專利名稱：一種利用傳感器巡線的新型智能小車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能車設(shè)計(jì)及制作領(lǐng)域，涉及一種機(jī)器人比賽裝置。
背景技術(shù)：
智能車技術(shù)是集機(jī)電、材料、光電、力學(xué)、聲學(xué)、計(jì)算機(jī)及軟件編程、傳感器、控制技術(shù)、材料加工技術(shù)等多門學(xué)科于一體，是一個(gè)國家智能化發(fā)展水平的重要指標(biāo)。智能車的設(shè)計(jì)和制作是機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的重要內(nèi)容。智能車的制作要求智能化，要在無人為干預(yù)的條件下實(shí)現(xiàn)小車的智能運(yùn)動(dòng)及對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑的優(yōu)化。例如，遇到障礙物或者其他物體時(shí)需要暫停、返回或者停止，實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的記憶與優(yōu)化功能。如果小車能夠?qū)崿F(xiàn)跨越門檻或障礙的功能、抵抗外界的干擾，那么小車的性能與功能將實(shí)現(xiàn)巨大的進(jìn)步。由于智能車的輪子可以改變。當(dāng)智能車的輪子較大時(shí)，雖然可以實(shí)現(xiàn)門檻、某些障礙物的跨越，但是性能相當(dāng)不穩(wěn)定，特別容易偏離預(yù)設(shè)的路線；當(dāng)智能車的輪子較小時(shí)，小車根本無法越過門檻及某些障礙物，遇到門檻或障礙物的時(shí)候，小車會(huì)被障礙物阻礙，從而可能對(duì)小車的性能、結(jié)構(gòu)及功能造成損害。還有小車在通過一些比較坑洼的路況或減速帶時(shí)，很可能會(huì)撞歪、碰壞巡線系統(tǒng)中的傳感器，使小車不能正常運(yùn)動(dòng)。智能車使用的巡線系統(tǒng)一般為灰度傳感器，對(duì)光比較敏感，其結(jié)果是外界光線對(duì)小車的巡線功能有較大的影響。小車在一般光線下可以巡線，但是在其他不同光強(qiáng)的場地，小車的巡線系統(tǒng)可能就陷入癱瘓，不能正常巡線運(yùn)動(dòng)。此外，灰度傳感器具有一定的敏感距離范圍，因此限制了底盤的高度，在一定程度上也限制了輪子的大小。普通的小車不能實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的記憶與優(yōu)化、不能跨越門檻、抵抗外界干擾能力差的缺點(diǎn)。因此，從改善智能小車的功能與性能角度出發(fā)，巧妙設(shè)計(jì)小車的結(jié)構(gòu)，探索能夠?qū)β窂接洃浥c優(yōu)化、抵抗外界干擾能力強(qiáng)的智能小車具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的普通小車不能實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的記憶與優(yōu)化、不能跨越門檻以及抵抗外界干擾能力差的技術(shù)問題，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案一種靠傳感器巡線的新型智能小車，包括主控制板、巡線系統(tǒng)、測障系統(tǒng)、導(dǎo)輪系統(tǒng)、遮光系統(tǒng)、發(fā)聲系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所述的主控制板為AVRMage32機(jī)器人控制板。所述的巡線系統(tǒng)由灰度傳感器及其附屬結(jié)構(gòu)組成，通過主控制板的智能采光功能來實(shí)現(xiàn)小車的準(zhǔn)確巡線。所述的測障系統(tǒng)由紅外光電傳感器及其固定結(jié)構(gòu)組成，測障系統(tǒng)需要對(duì)返回的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，可由傳感器上的調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)現(xiàn)，當(dāng)傳感器感應(yīng)到所設(shè)定的距離范圍時(shí)，由主控板控制小車進(jìn)行相應(yīng)的操作。所述的導(dǎo)輪系統(tǒng)由四個(gè)大輪子和四個(gè)小輪子及其支架組成。所述的遮光系統(tǒng)由遮光紙做成的遮光罩及其固定結(jié)構(gòu)組成。遮光系統(tǒng)的遮光罩用黑色遮光紙做成，成本較低，而且簡單易用。遮光罩的全面遮光結(jié)構(gòu)使小車能夠在外界光源的干擾下正常運(yùn)行。本發(fā)明的遮光罩的結(jié)構(gòu)簡單獨(dú)特，可以將外界光源對(duì)小車的影響降到最低。所述的發(fā)聲系統(tǒng)由蜂鳴器組成。本發(fā)明蜂鳴器采用一體化結(jié)構(gòu)，直流電壓供電，集成在主控板上，通過主控板可實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制。所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、穩(wěn)壓模塊和電機(jī)。本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用的電源為兩節(jié)額定電壓為7. 4V的可充電動(dòng)力性電池，穩(wěn)壓模塊采用LM7812，電機(jī)的型號(hào)為0T-NST1228-450，通過主控板可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能驅(qū)動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的精確巡線，具有跨越門檻功能，抵抗外界干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。


