個(gè)低成本的自主導(dǎo)航車的制作.ppt

一個(gè)低成本的自主導(dǎo)航車的制作,CREATING A LOW-COST AUTONOMOUS VEHICLE,摘要,自治小車是由許多零件和控制器組成的。而這些是取決于車自身要完成的任務(wù)的。在開發(fā)低風(fēng)險(xiǎn)自主車時(shí)，一個(gè)最大的挑戰(zhàn)就是保持低成本。因?yàn)榈统杀静拍軒砀叩南M(fèi)者應(yīng)用。便宜的微控制器，超聲波傳感器，和一個(gè)全球定位系統(tǒng)組成的低成本自主車將導(dǎo)航避免障礙直到一個(gè)預(yù)定的位置。這篇論文給出了一個(gè)低成本的自主車的設(shè)計(jì)，使用了一個(gè)修改的雷達(dá)控制裝在小車底板的GPS和超音速傳感器，來達(dá)到一個(gè)預(yù)定的地理位置。,我們主要關(guān)注的是在一個(gè)最小預(yù)算的情況下，車能完成多少任務(wù)。一個(gè)預(yù)算表明使用低成本的處理器和和商業(yè)可獲得的零部件可以很好的完成高性能要求。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)要用到電池，所以我們對(duì)能耗給予了很大的關(guān)注。,引言,一個(gè)自主小車是一個(gè)自導(dǎo)航的車就是不需要任何操作員來導(dǎo)航或者完成它的任務(wù)。自主車是最近發(fā)展起來的機(jī)器人的一個(gè)分支學(xué)科，主要包括三種形式：對(duì)空的，陸地的和海下的。 很多公司和組織花很多的時(shí)間和金錢來開發(fā)自主車以滿足不同的應(yīng)用。包括精確的固定飛行，探測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域（如：生化污染區(qū)，以及雷達(dá)輻射區(qū)）檢查水下管道的完整性，和探險(xiǎn)其它星球的表面等等。,自主車的一個(gè)可能的任務(wù)就是按照一個(gè)預(yù)先編好的路線一避免任何可能遇到的障礙，這個(gè)功能在一些應(yīng)用領(lǐng)域是十分有效的，比如：自動(dòng)伐木車，安全檢查機(jī)器人，滅火系統(tǒng)，和一個(gè)地形地圖車。這個(gè)車可以自己通過傳感器來看到自己的位置以及周圍的東西。這些傳感器因距離的遠(yuǎn)近而不同。 作一個(gè)自主車來完成這個(gè)任務(wù)是愛何華大學(xué)的一個(gè)主要研究課題?；饋碜杂陔娮与姎夤こ滔?。這個(gè)項(xiàng)目的目的就是設(shè)計(jì)和建造一個(gè)低成本的自主車控制系統(tǒng)對(duì)一個(gè)地面車實(shí)施控制。這個(gè)車必須能按照一個(gè)預(yù)定的路線避免障礙并以一定的速度行進(jìn)。開發(fā)這個(gè)控制系統(tǒng)的平臺(tái)是一個(gè)音頻控制模式的小車。,導(dǎo)航系統(tǒng),為了自主地導(dǎo)航一個(gè)車，控制系統(tǒng)必須能夠有能力去確定他現(xiàn)在的位置和前進(jìn)的方向。位置可以通過一個(gè)外部的聲音利用像全球定位系統(tǒng)來確定，或者通過使用電子羅盤路徑計(jì)數(shù)器獲得一個(gè)已知的開始點(diǎn)來計(jì)算一個(gè)前進(jìn)的路徑。然而，兩者都不是完美的。GPS系統(tǒng)提供了很好的整體定位信息而不依賴于以前的路徑結(jié)果。這樣就避免了來自于以前路徑的計(jì)算錯(cuò)誤。由于這個(gè)原因我們就選擇了低成本，易于使用的GPS的方法來定位我們的自主車。然而衛(wèi)星信號(hào)接收的有限性限制了GPS系統(tǒng)的導(dǎo)航功能。這種限制可能通過使用不同的GPS來彌補(bǔ)這個(gè)不足，但是要花多一些花費(fèi),GPS16接口協(xié)議是基于國(guó)家潛水電子協(xié)會(huì)的NMEA 0183 ASC接口說明的。GPS可以每一秒一次的速度被構(gòu)造成流標(biāo)準(zhǔn)句包括不同的GPS系統(tǒng)信息。通過GPS獲得的數(shù)據(jù)被使用在我們的工程里，主要包括經(jīng)度和緯度形成的一個(gè)ASC測(cè)試字符組，“ddmm，mmmm”代表度，分，秒，還包括GPS質(zhì)量標(biāo)尺，天線在平均海平面的相對(duì)高度，地面速度以及地形等等。 分析這些字符流來把有效的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的變量。絕對(duì)位置可以通過三維向量來準(zhǔn)確定位。在測(cè)試中，相對(duì)位置比較準(zhǔn)確，但絕對(duì)位置的獲得超時(shí)了。,障礙避免,一個(gè)成本并不高但是也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的探測(cè)的超聲波遠(yuǎn)距離探測(cè)器。他是通過產(chǎn)生一個(gè)電壓波然后在探測(cè)來自目標(biāo)物的返回信號(hào)。 超聲波探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是能在光線差或者水下使用。它提供了相對(duì)比較好的深度解決方案。例如，一個(gè)聲音傳遞時(shí)是以下面的前兩個(gè)式子描述的進(jìn)行的，要求超聲波探測(cè)器在2到5個(gè)周期內(nèi)探測(cè)到。那么對(duì)于一個(gè)32KHZ的傳感器，可以計(jì)算如（3）和（4）。,圖一說明了一個(gè)電波模式,是一個(gè)關(guān)于SFR08超聲波傳感器的.電波帶寬是一個(gè)由傳感器的物理特性和操作頻率決定的函數(shù).等式(5)和(6)描述了描述了波角作為一個(gè)頻率的函數(shù).,一旦傳感器接收到了開始命令通過IIC總線時(shí).片上的微處理器就開始產(chǎn)生一個(gè)電壓波并且在一個(gè)存儲(chǔ)器集里記錄16個(gè)回聲. 如圖2所示,三個(gè)超聲波記錄探測(cè)器被安在了模式車的前面.6英尺高每個(gè)有45度的偏移角.由于它們很接近地面和傳感器的圓錐視角.傳感器被調(diào)整為大約高于平地30英尺的地方讀出反射信息.,信息處理,任何的導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)核心就是他的處理來自傳感器的數(shù)據(jù)的能力,并以一個(gè)有效的方式控制它的輸出.處理器的復(fù)雜性取決于被處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和處理器完成任務(wù)的耗時(shí).對(duì)于大而昂貴的系統(tǒng)而言,高性能的計(jì)算能力或許是必須的,但是,對(duì)于一個(gè)小的系統(tǒng)來說,專用領(lǐng)域的可編程門陣列(FPGA)或許比較適合于處理和速度的要求.這里有大量的微控制器可以獲得,有單片機(jī),有ARM等等.,基于這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目,我們選擇了Rabbit 2000處理器作為中央處理器單元.這個(gè)特殊的處理器有足夠的I/O口.