广西大学学士学位论文

第一章 绪论

1.1 选题背景

自20世纪50年代世界上第一台机器人诞生以来，机器人技术经历了一个长期且缓慢的发展过程。在20世纪八、九十年代,随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了突飞猛进的发展，机器人的应用也从制造领域向非制造领域发展[1]。

本课题选题背景按照党中央、国务院的决策部署，“十一五”期间，高等教育要切实把重点放在提高质量上，特别要努力提高学生的创新精神和实践能力；2007年1月，经国务院批准， 启动“质量工程”，而今年则是“质量工程”实施的最后一年。同时，本课题来源于本专业的实验教学改革课题的其中一个内容。在导师的指导下，参与编写寻迹小车智能车的实验指导书；当今世界各国的大城市无不存在着交通拥挤问题，以上海为例，外环线以内大部分车辆平均时速在 20 公里以下。在现有道路有限的情况下，发展智能交通系统（ITS）成为提高交通资源利用率和交通安全的一种有效手段。智能车作为ITS的组成部分，能够靠自己的智能在道路上行驶[1]。

所以本课题的研究无论是从教学实验角度还是从生活实际的应用来看都具有较强的理论价值和实际意义。

1.2 智能小车的发展现状

美国物流学会自动导引车系统产品部把自动导引车（Automated Guided Vehicle，以下简称AGV）定义为装有电磁或光学自动导引装置的运输车[2]。该AGV能够沿规定的导引路径行驶，并配备有AGV编程与停车的选择装置，安全保护和其他系统所需要的特殊功能的装置。自动导引车是计算机技术，自动控制技术，管理技术，加工制造技术等多学科技术的综合。

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1.2.1智能小车在国外的发展

世界上第一台是AGV是由美国Barrett电子公司于20世纪50年代开发成功的，它是一种牵引式小车系统，小车跟随一条钢丝引导的路径行驶，并具有一个以真空管技术为基础的控制器[3]。智能小车项目已经成为一个当今世界热门的研究题目，在国外高校中主要的智能小车研究主要有下几种最具有代表性：

大谷机器人ASURO——世界最具影响力的三大教育机器人教材生产厂家之一，ASURO被评2006美国中学生暑期电子课作业指定教材。风靡欧洲教育界的ASURO和两足机器人，用的是免费的AVR软件，可以把电脑上的C语言的源程序转换成机器人可以识别的16进制代码，通过与电脑相联接的红外发射板，可以无线的把机器人可以识别的16进制代码发射到产品上面，就会展示新的动作，以实现可复编程，发射不同的程序，可实现不同的功能，如线性追踪（自动寻轨），追踪光源，设定路线来转弯，电脑遥控，唱歌，机器人走迷宫，感应人的身体后可后退等动作对ASURO来说，轻而易举[4]。

韩国的飞思卡尔智能车大赛，早在2000年由韩国汉阳大学举办的，面向韩国各个大学。韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCSl2单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用[4]。

IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛——所谓“电脑鼠”，英文名叫做MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置的俗称。它可以在迷宫中自动搜索迷宫，记忆迷宫地图，智能分析选择路径，最终以最快时间完成比赛。迷宫的地图是在竞赛开始前几分钟随机设置的，所以竞赛难度较大。国际电工和电子工程学会（IEEE）每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛，自举办以来参加国踊跃。1972年美

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机械杂志发起比赛，最初的电脑鼠是机械的，由弹簧驱动。1977年IEEE Spectrum杂志提出电脑鼠的概念：电脑鼠是一个小型的由微处理器控制的机器人车辆，在复杂迷宫中具有译码和导航的功能。真正的首场电脑鼠迷宫竞赛于1979年于纽约举行，1991年以来，每年都有世界级的比赛[4] [5]。

