摘 要

智能跟随小车是智能化发展中的一个重要应用。它可以在无人操作的情况下，作出启动、停止、转向、前进和后退等动作。智能小车能在复杂环境下对周围情况进行信息采集，通过计算机程序对搜集到的信息进行分析和处理，并作出相应决策，完成特定的动作，实现既定功能，具有很广泛的现实意义。

本论文设计一种基于麦克纳姆轮的智能小车，具有定位跟随功能。人体脚部固定一个AHRS模块，在行走过程中测量出人的位置坐标和惯导角度信息。人体位置相关数据通过WiFi模块传输到STM32主控芯片中。同时，小车上也搭载AHRS模块，对小车的位置信息进行监测，数据同样传输至STM32芯片中。利用其高速的数据处理能力和丰富的外接资源，对人和车的位置信息加以处理，发送相应指令到ORION副控芯片中，驱动电机对麦轮进行控制，实现对人体的跟踪。

论文首先介绍了国内外研究现状，而后对主要小车应用的主要技术进行了介绍，再介绍了小车的硬件设计及软件设计思路。最后对小车的控制方案进行了优化。

关键词：AHRS；麦克纳姆轮；STM32；智能控制

Abstract

Intelligent car is now an important application of intelligent development. It can be in the case of unmanned operation, you can start, stop, turn, forward and backward and other actions. Intelligent car can operate in a complex environment for the surrounding situation of information collection, and then through the computer program to collect the information to analyze and deal with, and make the appropriate decision to direct the car to make some action. Has a very wide range of practical significance.

This paper designs a smart car based on Mecanum wheel, with positioning and follow function. The human body foot fixed an AHRS module, in the course of walking to measure the location of the coordinates and inertial navigation angle information. The location of the human body related data through the WiFi module to the STM32 master chip. At the same time, the car is also equipped with AHRS module, the car's location information to monitor the same data transmission to the STM32 chip. Using its high-speed data processing capabilities and a wealth of external resources, the location of information on people and vehicles to be processed, send the appropriate instructions to the ORION auxiliary control chip, the motor to control the wheat wheel.

The paper first introduces the research status quo at home and abroad, and then introduces the main technology of the main car application, and then introduces the hardware design and software design of the car. Finally, the control scheme of the car was optimized.

Key words：AHRS；Mecanum wheel；STM32；Intelligent control

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本论文主要工作 3

第2章 自动跟随小车相关技术介绍 4

2.1室内定位技术 4

2.2 惯性传感器 4

2.3 AHRS工作原理 5

2.4 AHRS和IMU惯性测量单元的比较和优缺点 5

2.5 麦克纳姆轮 6

2.5.1 麦克纳姆轮基本原理 6

2.5.2 麦克纳姆轮底盘的正逆运动学模型 6

第3章 智能跟随小车硬件设计 12

3.1智能跟随小车模块总体设计 12

3.2 STM32F103芯片介绍 12

3.3 以太网芯片W5500的介绍 13

3.4 ORION芯片介绍 14

3.5硬件接口设计 15

第4章 智能跟随小车的控制方案 17

4.1智能跟随小车基本设计原理 17

4.2方案介绍 17

4.2.1精确跟随循迹 17

4.3两种方案的比较和选择 18

4.3.1方案的比较 18

4.3.2两种方案的选择 19

4.4运动分解循迹软件设计 19

第5章 控制方案的优化 22

5.1硬件设计的优化 22

5.2避障模块的引入 22

第6章 总结 23

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

当代生活中，智能化已经越来越普及，发展势头也越来越迅猛。可以说现在的智能化影响着我们生活的方方面面。衣食住行这些与我们息息相关的领域都因为智能化的发展有着很大的变革。而智能车的发展，正是智能化普及的一个典型应用。

与遥控小车不同，智能小车不需要人为操作。它具有体积比较小、重心比较低、运动灵活、操控简单等优点^[1,2]。遥控小车需要人工干预，例如摇杆手柄等外接设备进行小车的操控。而智能小车则不同，它可以在无人操作的情况下，即可作出启动、停止、转向、前进和后退等动作。它能在复杂环境下对周围情况进行信息采集，而后通过计算机程序对搜集到的信息进行分析和处理，并作出相应的决策，指挥小车作出一定的动作。在智能小车的设计中，许多高新技术都有比较深入的应用：计算机、传感、通信、导航定位和自动控制等^[3]。智能小车的应用领域很广，它主要在军事、工业制造、仓库搬运、智能护理、恶劣环境的无人勘探方面有广泛的应用和发展前景^[4]。例如京东商城的仓库的智能分拣，其不仅仅有一套全智能化、机械化操作平台，还拥有独立的场院操作系统及AGV操作台。其AGV智能操作台，即自动引导小车，具有智能识别货物，自动避障等功能，可以快速且高效的完成货物分拣的任务，大大节省了人力的投入，也利于仓库的管理。而在恶劣环境的无人勘探，智能小车更体现了其优越性，最典型和最为人熟知的例子就是登月车的应用，智能小车可以代替人，进入到复杂、未知的环境中，通过远程操控或者自动控制来完成相应的任务。大大降低了人为探测的危险性。

1.2国内外研究现状

第一台自主智能小车是由NilsNi-ssen和CharlenRosen等人用了6年时间在1972年研制而成，这台智能小车被命名为shakey^[5]。

国外的智能车研究历程比较远，可以追溯到上世纪的中叶。它的发展历程大体可以分成三个阶段：