论文总字数：28533字

摘 要

自动化、智能化的全向移动载具对现代工业和交通运输业有着重要意义，复杂的现场路况和特殊的现场环境对全向移动智能车的可靠性、灵活性和无人化程度提出了越来越高的要求。

本文设计了一款使用麦克纳姆轮的、能有效识别信标的智能车，主要设计内容包括机械设计、硬件设计、软件设计和路径规划。机械设计包括车体的设计与加固，以及传感器的选型和安装，硬件设计的需求是设计稳定的PCB电路板。软件设计和智能车的路径规划是本文的主要内容，本文推导了麦克纳姆轮的运动学原理，完成了电机PID控制系统的设计，然后介绍了摄像头图像处理设别信标灯的方案，路径规划部分综合比较了Dijkstra算法、DFS算法以及A*算法的优点和应用的缺陷。本文最后总结了实际测试的效果，并对改进方案做出了展望。

关键词：智能车 麦克纳姆轮 运动控制 图像处理 路径规划

Design and path planning of beacon intelligent car

Abstract

The automatic and intelligent omni-directional mobile vehicle is of great significance to modern industry and transportation industry. The complex on-site road conditions and special on-site environment put forward higher and higher requirements for the reliability, flexibility and unmanned degree of omni-directional mobile intelligent vehicle.

In this paper, I design an intelligent vehicle which can effectively identify beacon using mcnamm wheel. The main design contents include mechanical design, hardware design, software design and path planning. Mechanical design includes the design and reinforcement of the car body, as well as the selection and installation of sensors. The demand of hardware design is to design stable PCB circuit board. Software design and intelligent vehicle path planning are the main contents of this paper. This paper deduces the kinematics principle of mcnamm wheel, completes the design of motor PID control system, and then introduces the scheme of camera image processing and beacon light setting. In the part of path planning, the advantages and application defects of Dijkstra algorithm, DFS algorithm and A * algorithm are compared comprehensively. Finally, this paper summarizes the actual test results, and makes a prospect for the improvement of the program.

Key Words: Smart car ; Mecanum wheel ; Motion control ; image processing ;

Path planning

目 录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 绪论………………………………………………………………………1

1.1 选题背景与意义…………………………………………………………1

1.1.1 选题背景…………………………………………………………1

1.1.2 选题意义…………………………………………………………1

1.2 国内外研究相关综述……………………………………………………2

1.2.1 国外相关研究……………………………………………………2

1.2.2 国内相关研究……………………………………………………3

1.3 论文主要设计内容………………………………………………………5

第二章 智能车总体设计………………………………………………………6

2.1 系统总体设计……………………………………………………………6

2.1.1 系统概述…………………………………………………………6

2.1.2 系统硬件架构……………………………………………………7

2.1.3 系统软件架构……………………………………………………8

2.2 开发环境与调试工具……………………………………………………9

2.2.1 硬件开发环境……………………………………………………9

2.2.2 软件件开发环境…………………………………………………9

2.2.3 调试工具…………………………………………………………10

第三章 智能车机械设计………………………………………………………11

3.1 车体设计…………………………………………………………………11

3.1.1 车模………………………………………………………………11

3.1.2 防撞设计…………………………………………………………11

3.1.3 磁标安装…………………………………………………………12

3.2 传感器选型与安装………………………………………………………13

3.2.1 摄像头……………………………………………………………13

3.2.2 编码器……………………………………………………………14

3.2.3 红外传感器………………………………………………………14

3.3 智能车三视图……………………………………………………………15

第四章 智能车硬件设计………………………………………………………16

4.1 主控板……………………………………………………………………16

4.1.1 电源与稳压模块…………………………………………………16

4.1.2 单片机最小系统…………………………………………………17

4.1.3 人机交互模块……………………………………………………17

4.1.4 其他模块…………………………………………………………18

4.2 电机驱动板………………………………………………………………20

4.3 红外识别板………………………………………………………………21

第五章 智能车软件设计与路径规划………………………………………22

5.1 软件设计…………………………………………………………………22

5.1.1 麦克纳姆轮运动原理……………………………………………22

5.1.2 电机运动控制……………………………………………………28

5.1.3 红外图像处理……………………………………………………31

5.2 路径规划…………………………………………………………………33

5.2.1 环境建模…………………………………………………………33

5.2.2 路径搜索…………………………………………………………34

5.2.3 平滑路径…………………………………………………………38

5.3 测试结果…………………………………………………………………40

第六章 总结与展望……………………………………………………………42

6.1 全文总结…………………………………………………………………42

6.2 系统评价…………………………………………………………………42

6.3 未来展望…………………………………………………………………42

参考文献 …………………………………………………………………………43

致谢 ………………………………………………………………………………45

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