作原理是，发射器发射高频声波脉冲，它在介质中行进一段距离，遇到障碍物后返回，由接收器接收，发射器和物体之间的距离等于超声波行进距离的一半，行进距离则等于传输时间与声速的乘积。当然，测量精度不仅与信号的波长有关，还与时间测量精度和声速精度有关。超声波在介质中的传输速度与声波的频率（2MHz以上时）、介质密度及介质温度有关。为提高测量精度，通常在超声波发射器前1英寸处放置一个校正块，用于不同温度下系统的校正。这种方法只在传输路径上介质温度一致的情况下才有效，而这种情况有时能满足，有时则不能满足。时间测量的准确性对距离的测量精度也至关重要。通常，如果接收器一旦收到达到最小阈值的信号计时就停止的话，则该方法的最大测量误差约为1/2个波长。所以，测距仪所用超声波的频率越高，得到的精度越高。例如，对于20kHzhe 200kHz的系统，工作波长分别是17mm和1.7mm，对应最坏情况下的最小测量误差分别是8.5mm和0.85mm。采用互相关、相位比较、频率调制、信号整合等方法可以提高超声波测距仪的分辨率和测量精度。必须提到的是：虽然频率越高得到的分辨率越高，但和频率较低的信号相比，它们衰减的更快，这会严重限制作用距离。反之，低频发射器的波束散射角度宽，又会影响横向分辨率。所以，在选择频率时要协调好横向分辨率和信号衰减之间的关系。4.3.5视觉系统视觉系统是应用在智能小车中的最为复杂的传感器。视觉系统实际上也是传感器，和其他传感器一样，它们把智能小车的功能与所处环境联系了起来。目前，有大量的工作与图像处理、视觉系统以及模式识别有关，它们提出了许多与软硬件相关的研究题目。自20世纪50年代以来，这方面的只是已慢慢得到积累，并且随着工业和经济的不同领域对这一问题的持续升温，相关技术也发展得非常迅速。每年有大量的这方面得文章发表，这一方面说明确实有许多有用的技术不断地在文献中出现，另一方面也说明许多技术并不适合某些应用。视觉系统是一个复杂的课题，其内容已经超出本文的讨论范围，本小节将简单介绍视觉系统的基本术语和关键技术。1图像图像是对一个真实场景的表示。这种表示可能是黑白的也可能是彩色的，还有可能是打印出来的或者是数字格式的。虽然所有的实际场景都是三维的，但图像却可以是二维的或者是三维的。当不需要确定场景的深度或场景特征时，就可以使用二维图像；三维图像处理主要用于那些需要运动检测、深度测量、遥感、相对定位以及导航的操作过程中。所有的三维视觉系统都存在一个相同的问题，那就是如何处理多对一的由景物到图像的映射。要从这些景物中提取信息，就必需把图像处理技术和人工智能技术结合在一起。152图像的获取现在常用的视觉摄像机有两种：模拟摄像机和数码摄像机。模拟摄像机已不再常用，但是还大量存在；数码摄像机更为常见，而且它们相互之间比较相似。无论获取的图像时模拟的还是数字的，在视觉系统中最终都要数字化。3图像处理与图像分析图像处理与为了后续的分析和使用而对图像进行的预备操作有关。摄像机或其他类似的设备（如扫描仪）捕捉的图像不一定是图像分析程序可用的格式。有些需要进行改善以消除噪声，有些则需要简化，还有的需要增强、修改、分割和滤波等。图像处理指的就是对图像进行改善、简化、增强或者其他变换地程序和技术的总称。图像分析是指从图像中提取信息的操作和技术的总称。其中包括物体识别，特征提取

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