智能测量小车设计
智能测量小车设计,智能,测量,丈量,小车,设计
摘要智能化技术在如今社会表现的越来越出色,智能机器人在大型工业的应用也在国家经济中占据重要作用,在未知探索领域也是非常重要。随着社会的不断进步发展, 智能小车的技术更是日新月异,让本来不可能的事通过非凡的智慧让其进入我们的眼帘,我相信很多人对其如何实现预期的功能也是充满好奇心,本次的设计的目的就是为了实现一些简单的智能化操作,从而让人们更多的了解智能化的程序编程是多么的不可思议!本文设计的是一款基于 Arduino 的智能小车,选择 Arduino 单片机作为主要控制系统,进行程序编程烧录,采用 wifi 模块进行无线数据传输,可以使用手机或者电脑实现无线控制。同时采用超声波测距模块来实现测距功能,除此之外,超声波传感器将数据传送给控制系统.经过系统处理给出的反馈指令,控制电机转动,从而实现自动避障的功能。在避障过程中,小车前端摄像头可以手动控制拍照为后续的工作提供素材。关键词: Arduino智能小车自动避障超声波测距无线控制模块IIAbstractIntelligent technology in todays social performance is more and more outstanding, intelligent robot in large-scale industrial applications also play an important role in the national economy, in the unknown exploration field is also very important。Along with the advance of social development, the technology of intelligent cars more with each passing day, which makes the impossible through extraordinary wisdom let it into our eyes, I believe that a lot of people on how to realize the expected function also is full of curiosity, the purpose of this design is to realize some simple intelligent operation, so as to let people know more about intelligent programming how incredible it is!Designed in this paper based on the Arduino is a smart car, choose the Arduino microcontroller as the main control system, carries on the programming burn, wifi wireless data transmission module, can use a mobile phone or computer to realize the wireless control. Using ultrasonic ranging module to achieve the function range at the same time, in addition, ultrasonic sensor data transmitted to the control system. Through system processing instructions given feedback, control motor rotation, so as to realize the function of automatic obstacle avoidance. In the process of avoiding obstacles, the front camera of the car can manually control the camera to provide material for subsequent work.Keywords:Arduinointrlligent carThe automatic obstacle avoidanceUltrasonic rangingThe wireless control module目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景以及意义11.2 国外研究概况及其发展趋势11.3 国内研究概况及其发展趋势22 系统总体方案设计32.1 小车车体结构设计32.2 小车控制器的选择32.3 小车电源的选择42.4 避障模块的选择42.5 无线控制模块42.6 电机及其电机驱动的选择52.7 系统总体方案的确定53 小车硬件设计63.1 无线通信模块的设计63.2 测距模块的设计73.3 电机模块设计103.4 电源部分设计124 小车的软件设计134.1 主循环程序设计134.3 自动避障子程序设计144.4 超声波测距程序设计154.5 wifi 手机模块程序设计155 小车的制作安装调试165.1 小车制作安装165.2 小车调试17结论19参考文献20附录 1 外文翻译21附录 2 外文原文23附录 3 程序代码26致谢461 绪论1.1 课题背景以及意义随着社会的快速发展,中国的企业也在快速进步,他们的生产技术也在提高, 因此,更加需要自动化生产技术。