CN103019237A

CN103019237A - 一种利用传感器巡线的新型智能小车

Info

Publication number: CN103019237A
Application number: CN2012104543953A
Authority: CN
Inventors: 王斌; 张建伟; 梁超; 朱建行; 吴凤娇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种利用传感器巡线的新型智能小车，属于智能车设计及制作领域，适用于机器人游中国比赛。发明的小车由主控制板、巡线系统、测障系统、导轮系统、遮光系统、发声系统、驱动系统构成。巡线系统由灰度传感器及其附属结构组成，测障系统由红外光电传感器及其固定结构组成，导轮系统由四个大轮子和四个小轮子及其支架组成，遮光系统由遮光纸做成的遮光罩及其固定结构组成，发声系统由蜂鸣器组成，驱动系统包括电源、稳压模块和电机。与现有技术相比，本发明的优点在于：可实现对路径的准确巡线，具有跨越门槛功能，抵抗外界干扰能力强，稳定性好。

Description

一种利用传感器巡线的新型智能小车

技术领域：

本发明涉及智能车设计及制作领域，涉及一种机器人比赛装置。

背景技术：

智能车技术是集机电、材料、光电、力学、声学、计算机及软件编程、传感器、控制技术、材料加工技术等多门学科于一体，是一个国家智能化发展水平的重要指标。

智能车的设计和制作是机器人设计和制作的重要内容。智能车的制作要求智能化，要在无人为干预的条件下实现小车的智能运动及对运动路径的优化。例如，遇到障碍物或者其他物体时需要暂停、返回或者停止，实现对路径的记忆与优化功能。如果小车能够实现跨越门槛或障碍的功能、抵抗外界的干扰，那么小车的性能与功能将实现巨大的进步。

由于智能车的轮子可以改变。当智能车的轮子较大时，虽然可以实现门槛、某些障碍物的跨越，但是性能相当不稳定，特别容易偏离预设的路线；当智能车的轮子较小时，小车根本无法越过门槛及某些障碍物，遇到门槛或障碍物的时候，小车会被障碍物阻碍，从而可能对小车的性能、结构及功能造成损害。还有小车在通过一些比较坑洼的路况或减速带时，很可能会撞歪、碰坏巡线系统中的传感器，使小车不能正常运动。

智能车使用的巡线系统一般为灰度传感器，对光比较敏感，其结果是外界光线对小车的巡线功能有较大的影响。小车在一般光线下可以巡线，但是在其他不同光强的场地，小车的巡线系统可能就陷入瘫痪，不能正常巡线运动。此外，灰度传感器具有一定的敏感距离范围，因此限制了底盘的高度，在一定程度上也限制了轮子的大小。

普通的小车不能实现对路径的记忆与优化、不能跨越门槛、抵抗外界干扰能力差的缺点。因此，从改善智能小车的功能与性能角度出发，巧妙设计小车的结构，探索能够对路径记忆与优化、抵抗外界干扰能力强的智能小车具有重要的意义。

发明内容

针对现有的普通小车不能实现对路径的记忆与优化、不能跨越门槛以及抵抗外界干扰能力差的技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种靠传感器巡线的新型智能小车，包括主控制板、巡线系统、测障系统、导轮系统、遮光系统、发声系统、驱动系统。

所述的主控制板为AVRMage32机器人控制板。

所述的巡线系统由灰度传感器及其附属结构组成，通过主控制板的智能采光功能来实现小车的准确巡线。

所述的测障系统由红外光电传感器及其固定结构组成，测障系统需要对返回的距离进行调节，可由传感器上的调节旋钮实现，当传感器感应到所设定的距离范围时，由主控板控制小车进行相应的操作。

所述的导轮系统由四个大轮子和四个小轮子及其支架组成。

所述的遮光系统由遮光纸做成的遮光罩及其固定结构组成。遮光系统的遮光罩用黑色遮光纸做成，成本较低，而且简单易用。遮光罩的全面遮光结构使小车能够在外界光源的干扰下正常运行。本发明的遮光罩的结构简单独特，可以将外界光源对小车的影响降到最低。

