【正文】 JLUIV— JLUIV— 3 三種型號(hào)的自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛，其中JLUIV— 3 實(shí)用型視覺(jué)導(dǎo)航 AGV 已投入工廠進(jìn)行中試，并得到吉林省科委“新型視覺(jué)引導(dǎo) AGV 及自動(dòng)物流運(yùn)輸系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目、長(zhǎng)春市政府科技引導(dǎo)計(jì)劃新星創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、吉林大學(xué)科技園高新技術(shù)產(chǎn)品孵化項(xiàng)目的立項(xiàng)資助，目前該種 AGV 已完成商品化研制，即將投入市場(chǎng)。由于 JLUIV— 3 型 AGV 性能優(yōu)越，智能化程度高，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，必將會(huì)產(chǎn)生重大的社 會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于 2020年 7月研制成功 我國(guó)第一輛自主駕駛轎車(chē)。該自主駕駛轎車(chē)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(shí)，最高峰值速度為 170 公里 /小時(shí)，并且具有超車(chē)功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。轎車(chē)自主駕駛的基本原理是仿人駕駛。車(chē)內(nèi)的環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出道路狀況，測(cè)量前方車(chē)輛的距離和相對(duì)速度，相當(dāng)于駕駛員的眼睛；車(chē)載主控計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)提供的道路信息、車(chē)前車(chē)輛情況以及自身的行駛狀態(tài)，決 定是沿道路前進(jìn)還是換道準(zhǔn)備超車(chē)，相當(dāng)于駕駛員的大腦；接著，自動(dòng)駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車(chē)行駛動(dòng)力學(xué)，向方向盤(pán)控制器、油門(mén)控制器和剎車(chē)控制器發(fā)出動(dòng)作指令，操縱汽車(chē)按規(guī)劃好的路徑前進(jìn)，起到駕駛員的手和腳的作用。 另外，我國(guó)清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位也正在研發(fā)智能車(chē)輛。汽車(chē)自主駕駛技術(shù)是集模式識(shí)別、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和汽車(chē)操縱動(dòng)力等多門(mén)學(xué)科于一體的綜合性技術(shù)，汽車(chē)自主駕駛功能水平的高低常被用來(lái)作為衡量一個(gè)國(guó)家控制技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。智能車(chē)輛的相關(guān)技術(shù)，也將為促進(jìn)輪式機(jī)器人的研究。 國(guó)外智能 小車(chē)的研究現(xiàn)狀 智能車(chē)輛的研究始于 20 世紀(jì) 50 年代初，美國(guó) Barrett Electronics 公司開(kāi)發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛系統(tǒng)。 1974 年，瑞典的 Volvo Kalmar 轎車(chē)裝配工廠與 Schiinder－ Digitron 公司合作，研制出一種可裝載轎車(chē)車(chē)體的 AGVS，并由多臺(tái)該種 AGVS 組成了汽車(chē)裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車(chē)及叉車(chē)等運(yùn)RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 輸工具。由于 Kalmar 工廠采用 AGVS 獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，許多西歐國(guó)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(yùn)輸手段。在世界科 學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)正在研發(fā)智能車(chē)輛，其中具有代表性的智能車(chē)輛包括意大利 MOB－ LAB 的研究。 MOB－ LAB 是開(kāi)放“移動(dòng)試驗(yàn)室”的代名詞，后來(lái)用來(lái)研發(fā)車(chē)載實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)車(chē)道軌跡，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自主駕駛。 MOBLAB 有以下主要特點(diǎn)：車(chē)輛前后裝備彩色攝像機(jī)，用來(lái)檢測(cè)輛外部環(huán)境；兩個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)字圖像處理器（利用相應(yīng)算法結(jié)構(gòu)，以 200ms一幅圖像速度分析圖像）； 4 個(gè)車(chē)載傳感器來(lái)測(cè)量橫向和縱向車(chē)輛加速度；在車(chē)輛左右側(cè)安裝的毫米波雷達(dá)感知道路左右兩側(cè)環(huán)境；兩個(gè) PC 處理器處理雷達(dá)和其他融 合的傳感器數(shù)據(jù)；德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究。德意志聯(lián)邦大學(xué)已經(jīng)研發(fā)出多輛智能原型車(chē)輛。在 1985 年，第一輛 VaMoRs 智能原型車(chē)輛就已經(jīng)在戶外高速公路上以 100km/h 的速度進(jìn)行了測(cè)試。使用機(jī)器視覺(jué)來(lái)保證橫向和縱向的車(chē)輛控制。 1988 年，在都靈的 PROMETHEUS 項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上，智能車(chē)輛維塔（ VITA， 7t）也進(jìn)行了展示，該車(chē)可以自動(dòng)停車(chē)、行進(jìn)，并可以向后車(chē)傳送相關(guān)駕駛信息。