【正文】 JLUIV— JLUIV— 3 三種型號的自動引導車輛，其中JLUIV— 3 實用型視覺導航 AGV 已投入工廠進行中試，并得到吉林省科委“新型視覺引導 AGV 及自動物流運輸系統(tǒng)開發(fā)”項目、長春市政府科技引導計劃新星創(chuàng)業(yè)項目、吉林大學科技園高新技術產(chǎn)品孵化項目的立項資助，目前該種 AGV 已完成商品化研制，即將投入市場。由于 JLUIV— 3 型 AGV 性能優(yōu)越，智能化程度高，屬國內(nèi)首創(chuàng)，必將會產(chǎn)生重大的社 會效益和經(jīng)濟效益。中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院于 2020年 7月研制成功 我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車在正常交通情況下，在高速公路上行駛的最高穩(wěn)定速度為 130 公里 /小時，最高峰值速度為 170 公里 /小時，并且具有超車功能，其總體技術性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。轎車自主駕駛的基本原理是仿人駕駛。車內(nèi)的環(huán)境識別系統(tǒng)識別出道路狀況，測量前方車輛的距離和相對速度，相當于駕駛員的眼睛；車載主控計算機和相應的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)計算機視覺提供的道路信息、車前車輛情況以及自身的行駛狀態(tài)，決 定是沿道路前進還是換道準備超車，相當于駕駛員的大腦；接著，自動駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動力學，向方向盤控制器、油門控制器和剎車控制器發(fā)出動作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進，起到駕駛員的手和腳的作用。 另外，我國清華大學、北京理工大學等單位也正在研發(fā)智能車輛。汽車自主駕駛技術是集模式識別、智能控制、計算機科學和汽車操縱動力等多門學科于一體的綜合性技術，汽車自主駕駛功能水平的高低常被用來作為衡量一個國家控制技術水平的重要標準之一。智能車輛的相關技術，也將為促進輪式機器人的研究。 國外智能 小車的研究現(xiàn)狀 智能車輛的研究始于 20 世紀 50 年代初，美國 Barrett Electronics 公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導車輛系統(tǒng)。 1974 年，瑞典的 Volvo Kalmar 轎車裝配工廠與 Schiinder－ Digitron 公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的 AGVS，并由多臺該種 AGVS 組成了汽車裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應用的拖車及叉車等運RS232 串口智能小車控制系統(tǒng)設計 3 輸工具。由于 Kalmar 工廠采用 AGVS 獲得了明顯的經(jīng)濟效益，許多西歐國家紛紛效仿 Volvo 公司，并逐步使 AGVS 在裝配作業(yè)中成為一種流行的運輸手段。在世界科 學界和工業(yè)設計界中，眾多的研究機構(gòu)正在研發(fā)智能車輛，其中具有代表性的智能車輛包括意大利 MOB－ LAB 的研究。 MOB－ LAB 是開放“移動試驗室”的代名詞，后來用來研發(fā)車載實時圖像處理系統(tǒng)，通過計算機視覺系統(tǒng)來檢測車道軌跡，實現(xiàn)車輛自主駕駛。 MOBLAB 有以下主要特點：車輛前后裝備彩色攝像機，用來檢測輛外部環(huán)境；兩個實時數(shù)字圖像處理器（利用相應算法結(jié)構(gòu)，以 200ms一幅圖像速度分析圖像）； 4 個車載傳感器來測量橫向和縱向車輛加速度；在車輛左右側(cè)安裝的毫米波雷達感知道路左右兩側(cè)環(huán)境；兩個 PC 處理器處理雷達和其他融 合的傳感器數(shù)據(jù)；德意志聯(lián)邦大學的研究。德意志聯(lián)邦大學已經(jīng)研發(fā)出多輛智能原型車輛。在 1985 年，第一輛 VaMoRs 智能原型車輛就已經(jīng)在戶外高速公路上以 100km/h 的速度進行了測試。使用機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。 