一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人智能車領(lǐng)域，特別是一種雙線循跡智能車。
【背景技術(shù)】
[0002]全球第一輛無人智能驅(qū)動車的研發(fā)制造出現(xiàn)在1953年，該類型智能車借助于埋線電磁感應(yīng)技術(shù)實(shí)施路徑跟蹤服務(wù)。當(dāng)今隨著傳感器技術(shù)不斷進(jìn)步，更基于智能算法的持續(xù)優(yōu)化，使得無人控制智能車的設(shè)計(jì)技術(shù)與水平一路走高，愈發(fā)高度的集成化技術(shù)也漸漸顯現(xiàn)，同時，全國大學(xué)生“飛思卡爾”智能車競賽是教育部倡導(dǎo)的信息領(lǐng)域六大學(xué)科賽事之一。比賽以快速跑完規(guī)定賽道為目標(biāo)，盡可能提高車模速度，這不僅需要智能車有可靠的硬件，還更需要良好的算法作支撐。智能車在連續(xù)的賽道上行駛，需要平滑連續(xù)的控制才能保證智能車的穩(wěn)定性和快速性，三次樣條插值算法能保證插值點(diǎn)兩側(cè)軌跡的連續(xù)性，具有穩(wěn)定性和平滑性，已應(yīng)用于機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述存在的問題，提供一種雙線循跡智能車，避免了智能車易于偏離預(yù)定軌道的問題的發(fā)生而能以良好路徑穩(wěn)定可靠行進(jìn)，且能以盡可能快的速度抵達(dá)目的地，驗(yàn)證了三次樣條插值方法在智能車路徑優(yōu)化中應(yīng)用的有效性。
[0004]—種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，包括路徑檢測傳感器模塊、SD卡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、微控制器模塊、撥碼開關(guān)和按鍵等參數(shù)調(diào)節(jié)模塊。其特征在于:圖像采集分三個步驟:開始曝光，曝光，讀取AD值圖像數(shù)據(jù)。
[0005]該研究涉及的智能汽車采用TSL1401線陣CCD傳感器作為路徑檢測采集模塊，飛思卡爾16位微控制器MC9S12XS128作為控制核心，歐姆龍500線編碼器作為速度采集模塊。
[0006]一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，圖像邊界提取及偏差求取方法:從圖像的中心向兩邊搜線，即搜線起點(diǎn)坐標(biāo)為固定的中心，往左邊找到相鄰兩個像素點(diǎn)不同即為左邊界，同理往右找到右邊界。
[0007]—種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，PD算法結(jié)合三次樣條插值的舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制，首先要尋找各種半徑需要的對應(yīng)偏差，從而對線性CCD采集到的信息處理得到的偏差設(shè)置相應(yīng)的離散舵機(jī)占空比值。速度控制采用PID算法結(jié)合三次樣條插值來控制。只根據(jù)當(dāng)前舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度輸出值確定速度的方法，這種方法的直道進(jìn)彎減速效果不那么明顯，但穩(wěn)定性好，實(shí)際能達(dá)到的平均速度優(yōu)于之前的速度給定方法。
[0008]作為本發(fā)明圖像邊界提取及偏差求取方法的一種優(yōu)選方案，采用動態(tài)的中心值往兩邊搜線，即定義一個二位數(shù)組middle2，提取的邊界的中心值middlel作為這一次往兩邊搜線的起點(diǎn)，從而解決了彎道丟線的問題。偏差bias的求取即為左右邊界的坐標(biāo)值和減去(線性CCD的總像素點(diǎn))，這種偏差的計(jì)算方法可以避免賽道寬度的影響。
[0009]有益效果:本發(fā)明最大程度上使用了單片機(jī)自身資源，通過三次樣條插值規(guī)劃出各種半徑對應(yīng)的期望舵機(jī)占空比和設(shè)定的速度脈沖值，結(jié)合ro算法來控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，結(jié)合PID算法控制電機(jī)速度，避免了智能車易于偏離預(yù)定軌道的問題的發(fā)生而能以良好路徑穩(wěn)定可靠行進(jìn)，且能以盡可能快的速度抵達(dá)目的地。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0011]圖中標(biāo)記:1-舵機(jī)、2-撥碼開關(guān)、3-電機(jī)、4-速度檢測模塊、5-SD模卡、6-PC機(jī)、7路徑檢測模塊-、8-CPU。