這兩種車(chē)輛都配備 UBM 視覺(jué)系統(tǒng)。這是一個(gè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性，同時(shí)還包括一些其他種類(lèi)的傳感器：三個(gè)加速度計(jì)、一個(gè)車(chē)輪位置 編碼器（可作為里程表或速度計(jì)），在 VaMoRs 車(chē)中， GPS 接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛位置的初步估算。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的研究。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)智能交通研究所所研發(fā)的三輛智能原型車(chē)輛，配備不同的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)：基于視覺(jué)的系統(tǒng)；雷達(dá)系統(tǒng)（檢測(cè)與車(chē)道的橫向位置）；激光掃描測(cè)距器（障礙物檢測(cè)）；其他傳感器，如側(cè)向雷達(dá)、轉(zhuǎn)向陀螺儀。利用基于視覺(jué)的方法實(shí)現(xiàn)道路檢測(cè)。利用一臺(tái)安裝在后視鏡處的 CCD 攝像機(jī)，位置要盡可能高，車(chē)道檢測(cè)系統(tǒng)可以處理這樣的單幅灰度圖像。算法假設(shè)道路是水平地，并且有連續(xù)或點(diǎn)化的車(chē)道標(biāo)志 線。前幾幀檢測(cè)的車(chē)道標(biāo)志線數(shù)據(jù)也用來(lái)決定下一步興趣熱點(diǎn)區(qū)域，以簡(jiǎn)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(chǔ)，如道路消失點(diǎn)或道寬這樣的數(shù)據(jù)參數(shù)，都可以作為計(jì)算車(chē)道標(biāo)志線的參考，最后為了處理點(diǎn)劃車(chē)道線，可以通過(guò)一階多項(xiàng)式曲線來(lái)擬合，在進(jìn)行向量計(jì)算。如果檢測(cè)到左右車(chē)道標(biāo)志線，就可以利用左右標(biāo)志線來(lái)估計(jì)車(chē)道中心線；否則也可以利用估計(jì)的車(chē)道寬度及相關(guān)可視標(biāo)志來(lái)估算中心線。另外，斯特拉斯堡（ Strasbourg）RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 試驗(yàn)中心、英國(guó)國(guó)防部門(mén)的研究、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國(guó)麻省理工學(xué)院、韓國(guó)理工大學(xué)對(duì) 智能車(chē)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(shè)計(jì)主要的研究?jī)?nèi)容。 ，以及現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外的智能小車(chē)研究的現(xiàn)狀。 RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2 總體設(shè)計(jì) 方案對(duì)比分析 本設(shè)計(jì)主要有三種方案進(jìn)行對(duì)比分析： 第一種方案 采用四輪 驅(qū)動(dòng) （如圖 1） 來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)以及前進(jìn)后退等功能。 因此種方案雖然機(jī)動(dòng)性能好，但是造價(jià)較高且不容易操作，并且現(xiàn)在運(yùn) 用也只在越野車(chē)等高要求的你工作中使用。 采用四輪機(jī)構(gòu)需要變速裝置，機(jī)構(gòu)需要精確安裝， 并且機(jī)構(gòu)需要考慮齒輪之間的間隙，變速比齒輪選擇等問(wèn)題，操 作較為困難，安裝且不是很方便，現(xiàn)在市場(chǎng)有直接帶變速的直流電機(jī)，操作方便簡(jiǎn)單，且易實(shí)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(chē)速度慢、耗能大且應(yīng)用不是很方便。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)主要是研究串口控制智能小車(chē)，如果采用履RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 帶只會(huì)徒增成本，并且控制進(jìn)一步難以實(shí)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(dòng)比，機(jī)械效率等問(wèn)題，這一些都超過(guò)了設(shè)計(jì)的本質(zhì)問(wèn)題（ RS232 串口控制），因此本方案也不適合本設(shè)計(jì)內(nèi) 容。 圖 2 第三種方案 采用兩個(gè)萬(wàn)向輪 （如圖 3） 前后控制方向，通過(guò)差速控制來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)彎與前進(jìn)后退等其他功能。本方案明顯優(yōu)于以上兩個(gè)方案但與第四個(gè)方案比卻略顯不足。 這種方案雖然控制簡(jiǎn)單且與本設(shè)計(jì)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(gè)萬(wàn)向輪控制前后平衡性，整個(gè)車(chē)體平面的控制，需要達(dá)到很高精確度，在小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中容易出現(xiàn)自鎖，方向不容易控制，需要對(duì)四個(gè)輪子整體性考慮。 RS232 串口智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 C、 D 為萬(wàn)向輪 圖 3 第四種方案 采用單萬(wàn)向輪控制小車(chē) （如圖 4） 的轉(zhuǎn)彎與前進(jìn)后退等功能，操作簡(jiǎn)單且以實(shí)現(xiàn)控制，價(jià)格低廉等功能，使這一種方案得到應(yīng)用。 平面度較容易達(dá)到，方便控制，容易實(shí)現(xiàn)，并且操作流暢，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求 。 圖 4 綜上所述進(jìn)行的比較，各種方案都有其可行性，但是進(jìn)行綜合比較之后，第四種方案是比較適合本設(shè)計(jì)的方案。一次選用第四種方案。