智能车辆和它的衍生产品是在生产线上、物流运输线上的重要设备。全世界很多国家都高度重视智能车的开发设计以及研究。在 20 世纪 04 年代,斯坦福研究院的学士 Rosen 等人花了近 6 年时间研制出名为 shakey 的自主可移动机器人,实现了在复杂情况,通过应用人工智能,完成机器人的操控。在此之后,机器人发展更加先进,数量也在不断变多,同时受到越来越多的世界学士们的关注。而且,智能车辆是移动机器人的一个重要部分,拥有高新的综合系统,集中运用传感器、计算机、自控等先进技术,可以实现自动控制、自动辨别路障、控制合适的车速等功能,智能设备在一般车辆上有了广泛的应用,从而变为智能车辆。Arduino 的应用,对操作者降低了很大的技术层面上的要求,可以在很短的时间内接触学习它,所以说 Arduino 是一款非常好用的开源硬件产品,具有较多的接口, 运用不同的传感器来感受外界环境,通过对控制电机、舵机和其他装置来反馈环境。做出正确的操作。它不像复杂单片机有难懂的程序编程,复杂的代码,只是一些简单而且实用的函数。因此,Arduino 简单的编程环境,很大程度上可以拓展我们的想象能力和实现我们预期的想法。1.2 国外研究概况及其发展趋势国外智能车辆的研究历史较长,始于上世纪 50 年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段:第一阶段:20 世纪 50 年代是智能车辆研究的初始阶段。1954 年美国 Barrrtt Electronics 公司研究开发了世界第一台自主引导车系统 AGVS(Automated Guied Vehicle System)。第二阶段:从 80 年代中后期开始,世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲,普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲,美国成立了国家自动高速公路系统联盟(NAHSC)。在亚洲,日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。第三阶段:从 90 年代开始,智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是,美国卡内基.梅隆大学(Carnegie Mellon University)机器人研究所一共9完成了 Navlab 系列的 10 台自主车(Navlab1Navlab10)的研究,取得了显著的成就。1.3 国内研究概况及其发展趋势相比于国外,我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚,开始于 20 世纪 80 年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家,并且存在一定得技术差距,但是我们也取得了一系列的成果,主要有:(1) 中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与 2003 年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上, 行驶的最高稳定速度为 13km/h,最高峰值速度达 170km/h,并且具有超车功能,其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。(2) 南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了 7B.8 军用室外自主车,该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台 Sun10 完成信息融合、路径规划,两台 PC486 完成路边抽取识别和激光信息处理,8098 单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主,采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法,其直线跟踪速度达到 20km/h,避障速度达到 5-10km/h。随着汽车工业的迅速发展,关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目,全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的,指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实现适应能力,能自动避障,可以智能规划路径。智能化作为现代社会的新产物,是以后的发展方向,他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作,无需人为管理,便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。