所述的发声系统由蜂鸣器组成。本发明蜂鸣器采用一体化结构，直流电压供电，集成在主控板上，通过主控板可实现对蜂鸣器的控制。

所述的驱动系统包括电源、稳压模块和电机。本驱动系统中使用的电源为两节额定电压为7.4V的可充电动力性电池，稳压模块采用LM7812，电机的型号为OT-NST1228-450，通过主控板可实现对小车的智能驱动。

与现有技术相比，本发明的优点在于：可实现对路径的精确巡线，具有跨越门槛功能，抵抗外界干扰能力强，稳定性好。

附图说明：

图1为小车的主视图，图1中的符号表示：1-主控制板；2-大导轮；3-小导轮；4-红外光电传感器；5-红外光电传感器；6-红外光电传感器。

图2为小车的俯视图。

图3为小车的左视图。

图4为巡线系统的结构示意图，图1中的符号表示：7、8、9、10、11、12、13、14-灰度传感器。

图5为导轮系统的结构示意图，图5(a)为安装在小车上的的大导轮，图5(b)是加工的用来连接大导轮和小车的连接件，图5(c)为安装在小车侧面的导轮，图5(c)中的符号表示：15-小导轮；16-加工的连接件。

图6为遮光系统的结构示意图。

图7为驱动系统的电机的结构示意图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明的内容作进一步的详细说明。

具体实施方式：

参见图1，测障系统由红外光电传感器4、5、6及其固定结构组成，红外光电传感器4和6安装在小车的头部，红外光电传感器5安装在小车的尾部，红外光电传感器4用于前方向的测障，红外光电传感器5用于后方向的测障，红外光电传感器6用于实现小车遇到暂时性的障碍物时的暂停功能。

所述的红外光电传感器的型号为E18-D30NK DC-5V，此种红外光电传感器的背面有一个距离调节旋钮，可以根据需要设置传感器的感应距离。调节时，在传感器的正前方用一挡板来反射红外线，有返回值时，红色的信号灯会发亮。红外光电传感器4和5的有效距离为15cm，红外光电传感器6的有效距离为10cm。红外光电传感器发射出红外线，在有效的距离范围(就是前面所说的可以调节的)之内遇到障碍物时红外线反射回来，红外光电传感器将信号传回主控板，然后做出相应的判断，并执行相应的功能。

参见图4，巡线系统由灰度传感器7、8、9、10、11、12、13、14组成，图4(a)为前排传感器巡线系统，图4(b)为后排传感器巡线系统。

所述的灰度传感器为模拟传感器，在传感器的一面有一只发光二极管和一只光敏电阻。灰度传感器利用不同颜色范围的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光的阻值也不同，利用该原理进行颜色检测。在有效的检测距离内，发光二极管发出光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为小车可以识别的信号。在小车的运动过程中，任意时刻会遇到不同的检测面，小车的传感器会实时的读取数值，被主控板采集并执行相应的功能，从而实现小车的智能巡线。

所述的灰度传感器有一定的敏感范围，所以安装传感器的时候要参照传感器的性能参数进行安装。本发明中的灰度传感器的敏感距离为1.5cm。在小车的前方和后方各布置一排传感器，这样有利于小车实时精确巡线。

参见图5，导轮系统由四个大轮子和四个小轮子及其支架组成。其中安装在小车前方和后方的大导轮的直径为5.0cm，侧面的四个小导轮的直径为2.0cm，材料为硬质塑料，大轮子的外径有卡槽，这样的设计更利于小车越过门槛。当小车遇到门槛时导轮上的卡槽在力的作用下会使导轮转动，导轮就可经转动而运动在门槛上，在后轮的推动下，导轮前进。随后前方导轮提前接地并在后轮的推力下前进，从而使小车顺利通过门槛。导轮系统中，还有小导轮15，安装在小车的前后方的两侧，共四个，解决了小车过减速带或门槛时，传感器容易被损坏的问题。

