蔡昭嶸 上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院

1 引言

本文所研究的自動(dòng)循跡移動(dòng)載體利用飛思卡爾k60作為主控系統(tǒng)，特點(diǎn)為價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大，可以進(jìn)行圖像識(shí)別和自動(dòng)循跡，同時(shí)具有很小的體積和功耗，在未來可以搭載其他的傳感器深入危險(xiǎn)區(qū)域作排查故障無人機(jī)械。也可以在管道檢查等需要循跡的領(lǐng)域發(fā)揮特殊作用。

2 機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引

路徑識(shí)別我們采用邊沿提取的方式。

邊沿提取算法的基本思想如下：

(1) 直接對(duì)其進(jìn)行掃描原始圖像，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)提取黑白跳變點(diǎn)；

(2) 路徑寬度要確定一個(gè)范圍，在確定的路徑寬度范圍內(nèi)提取有效路徑邊側(cè)，這樣可以避免不在寬度范圍內(nèi)的干擾；

(3) 利用路徑的連續(xù)性，根據(jù)上一行白塊的位置和邊沿的位置來確定本行的邊沿點(diǎn)；

在提取邊側(cè)后我們需要通過之前提取的賽道邊沿?cái)?shù)據(jù)推算中心：當(dāng)左右邊沿點(diǎn)總數(shù)較少時(shí)往回；若只有單邊有邊沿點(diǎn)數(shù)據(jù)，則通過校正對(duì)單邊數(shù)據(jù)按法線平移賽道寬度一半的距離；當(dāng)能找到與一邊能匹配上的另一邊沿點(diǎn)時(shí)則直接求其中心作為中心點(diǎn)。推算完中心點(diǎn)后，對(duì)中心點(diǎn)進(jìn)行均勻化，方便之后的控制。

最后我們通過優(yōu)化加權(quán)算法來優(yōu)化路徑。因?yàn)槿魧?duì)整場(chǎng)有效行的中心求加權(quán)平均值的算法，在低速情況下可以有效地優(yōu)化路徑，但在載體速度提高到一定程度之后由于過彎時(shí)的側(cè)滑，路徑不是很好。 當(dāng)速度過高已達(dá)到臨界值時(shí)，會(huì)使傳輸?shù)膱D像不清晰，導(dǎo)致所求加全值數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此整場(chǎng)圖像求加權(quán)的算法對(duì)于高速情況 下的路徑優(yōu)化效果不是很明顯。

為了解決這個(gè)問題，我們對(duì)于參與加權(quán)計(jì)算的圖像行數(shù)及權(quán)重進(jìn)行了處理， 減小了車體前部一定范圍內(nèi)的圖像參與加權(quán)的行數(shù)和權(quán)重，同時(shí)增大視場(chǎng)前部圖像的權(quán)重。在經(jīng)過各種參數(shù)加入測(cè)試性試驗(yàn)后，終于得到了所需求的準(zhǔn)確而有效的參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過這一套數(shù)據(jù)的加入，可以使小車在告訴行駛狀態(tài)下也能傳輸高效準(zhǔn)確的載體路徑。

3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

方案一：直流電機(jī)。

直流電機(jī)采用H型PWM電路進(jìn)行操控，通過改變電機(jī)電源電壓的極性來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電壓極性的變化和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短由單片機(jī)來控制實(shí)現(xiàn)，由于電壓調(diào)整范圍很難達(dá)到高精確度，因此很難達(dá)到本系統(tǒng)所需要的精確度。

方案二：步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)擁有慣性小、響應(yīng)頻率高的特點(diǎn)，因此具有別的電機(jī)所不具備的瞬間啟動(dòng)與急速停止的優(yōu)越特性；正常情況下可以不需要對(duì)處理中心進(jìn)行反饋就能對(duì)位移或速度進(jìn)行較為精確的控制。

4 傳感器設(shè)計(jì)方案

4.1 使用接近開關(guān)傳感器來對(duì)路面信息進(jìn)行采集

接近開關(guān)傳感器由于能以非接觸方式進(jìn)行檢測(cè)，所以不會(huì)損傷檢測(cè)物體。再者因?yàn)槠洳捎玫氖菬o接點(diǎn)輸出方式，所以壽命延長(zhǎng)采用半導(dǎo)體進(jìn)行輸出，其對(duì)接點(diǎn)的壽命沒有影響。接近開關(guān)傳感器與光檢測(cè)的方式有很大區(qū)別，它適合在水和油等環(huán)境下使用檢測(cè)時(shí)幾乎不受檢測(cè)對(duì)象的影響。其中還包括特氟龍外殼型及耐藥品良好的產(chǎn)品。與接觸式開關(guān)相比，其可實(shí)現(xiàn)接觸式開關(guān)所無法達(dá)到的高速響應(yīng)。能對(duì)應(yīng)不同的溫度范圍。幾乎不受檢測(cè)物體顏色的影響對(duì)檢測(cè)對(duì)象的物理性質(zhì)變化進(jìn)行檢測(cè)。

4.2 使用光電傳感器來采集路面信息

使用光電傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、使用方便、成本較低?？梢悦馊シ爆嵉膱D像處理工作，但是光電傳感器所獲取的信息是不完全的，只能夠?qū)β访媲闆r作簡(jiǎn)單的判斷，受距離檢測(cè)較短的影響，而且容易受到諸多的干擾。

5 總結(jié)

本文通過對(duì)機(jī)器人自動(dòng)循跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)行跡以及對(duì)驅(qū)動(dòng)器的分析與參考設(shè)計(jì)做各種實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)最適宜自動(dòng)載體運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)裝置，通過對(duì)各類傳感器的分析與檢測(cè)，以此來確認(rèn)最終自動(dòng)載體開關(guān)與感應(yīng)器的設(shè)計(jì)形式與設(shè)計(jì)方向。還通過各類參考文獻(xiàn)，以此來確認(rèn)設(shè)計(jì)方向與設(shè)計(jì)思路和對(duì)材料選取的各類要求。自動(dòng)循跡載體屬于新型科技設(shè)計(jì)，這對(duì)于人類生活有極大的幫助與促進(jìn)作用，相信以后對(duì)于自動(dòng)循跡系統(tǒng)的科學(xué)研究會(huì)有更深層次的進(jìn)步。