同遥控小车不同,遥控小车需要人为控制转向、启停和进退,比较先进的遥控车还能控制器速度。常见的模型小车,都属于这类遥控车;智能小车,则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制,无需人工干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序来改变它的行驶方向。因此,智能小车具有再编程的特性。智能化全面的发展是实现其对资源的合理充分利用,以尽可能少的投入得到最大的收益,大大提高工业生产的效率,实现现有工业生产水平从自动化向智能化升级,从先前的模拟电路设计,到数字电路设计,再到现在的集成芯片的应用,各种能实现同样功能的元件越来越小为智能化产物的生成奠定了良好的物质基础。2 系统总体方案设计本设计的智能小车需要将传感器、处理器、驱动和执行机构进行合理的组合,共同协同工作,实现预期的目标,也就是依靠蓝牙通过手机或者电脑进行无线控制,红外线感应测距实现自动避障等功能。所以确定小车的硬件分为六大部分:车体、控制器、电源、避障程序模块、无线控制模块和执行部分。简单介绍下各部分的功能:(1) 车体:就是整个小车的外部框架,需要承载小车其他部件同时可以在空间上进行合理的摆放。(2) 控制器:负责控制和协调,是小车的核心,控制器能否及时准确处理传感器的信息并将处理后的数据结果传送给执行部分。(3) 电源部分:为传感器以及驱动部分提供足够的电能,确保系统正常稳定工作。(4) 避障程序模块:编写避障程序让小车可以自动避开障碍物。(5) 无线控制模块部分:负责接收无线控制指令信号,传送给控制器,进而实现无线控制。(6) 执行部分:负责执行微控制器的处理结果,能实现小车的转向功能。2.1 小车车体结构设计方案一:自己设计并手动制造车体。需要花费很多的时间去完成车体的尺寸、材料等一系列问题,优点是发挥我们的创新能力,但缺点是花费大量时间而且做出来的车体很粗糙,所以不想采用这个方案。方案二:选择本次设计所用到的传感器,即超声波传感器,为了实现无线控制而选择的 wifi 控制器,还有本次最为关键的 Arduino 控制器的编程使用,以及为了实现视频拍照选用摄像头,同时还可以为后续工作提供素材,选择车体、电机、车轮等部件自己进行合理的组装来实现我们预期的功能。综合一下,同时考虑本次设计重要的不是车体部分,而是我们对 Arduino 的了解和学习以及使用,所以我最终决定使用方案二。2.2 小车控制器的选择Arduino 的版本还是比较多的,不同的情况下要选择不同的 Arduino 版本,下面我们来比较一下常见的一些 Arduino。首先是最常见的 Arduino UNO R3,性能十分稳定而且满足绝大多数用户的需求, 同时也能满足小车实现功能的需要。其次 Arduino MEGA 是增强型 Arduino 控制器,相对于 UNO 提供了更多的输入输出接口一控制更多的设备,拥有更大的程序空间和内存。显然这个不适用于本次设计的智能车。Arduino Leonardo 使用集成 SUB 功能的 AVR 单片机作为芯片,可以模拟鼠标、键盘等 USB 设备。Arduino Due 使用的是 32 位 ARM Cortex-M3 作为主控芯片,集成多种外设,是目前最强大的 Arduino 控制器。Arduino Zero 提供 EDBG 调试端口,可以联机进行单步调试。小型化的 Arduino 在设计上进行了很大的精简。综上所述,我选择 Arduino UNO R3 作为小车的控制器。2.3 小车电源的选择方案一:采用两个电源供电,将电动机驱动电源与控制器电源分别单独供电,但是缺点是增加了小车的重量,电机控制性能降低,小车的灵敏度也会降低。方案二:采用一个电源供电,电源给电机供电,之后电机驱动供电给控制器,这样就减少了电源的重量。综上方案,我采用第二种选用充电电池作为供电电源。2.4 避障模块的选择常见的避障方法有超声波测距和红外线测距方案一:红外线测距避障优点:不受可见光影响、角度灵敏度高、结构简单,价格便宜易于安装并且可以快速感知物体的存在。缺点:精度较低,距离较近,对色彩光照敏感。方案二:超声波测距避障优点:对色彩光照和电磁场不敏感、结构简单并且可用于黑暗、有烟雾灰尘等恶劣环境中。缺点:超声波传感器的数量较少,可能会出现检测盲区,从而避障失误。方案三:为了提高避障性能,在测距模块中添加摄像机,配合舵机转动,测距范围加大,同时有效的减少了盲区。综合本次设计,为了更好的展示其功能,所以我采用方案三:超声波避障+舵机。2.5 无线控制模块目前使用较多的无线通信方式有蓝牙通信、红外线通信、wifi 通信以及无线射频通信,下面我们比较一下各个通信方式从而选取最适合本次设计的方式。(1)蓝牙:蓝牙在很多设备上都有安装,例如电话、笔记本电脑、汽车等,只要有蓝牙适配器,就可以轻松连接上蓝牙,从而进行数据传输,而且兼容性好。(2)红外线通信模块:首先成本比较低,便于安装但是传输范围较短。(3)wifi 模块:数据安全性较蓝牙较好,实现 wifi 通信方式便捷,与蓝牙同属短距离无线通信技术。因为小车是通过单个字符进行无线控制,所以无线通信要求并不是很高,只要满足迅速可靠就行。最后我选择 wifi 通信模块,方便快捷有效。