【具體實(shí)施方式】
[0012]—種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，包括路徑檢測傳感器模塊、SD卡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、微控制器模塊、撥碼開關(guān)和按鍵等參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，由微控制器采集并分析當(dāng)前傳感器模塊傳送過來的賽道信息計(jì)算出舵機(jī)打腳和電機(jī)速度等參數(shù)，從而使智能小車能在跑到上快速穩(wěn)定的行駛，其特征在于:圖像采集分三個步驟:開始曝光，曝光，讀取AD值圖像數(shù)據(jù)，用中斷實(shí)現(xiàn)曝光延時，這樣可以在曝光階段處理其他任務(wù)。圖像處理:首先采取動態(tài)閾值對圖像二值化，白色值為250，黑色值為0，然后再提取二值化圖像的信息?？傮w流程為系統(tǒng)先初始化，再采樣并二位化處理，確定位置，先后開始舵機(jī)控制和電機(jī)控制，最后重復(fù)下個周期。
[0013]—種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:圖像邊界提取及偏差求取方法:從圖像的中心向兩邊搜線，即搜線起點(diǎn)坐標(biāo)為固定的中心，往左邊找到相鄰兩個像素點(diǎn)不同即為左邊界，同理往右找到右邊界。另一種方法是采用動態(tài)的中心值往兩邊搜線，即定義一個二位數(shù)組middle[2]，提取的邊界的中心值middle[l]作為這一次往兩邊搜線的起點(diǎn)，從而解決了彎道丟線的問題，偏差bias的求取即為左右邊界的坐標(biāo)值和減去128 (線性CCD的總像素點(diǎn))，這種偏差的計(jì)算方法可以避免賽道寬度的影響。
[0014]常規(guī)賽道類型主要包括小S，直道，各種不同半徑的彎，總結(jié)來看，賽道的元素基本可以看作是各種不同半徑的彎組成，其中直道是半徑無窮大的彎，因此，利用不同半徑的彎對應(yīng)的較好路徑的偏差對小車的方向進(jìn)行控制為主要思路。所以首先要尋找各種半徑需要的對應(yīng)偏差，從而對線性CCD采集到的信息處理得到的偏差設(shè)置相應(yīng)的離散舵機(jī)占空比值，實(shí)踐證明，在賽道類型相對簡單的路況下，小車能以良好的路徑行進(jìn)，比如在半徑為60cm的賽道上行進(jìn)，線性CCD得到的偏差與設(shè)置的占空比有一個適合這個半徑的平衡點(diǎn)，即輸入偏差絕對值為75左右時，舵機(jī)的輸出占空比為270左右，使得智能車能以這個平衡點(diǎn)以固定打腳穩(wěn)定行進(jìn)。然而相對連續(xù)變化或較復(fù)雜賽道類型的賽道，這種離散的對應(yīng)關(guān)系難以滿足要求，甚至造成震蕩。解決的方法是對半徑再細(xì)分，得到離散點(diǎn)更多的表，然而再對的半徑進(jìn)行更細(xì)的劃分是不切實(shí)際，而且耗費(fèi)時間，從而引入三次樣條插值算法，使得打腳連續(xù)。樣條插值的主要思路是，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，找到一組擬合多項(xiàng)式，在多項(xiàng)式擬合過程中，對每組相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)，用多項(xiàng)式去擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的曲線。同時舵機(jī)采用H)控制，舵機(jī)控制的輸入量為線性CCD采樣得來的偏差，通過舵機(jī)轉(zhuǎn)向角不同控制車模轉(zhuǎn)向消除車模距離道路中心的偏差，根據(jù)動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆蔷€性系統(tǒng)的近似最優(yōu)ro控制，比例P采用動態(tài)值，，即三次樣條插值所得的值除以偏差所得，微分D的作用是用來使智能車在運(yùn)動的狀態(tài)下保持相應(yīng)偏差所需的占空比，同時附帶提前轉(zhuǎn)彎的效果，D的選取應(yīng)該從小往大取值，直到出現(xiàn)震蕩再稍微往小調(diào)，通過合理的選取D值，可以實(shí)現(xiàn)較好的路徑。