1988 年，在都靈的 PROMETHEUS 項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（ VITA， 7t）也進行了展示，該車可以自動停車、行進，并可以向后車傳送相關駕駛信息。這兩種車輛都配備 UBM 視覺系統(tǒng)。這是一個雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性，同時還包括一些其他種類的傳感器：三個加速度計、一個車輪位置 編碼器（可作為里程表或速度計），在 VaMoRs 車中， GPS 接收機可以實現(xiàn)車輛位置的初步估算。美國俄亥俄州立大學的研究。美國俄亥俄州立大學智能交通研究所所研發(fā)的三輛智能原型車輛，配備不同的傳感器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和錯誤檢測技術：基于視覺的系統(tǒng)；雷達系統(tǒng)（檢測與車道的橫向位置）；激光掃描測距器（障礙物檢測）；其他傳感器，如側(cè)向雷達、轉(zhuǎn)向陀螺儀。利用基于視覺的方法實現(xiàn)道路檢測。利用一臺安裝在后視鏡處的 CCD 攝像機，位置要盡可能高，車道檢測系統(tǒng)可以處理這樣的單幅灰度圖像。算法假設道路是水平地，并且有連續(xù)或點化的車道標志 線。前幾幀檢測的車道標志線數(shù)據(jù)也用來決定下一步興趣熱點區(qū)域，以簡化圖像處理。算法從圖像中提取出重要的亮域，并以向量行駛存儲，如道路消失點或道寬這樣的數(shù)據(jù)參數(shù)，都可以作為計算車道標志線的參考，最后為了處理點劃車道線，可以通過一階多項式曲線來擬合，在進行向量計算。如果檢測到左右車道標志線，就可以利用左右標志線來估計車道中心線；否則也可以利用估計的車道寬度及相關可視標志來估算中心線。另外，斯特拉斯堡（ Strasbourg）RS232 串口智能小車控制系統(tǒng)設計 4 試驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學、奔馳公司、美國麻省理工學院、韓國理工大學對 智能車輛也有較多的研究。 本章小結(jié) 本章主要介紹了課題在理論和研究方面的意義，以及本設計主要的研究內(nèi)容。 ，以及現(xiàn)今國內(nèi)外的智能小車研究的現(xiàn)狀。 RS232 串口智能小車控制系統(tǒng)設計 5 2 總體設計 方案對比分析 本設計主要有三種方案進行對比分析： 第一種方案 采用四輪 驅(qū)動 （如圖 1） 來實現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)以及前進后退等功能。 因此種方案雖然機動性能好，但是造價較高且不容易操作，并且現(xiàn)在運 用也只在越野車等高要求的你工作中使用。 采用四輪機構(gòu)需要變速裝置，機構(gòu)需要精確安裝， 并且機構(gòu)需要考慮齒輪之間的間隙，變速比齒輪選擇等問題，操 作較為困難，安裝且不是很方便，現(xiàn)在市場有直接帶變速的直流電機，操作方便簡單，且易實現(xiàn)控制，使操作更流暢。 圖 1 第二種方案 采用履帶式控制（如圖 2），由于履帶式控制小車速度慢、耗能大且應用不是很方便。因為本設計主要是研究串口控制智能小車，如果采用履RS232 串口智能小車控制系統(tǒng)設計 6 帶只會徒增成本，并且控制進一步難以實現(xiàn)。 采用履帶控制 需要考慮的因素增加，例如變速比，齒輪安裝，同軸性，傳動比，機械效率等問題，這一些都超過了設計的本質(zhì)問題（ RS232 串口控制），因此本方案也不適合本設計內(nèi) 容。 圖 2 第三種方案 采用兩個萬向輪 （如圖 3） 前后控制方向，通過差速控制來實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎與前進后退等其他功能。本方案明顯優(yōu)于以上兩個方案但與第四個方案比卻略顯不足。 這種方案雖然控制簡單且與本設計內(nèi)容較為符合，但一體性不是很合適，采用這種方案需要兩個萬向輪控制前后平衡性，整個車體平面的控制，需要達到很高精確度，在小車運動過程中容易出現(xiàn)自鎖，方向不容易控制，需要對四個輪子整體性考慮。 RS232 串口智能小車控制系統(tǒng)設計 7 C、 D 為萬向輪 圖 3 第四種方案 采用單萬向輪控制小車 （如圖 4） 的轉(zhuǎn)彎與前進后退等功能，操作簡單且以實現(xiàn)控制，價格低廉等功能，使這一種方案得到應用。 平面度較容易達到，方便控制，容易實現(xiàn)，并且操作流暢，完全達到設計要求 。 圖 4 綜上所述進行的比較，各種方案都有其可行性，但是進行綜合比較之后，第四種方案是比較適合本設計的方案。一次選用第四種方案。