2.6 电机及其电机驱动的选择采用直流减速电机,专用芯片驱动中的 L298N 电机驱动。直流减速电机转矩较大, 价格比较便宜,而 L298N 电机驱动,此芯片有两个 H 桥式电路,电路结构也比较简单, 使用方便,接线十分方便。2.7 系统总体方案的确定综上分析,下面为本次设计总体方案的框图:图 2-1系统总体流程框图3 小车硬件设计3.1 无线通信模块的设计上一章通过方案确定选择 wifi 通信作为无线通信方式,选择 ESP8266。ESP8266 引脚图如图 3-1 所示:图 3-1ESP8266 引脚图ESP8266 一共有五个引脚,分别是 UTXD 接单片机 RX,与 Arduino UNO 上相连接的引脚为 10(软串口 RX);URXD 接单片机 TX 与 Arduino UNO 上相连接的引脚为 11(软串口TX);CH_PD 接 3.3V 和VCC 接电源与Arduino UNO 上相连接的引脚同为 3.3V; GND 接地线与 Arduino UNO 上相连接的引脚为 GND。3.1.1wifi 模块与手机连接原理分析众所周知,我们的智能手机都有连接 Wifi 的功能,那么 Wifi 可以为我们做些什么呢?它通过发射高频的信号来进行数据的传送,因此,我们可以无线上网,是当今最广泛的无线网络传输技术。而且,它的传送速度很快,消耗的功率很低,对人体的健康不会造成太大的危害。本次设计制作的智能小车,经过我的考虑选择了 Wifi 模块通过与手机的连接来实现小车的前进等基本运动方式以及测距、避障的复杂运动。Wifi 模块的工作方式为主动型串口设备联网:在每次数据交换之前,都是由串口 wifi 模块设备主动发起连接, 然后在进行数据交换。典型例子(无线 pos 机)在每次刷卡完成之后,无线 pos 机即开始连接后台的服务器进行数据交换。首先,手机端作为上位机控制端,Wifi 模块接收指令作为下位机执行端;然后, 我们通过手机端 APP 对其发出操作指令,即发送 Wifi 信号,Wifi 模块接收手机发送的信号并且进行分析转换为高电平信号(TTL),接下来将电平信号发送给单片机, 经过相关的分析、处理转为控制指令发送给电机驱动模块,小车就可以动起来了。简单的说下手机 APP,现在大家的手机大多都是安卓系统,安卓系统的软件是由JAVA 软件进行编译,很是复杂,与本次设计相关不大而且学习起来很是困难。于是通过在网上的一些爱好者论坛,进行沟通探讨,了解到 JAVA 的编译需要特殊的软件,自己也看了下教程,真心的复杂,对那些软件编程大师很是佩服。本次用到的手机APP 名字为小 R 科技 Wifi 手机控制端,此软件里面功能齐全,有巡线功能、重力感应、雷达测距显示等功能,但是本次只用到超声波避障、测距以及自动避障。当然这些功能的实现包括手机 APP 里面的高级的功能都是需要我们用程序编程,调试才可以实现。3.2 测距模块的设计3.2.1 超声测距模块图 3-2HC-SR04 超声波测距模块超声波传感器里的发射器装置向我们指定方向发出一组高频率声波,即为超声 波,在发出的同时开始计时,超声波在传播途中碰到我们需要测距的物体就立即返回来,超声波传感器里面的接收器收到反射波就立即停止计时。声波在空气中的传播速度为 340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距测距物体的距离s,即: s=340m/s*t/2.利用时间差测距法就可以测得距离。最后,超声波测得的距离从串口中显示。超声波测距范围经试验大约为 5.00m,测量精度为 1cm.使用方法及时序图:图 3-3超声波测距时序图(1) 首先使用 Arduino 的数字引脚,发送给 SR04 的 Trig 引脚,信号为高电平最好至少 10 ms,触发装置的测距功能;(2) 然后,装置会自动发送 8 个超声波脉冲,频率为 40Khz,之后自动检测是否有信号返回。模块内部自动完成。(3) 接收到返回信号后,Echo 引脚会输出高电平,高电平持续时间等于超声波从发射到返回的时间。此时,我们能使用 pulseln()函数,通过内部程序运算获取到测距的数值,然后距被测物体的实际距离就会输出出来。图 3-4 SR04 与 Arduino 接线示意图3.2.2 舵机PWM 信号由接收通道进入信号解调电路 BA66881。的 12 脚进行解调,获得一个直流偏置电压。原理是直流偏置电压与电位器的电压进行比较,获得电压差由 BA6688 的 3 脚输出。该输出电机驱动集成电路 BA6686,以驱动电机正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动旋转,直到电压差为 O,电机停止转动。舵机的控制信号是 PWM 信号,利用占空比的变化改变舵机的位置。此次小车上安装的舵机只需要带动摄像头左右、上下移动,它的转角范围 0-120之间就可以,所以选择了 SG90 9G 舵机。图 3-5SG90 9G 舵机表 3-1SG90 9G 舵机参数产品型号SG90产品尺寸23*12.2*29(mm)工作扭矩1.6KG/cm反应速度0.12-0.13s/60通用反转角度最大 180 度舵机使用电压3.5V-6V结构素材塑料齿图 3-6 是舵机引脚接线图,芯片 PWM 引脚与舵机 pulse 引脚相连,舵机“+”引脚接电源,“-”引脚接地。