[0015]本發(fā)明采用PID算法結(jié)合三次樣條插值來控制驅(qū)動電機(jī)的速度。一般來說速度控制并不是最困難的，智能車要以最短的時間完成全程，車處在不同賽道段的速度給定才是最有難度的。我們首先考慮如下:直道應(yīng)當(dāng)盡量快，彎道也要盡量快，直道進(jìn)彎要減速，彎道出直道可以適當(dāng)加速。為此我們最先采用偏差值來設(shè)定速度值，最終發(fā)現(xiàn)效果不是很好，分析原因如下:小S有偏差，導(dǎo)致減速；在大S等彎道會出現(xiàn)偏差小，車體還沒回到合適的姿態(tài)，就給較大的速度值，導(dǎo)致之后的姿態(tài)也不好控制，嚴(yán)重影響路徑。最終本發(fā)明采取了一種只根據(jù)當(dāng)前舵機(jī)偏轉(zhuǎn)角度輸出值確定速度的方法，這種方法的直道進(jìn)彎減速效果不那么明顯，但穩(wěn)定性好，實(shí)際能達(dá)到的平均速度優(yōu)于之前的速度給定方法。同樣的，當(dāng)對速度設(shè)置離散的對應(yīng)關(guān)系時，由于速度變化差值較大，對不同摩擦力的地面，在速度調(diào)節(jié)上會由于超調(diào)使速度在半徑不變的情況下不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重影響路徑，所以在尋找不同半徑的穩(wěn)定速度情況下，應(yīng)該使速度變化平滑連續(xù)，充分利用不同半徑不同速度的特征，使得速度設(shè)置達(dá)到最優(yōu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，包括路徑檢測傳感器模塊、SD卡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、微控制器模塊、撥碼開關(guān)和按鍵等參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，其特征在于:圖像采集分為:開始曝光，曝光，讀取AD值圖像數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的智能汽車采用TSL1401線陣CCD傳感器作為路徑檢測采集模塊，飛思卡爾16位微控制器MC9S12XS128作為控制核心，歐姆龍500線編碼器作為速度采集模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:圖像邊界提取及偏差求取方法:從圖像的中心向兩邊搜線，即搜線起點(diǎn)坐標(biāo)為固定的中心，往左邊找到相鄰兩個像素點(diǎn)不同即為左邊界，往右找到右邊界。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:采用三次樣條插值的舵機(jī)控制轉(zhuǎn)向。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙線循跡智能車的速度控制系統(tǒng)，其特征在于:采用PID算法結(jié)合三次樣條插值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:方法采用動態(tài)的中心值往兩邊搜線，定義一個二位數(shù)組middle2，提取的邊界的中心值middlel作為這一次往兩邊搜線的起點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙線循跡智能車控制系統(tǒng)，智能車通過TSL1401線陣？CCD采集賽道兩邊的黑線，以單片機(jī)作為核心控制單元實(shí)現(xiàn)智能車的自動識別循跡功能。詳細(xì)說明三次樣條插值在智能車轉(zhuǎn)向和速度控制中的應(yīng)用，該智能車能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速、以良好的路徑自主行駛。
【IPC分類】G05B19/04
【公開號】CN105652698
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】夏子涵
【申請人】成都市創(chuàng)為凱科技信息咨詢有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2014年11月10日