圖1為小車的主視圖，圖1中的符號(hào)表示1-主控制板；2_大導(dǎo)輪；3_小導(dǎo)輪；4-紅外光電傳感器；5_紅外光電傳感器；6_紅外光電傳感器。圖2為小車的俯視圖。圖3為小車的左視圖。圖4為巡線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中的符號(hào)表示7、8、9、10、11、12、13、14_灰度
傳感器。圖5為導(dǎo)輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5(a)為安裝在小車上的的大導(dǎo)輪，圖5 (b)是加工的用來連接大導(dǎo)輪和小車的連接件，圖5 (c)為安裝在小車側(cè)面的導(dǎo)輪，圖5 (c)中的符號(hào)表示15-小導(dǎo)輪；16_加工的連接件。圖6為遮光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式參見圖1，測障系統(tǒng)由紅外光電傳感器4、5、6及其固定結(jié)構(gòu)組成,紅外光電傳感器4和6安裝在小車的頭部,紅外光電傳感器5安裝在小車的尾部,紅外光電傳感器4用于前方向的測障，紅外光電傳感器5用于后方向的測障，紅外光電傳感器6用于實(shí)現(xiàn)小車遇到暫時(shí)性的障礙物時(shí)的暫停功能。所述的紅外光電傳感器的型號(hào)為E18-D30NK DC-5V，此種紅外光電傳感器的背面有一個(gè)距離調(diào)節(jié)旋鈕，可以根據(jù)需要設(shè)置傳感器的感應(yīng)距離。調(diào)節(jié)時(shí)，在傳感器的正前方用一擋板來反射紅外線，有返回值時(shí)，紅色的信號(hào)燈會(huì)發(fā)亮。紅外光電傳感器4和5的有效距離為15cm,紅外光電傳感器6的有效距離為10cm。紅外光電傳感器發(fā)射出紅外線,在有效的距離范圍(就是前面所說的可以調(diào)節(jié)的)之內(nèi)遇到障礙物時(shí)紅外線反射回來，紅外光電傳感器將信號(hào)傳回主控板，然后做出相應(yīng)的判斷，并執(zhí)行相應(yīng)的功能。參見圖4，巡線系統(tǒng)由灰度傳感器7、8、9、10、11、12、13、14組成，圖4(a)為前排傳感器巡線系統(tǒng)，圖4(b)為后排傳感器巡線系統(tǒng)。所述的灰度傳感器為模擬傳感器，在傳感器的一面有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻。灰度傳感器利用不同顏色范圍的檢測面對(duì)光的反射程度不同，光敏電阻對(duì)不同檢測面返回的光的阻值也不同，利用該原理進(jìn)行顏色檢測。在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換為小車可以識(shí)別的信號(hào)。在小車的運(yùn)動(dòng)過程中，任意時(shí)刻會(huì)遇到不同的檢測面，小車的傳感器會(huì)實(shí)時(shí)的讀取數(shù)值，被主控板采集并執(zhí)行相應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)小車的智能巡線。所述的灰度傳感器有一定的敏感范圍，所以安裝傳感器的時(shí)候要參照傳感器的性能參數(shù)進(jìn)行安裝。本發(fā)明中的灰度傳感器的敏感距離為1.5cm。在小車的前方和后方各布置一排傳感器，這樣有利于小車實(shí)時(shí)精確巡線。參見圖5，導(dǎo)輪系統(tǒng)由四個(gè)大輪子和四個(gè)小輪子及其支架組成。其中安裝在小車前方和后方的大導(dǎo)輪的直徑為5. 0cm，側(cè)面的四個(gè)小導(dǎo)輪的直徑為2. 0cm，材料為硬質(zhì)塑料，大輪子的外徑有卡槽，這樣的設(shè)計(jì)更利于小車越過門檻。當(dāng)小車遇到門檻時(shí)導(dǎo)輪上的卡槽在力的作用下會(huì)使導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)輪就可經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)在門檻上，在后輪的推動(dòng)下，導(dǎo)輪前進(jìn)。隨后前方導(dǎo)輪提前接地并在后輪的推力下前進(jìn)，從而使小車順利通過門檻。導(dǎo)輪系統(tǒng)中，還有小導(dǎo)輪15，安裝在小車的前后方的兩側(cè)，共四個(gè)，解決了小車過減速帶或門檻時(shí)，傳感器容易被損壞的問題。參見圖6，遮光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，17為軟質(zhì)黑色膠帶，起主要作用的就是遮光罩，它由黑色的遮光紙與黑色膠布做成。原理很簡單，就是用遮光罩將外界的光與傳感器隔離開來，即使外界的光線不斷變化也不會(huì)對(duì)小車的巡線系統(tǒng)造成干擾。參見圖7，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明中采用兩個(gè)雙驅(qū)電機(jī)，可同時(shí)控制前后輪，有利于實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。運(yùn)行過程在出發(fā)區(qū)啟動(dòng)小車運(yùn)行，當(dāng)紅外光電傳感器6測到前方有暫時(shí)性障礙物時(shí)，小車暫時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，去掉障礙物后，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。在前進(jìn)過程中，灰度傳感器8和9保證傳感器精確巡線，當(dāng)小車左偏離或右偏離預(yù)定路線時(shí)，被灰度傳感器9或8檢測到，控制小車糾正偏離至預(yù)定路線。當(dāng)前進(jìn)過程中遇到十字路口，被傳感器7或10檢測到，控制小車左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)前進(jìn)過程中遇到障礙物時(shí)，被傳感器4檢測到，控制小車減速停止，接著控制雙驅(qū)電機(jī)反轉(zhuǎn)，使小車倒車，在倒車后退過程中，灰度傳感器12和13保證傳感器精確巡線，當(dāng)小車左偏離或右偏離預(yù)定路線時(shí)，被灰度傳感器12或13檢測到，控制小車糾正偏離至預(yù)定路線。