1.2.2 智能小车在国内的发展

我国AGV发展历史较短。北京起重运输机械研究所、中国邮政科学研究规划院、中国科学院沈阳自动化所、大连组合机床研究所、清华大学、国防科技大学和华东工学院都在进行不同类型的AGV的研制并小批量投入生产。1975年北京起重运输机械研究所完成我国第一台电磁引导定点通信的AGV，1989年北京邮政科学研究规划院完成我国第一台双向无线电通信的AGV，该院已能进行AGV的批量生产。沈阳自动化所在AGV技术方面已取得了多项研究开发成果和专利，解决了AGV车体设计、控制、导航和高度管理等一系列关键技术问题，成为国内唯一能够提供自主品牌AGV产品的单位。AGV自动导航车系统是伴随着柔性装配系统、计算机集成制造系统以及自动化立体仓库产业发展起来的，是物流系统中革命性的换代产品。为一种高效物流输送设备和工厂自动化的理想手段，随着经济的发展，在我国AGV领域必将越来越大[6]。

近几年，智能小车的研究是我国的高校大学生热点研究的项目。2006年，“飞思卡尔”杯智能车大赛登陆中国，经过教育部批准，由飞思卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办，在清华大学举办了第一届“飞思卡尔”杯智能车大赛 。今年则是第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车大赛，与往届不同，今年的第五届智能车竞赛新增了电磁组的竞赛单元，参赛者需要用电磁器件代替传统的光电和CCD，通过磁感应来进行赛道信息的获取渠道，以此控制智能车在赛道上行驶。

IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛，2007年9月开始在广州周立功单片机发展有限公司的赞助下，中国嵌入式系统学会组织上海市、江苏省、浙江省30多所高校连续举办了两次联赛。2009全国“电脑鼠走迷宫”总决赛于11月8日在北京航空航天大学首享科技大厦举行。此赛事由中国计算机学会指导、中国计算机学会嵌入式系统专业委员会主办、广州周立功单片机发展

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有限公司和台湾嵌入式暨单晶片系统发展协会协办、广州周立功单片机发展有限公司承办。

1.3 研究意义

路径识别技术是智能控制领域内一个重要的分支，智能车融合了嵌入式系统应用、光电检测、图像处理与路径识别、自动控制和电机控制等多种技术。其研究成果应用到很多领域中，例如拥有路径跟踪功能的自动导引车便广泛应用于自动仓库、柔性加工生产线、柔性转配线等领域。在一些恶劣的地面工作环境中，具有一定的危险的工作就可以利用智能车的路径跟踪功能来完成任务，基于机器视觉的智能车路径跟踪控制系统能够更全面地获取道路信息。利用各种有效的图像处理算法对路径进行识别，提高了路径识别的准确性，拓宽智能车的视野，能对更远的路径提前做好判断，提高了智能车路径跟踪的平均速度和车身稳定。作为能够自动进行路径跟踪的智能车，车身与控制器本身就是一个自动控制系统，有些控制理论与算法已非常成熟，且在实际应用中效果非常好。一些新的控制算法在灵活性上也有很大的提高，因此对各种控制算法的灵活运用能够提高智能车路径跟踪系统的整体性能。

所以，本课题的研究，对响应教育部的号召，实施“质量工程”，提高大学实践能手能力有很大的帮助；同时本课题也具有很强的实际应用性。

1.4 智能小车的关键技术

智能小车要想走向实用，必需拥有能胜任的运动系统、可靠的导航系统、精确的感知能力和具有既安全而又友好地与人一起工作的能力。智能小车的智能指标为自主性、适应性和交互性。适应性是指小车具有适应复杂工作环境的能力(主要通过学习)，不但能识别和测量周围的物体，还有理解周围环境和所要执行任务的能力，并做出正确的判断及操作和移动等能力。自主性是指小车能根据工作任务和周围环境情况，自己确定工作步骤和工作方式；交互性是智能产生的基础，交互包括小车与环境、小车与人及小车之间三种，主要涉及信息的获取、处理和理解。智能小车是一个综合系统，包括以下关

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