参见图6，遮光系统的结构示意图，17为软质黑色胶带，起主要作用的就是遮光罩，它由黑色的遮光纸与黑色胶布做成。原理很简单，就是用遮光罩将外界的光与传感器隔离开来，即使外界的光线不断变化也不会对小车的巡线系统造成干扰。

参见图7，驱动系统中电机的结构示意图。本发明中采用两个双驱电机，可同时控制前后轮，有利于实现小车的转弯运动。

运行过程：在出发区启动小车运行，当红外光电传感器6测到前方有暂时性障碍物时，小车暂时停止运动，去掉障碍物后，小车继续前进。在前进过程中，灰度传感器8和9保证传感器精确巡线，当小车左偏离或右偏离预定路线时，被灰度传感器9或8检测到，控制小车纠正偏离至预定路线。当前进过程中遇到十字路口，被传感器7或10检测到，控制小车左转弯或右转弯。当前进过程中遇到障碍物时，被传感器4检测到，控制小车减速停止，接着控制双驱电机反转，使小车倒车，在倒车后退过程中，灰度传感器12和13保证传感器精确巡线，当小车左偏离或右偏离预定路线时，被灰度传感器12或13检测到，控制小车纠正偏离至预定路线。当后退过程中遇到十字路口，被传感器11或14检测到，控制小车右转弯或左转弯。当后退过程中遇到障碍物时，被传感器5检测到，控制小车减速停止，接着控制双驱电机正转，使小车正向前进。若在行进过程中遇到门槛时，可以借助卡槽及推力的作用使小车前部分的底盘抬高，顺利通过门槛，同时小导轮12也可以在推力的作用下将小车进行左右适当的调整，使小车顺利通过门槛，小导轮15还可解决小车过减速带或门槛时，传感器容易被损坏的问题。

Claims

1.一种利用传感器巡线的新型智能小车，包括主控制板、巡线系统、测障系统、导轮系统、遮光系统、发声系统和驱动系统，其特征在于：巡线系统由灰度传感器及其附属结构组成，测障系统由红外光电传感器及其固定结构组成，导轮系统由四个大轮子和四个小轮子及其支架组成，遮光系统由遮光纸做成的遮光罩及其固定结构组成，发声系统由蜂鸣器组成，驱动系统包括电源、稳压模块和电机。

2.根据权利要求1所述的利用传感器巡线的新型智能小车，其特征在于：所述的主控制板为AVRMage32机器人控制板。

3.根据权利要求1所述的利用传感器巡线的新型智能小车，其特征在于：所述的巡线系统由灰度传感器及其附属结构组成，通过主控制板的智能采光功能来实现小车的精确巡线。

4.根据权利要求1所述的利用传感器巡线的新型智能小车，其特征在于：所述的测障系统由红外光电传感器及其固定结构组成，测障系统需要对返回的距离进行调节，可由传感器上的调节旋钮实现，当传感器感应到所设定的距离范围时，由主控制板控制小车进行相应的操作。

5.所述的导轮系统由四个大轮子和四个小轮子及其支架组成。

6.根据权利要求1所述的利用传感器巡线的新型智能小车，其特征在于：所述的遮光系统由遮光纸做成的遮光罩及其固定结构组成，用遮光罩将外界的光与传感器隔离开来，即使外界的光线不断变化也不会对小车的巡线系统造成干扰。

7.根据权利要求1所述的利用传感器巡线的新型智能小车，其特征在于：所述的发声系统由蜂鸣器组成。

8.根据权利要求1所述的利用传感器巡线的新型智能小车，其特征在于：所述的驱动系统包括电源、稳压模块和电机，驱动系统中使用的电源为两节额定电压为7.4V的可充电动力性电池，稳压模块采用LM7812，电机的型号为OT-NST1228-450，通过主控板可实现对小车的智能驱动。