當(dāng)后退過程中遇到十字路口，被傳感器11或14檢測到，控制小車右轉(zhuǎn)彎或左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)后退過程中遇到障礙物時(shí)，被傳感器5檢測到，控制小車減速停止，接著控制雙驅(qū)電機(jī)正轉(zhuǎn)，使小車正向前進(jìn)。若在行進(jìn)過程中遇到門檻時(shí)，可以借助卡槽及推力的作用使小車前部分的底盤抬高，順利通過門檻，同時(shí)小導(dǎo)輪12也可以在推力的作用下將小車進(jìn)行左右適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使小車順利通過門檻，小導(dǎo)輪15還可解決小車過減速帶或門檻時(shí)，傳感器容易被損壞的問題。
權(quán)利要求
1.一種利用傳感器巡線的新型智能小車，包括主控制板、巡線系統(tǒng)、測障系統(tǒng)、導(dǎo)輪系統(tǒng)、遮光系統(tǒng)、發(fā)聲系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于巡線系統(tǒng)由灰度傳感器及其附屬結(jié)構(gòu)組成，測障系統(tǒng)由紅外光電傳感器及其固定結(jié)構(gòu)組成，導(dǎo)輪系統(tǒng)由四個(gè)大輪子和四個(gè)小輪子及其支架組成，遮光系統(tǒng)由遮光紙做成的遮光罩及其固定結(jié)構(gòu)組成，發(fā)聲系統(tǒng)由蜂鳴器組成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、穩(wěn)壓模塊和電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用傳感器巡線的新型智能小車，其特征在于所述的主控制板為AVRMage32機(jī)器人控制板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用傳感器巡線的新型智能小車，其特征在于所述的巡線系統(tǒng)由灰度傳感器及其附屬結(jié)構(gòu)組成，通過主控制板的智能采光功能來實(shí)現(xiàn)小車的精確巡線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用傳感器巡線的新型智能小車，其特征在于所述的測障系統(tǒng)由紅外光電傳感器及其固定結(jié)構(gòu)組成，測障系統(tǒng)需要對(duì)返回的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，可由傳感器上的調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)現(xiàn)，當(dāng)傳感器感應(yīng)到所設(shè)定的距離范圍時(shí)，由主控制板控制小車進(jìn)行相應(yīng)的操作。
5.所述的導(dǎo)輪系統(tǒng)由四個(gè)大輪子和四個(gè)小輪子及其支架組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用傳感器巡線的新型智能小車，其特征在于所述的遮光系統(tǒng)由遮光紙做成的遮光罩及其固定結(jié)構(gòu)組成，用遮光罩將外界的光與傳感器隔離開來，即使外界的光線不斷變化也不會(huì)對(duì)小車的巡線系統(tǒng)造成干擾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用傳感器巡線的新型智能小車，其特征在于所述的發(fā)聲系統(tǒng)由蜂鳴器組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用傳感器巡線的新型智能小車，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、穩(wěn)壓模塊和電機(jī)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用的電源為兩節(jié)額定電壓為7. 4V的可充電動(dòng)力性電池，穩(wěn)壓模塊采用LM7812，電機(jī)的型號(hào)為0T-NST1228-450，通過主控板可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
一種利用傳感器巡線的新型智能小車，屬于智能車設(shè)計(jì)及制作領(lǐng)域，適用于機(jī)器人游中國比賽。發(fā)明的小車由主控制板、巡線系統(tǒng)、測障系統(tǒng)、導(dǎo)輪系統(tǒng)、遮光系統(tǒng)、發(fā)聲系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。巡線系統(tǒng)由灰度傳感器及其附屬結(jié)構(gòu)組成，測障系統(tǒng)由紅外光電傳感器及其固定結(jié)構(gòu)組成，導(dǎo)輪系統(tǒng)由四個(gè)大輪子和四個(gè)小輪子及其支架組成，遮光系統(tǒng)由遮光紙做成的遮光罩及其固定結(jié)構(gòu)組成，發(fā)聲系統(tǒng)由蜂鳴器組成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、穩(wěn)壓模塊和電機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確巡線，具有跨越門檻功能，抵抗外界干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)G05D1/02GK103019237SQ20121045439
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者王斌, 張建偉, 梁超, 朱建行, 吳鳳嬌 申請(qǐng)人:王斌, 張建偉, 梁超, 朱建行, 吳鳳嬌