图 3-6引脚连接图3.3 电机模块设计3.3.1 DC3V-6V130 直流减速电机和 69MM 橡胶轮图 3-7 为电机与橡胶轮组装图如下:图 3-7 车轮直流电机的减速比为 1:48,下表是其的相关参数。表 3-2直流减速电机参数额定电压3V6V空载电流120MA180MA减速比1:48负载电流170MA230MA负载转速约 115 转/分约 255 转/分扭矩约 0.7kgf.cm约 1.2kgf.cm3.3.2 电机驱动部分本次设计小车选取的电机驱动板为 L298N 电机驱动板模块,下面是电机驱动板图以及相关的参数。图 3-8L298N 电机驱动板模块19表 3-3电机驱动板参数驱动芯片L298N 双 H 桥直流电机驱动芯片驱动端供电范围 Vs+5V+35V驱动部分峰值电流2A逻辑部分供电范围 Vss+5V+7V逻辑部分工作电流范围036mA控制信号输入电压范围低电平:-0.31.5V 高电平:2.3Vss使能信号输入电压范围低电平:-0.31.5V 高电平:2.3Vss最大功耗20W(温度 T=75时)驱动板尺寸53mm*43mm驱动板重量35g本模块采用 H 桥驱动,可以同时驱动两个电机,使能 ENA 、ENB 之后,可以分别从 IN1、IN2 输入 PWM 信号驱动电机 1 的转速和方向;可以分别从 IN3、IN4 输入 PWM 信号驱动电机 2 的转速和方向。信号如下表:表 3-4电机驱动方式表直流电机旋转方式IN1IN2IN3IN4调速 PWM 信号调速端A调速端BM1正转高低/高/反转低高/高/停止低低/高/M2正转/高低/高反转/低高/高停止/低低/高电机驱动模块电路连接如下图所示:图 3-9电机驱动电路连接图3.4 电源部分设计根据上述方案选择,提供一定电量和低成本原则,选择 DC5V10000MAH/12V 4800MAH 聚合物锂电池。图 3-10DC5V10000MAH/12V 4800MAH 聚合物锂电池输入(INPUT):DC12.6VDC5V10000MAH(USB 接口)输出(QUTPUT):DC10.8-12.6V4800MAH尺寸:90*51*20mm重量:200g电池外观:蓝色4 小车的软件设计在完成上一部的设计后,接下来就是对小车的软件进行设计编程。我们的控制器选用的是 Arduino,所用编程语言是建立在 C/C+基础上的,Arduino 语言把一些AVR 单片机即微控制器相关的一些参数设置都函数化,大大降低了编程难度。4.1 主循环程序设计软件设计相当于设计小车的思想,用来指导硬件躯壳运动,本次设计采用模块化结构,下面是主循环程序框图:根据主程序流程图,处理器需要从很多相应的子程序中找出正确的相对应的子程序,可以使用 switch 语句实现这个功能。4.2 方向运动子程序方向控制子程序一共有 9 个,加上自动避障子程序共有 10 个。他们都是通过主程序的 switch 指令查找中被调用的,以下是指令调用表表 4-1指令调用表指令字符程序S/wStop();小车停止WAuto();小车自动避障FForward();小车前进BBack();小车后退LLeft();小车逆时针旋转RRight();小车顺时针旋转GForwardLeft();小车左前方行进IForwardRight();小车右前方行进HBackLeft();小车左后方行进JBackRight();小车右后方行进4.3 自动避障子程序设计4.4 超声波测距程序设计4.5 wifi 手机模块程序设计5 小车的制作安装调试5.1 小车制作安装首先通过螺丝螺钉固定四个电机在 PC 板上,将同一侧的两个电机分别用电线并联起来后,从 PC 板中间穿过后连接在驱动电机板上,接下来安装 Arduino 控制器以及wifi 控制模块,最后在车的前端安装云台摄像头以及超声波避障传感器。如图 5-1 所示,最后,安装好四个橡胶轮,帅气的智能小车就完成了,如图 5-2 所示。图 5-1小车组装图图 5-2帅气的小车5.2 小车调试安装好小车后,用数字万用表对芯片的各个引脚进行测量,防止出现接线错误等问题情况。待检测完毕后,编译程序,并用数据线将程序烧录进 Arduino.程序烧录完毕后,给小车通电,连上 wifi,打开手机控制端的 APP,如图 5-9 所示, 对小车进行控制,在进行其他的功能测试之前,先将小车的基本运动方向,即前进、后退、左转、右转进行检查,发现小车运动方向和控制方向相反,自己通过改变代码即可纠正如图 5-10,仔细观察小车的行走姿态和各种意外情况并记录,尽可能找到解决的办法。图 5-9手机控制 APP图 5-10小车基本方向运动控制设置当测试好所有的模块,完成整个程序的测试,小车可以正常运行 10 分钟并且没有意外情况,且可以实现所期待的功能时,小车成功完成运动测试工作。接下来测试超声波传感器测距,将超声波传感器(下位机)、Arduino 控制器(将高频率信号转化为电信号)、数据转换器(将电信号转化为数字信号)、超声波测距上位机连接好后,通过改变超声波传感器距电脑屏幕的距离,从下图可以看出距离的变化显示:图 5-11 测距图图 5-12 测距图最后将连接好的超声波传感器固定在小车的正前方,通过 wifi 手机控制端控制小车,就可以测出障碍物距小车的距离。至此,完成了小车的全部测试。结论本次设计实现了期望的功能,小车通过 wifi 与手机进行连接,通过手机 wifi 控制 APP 对小车进行控制,小车可以测量与障碍物的距离,同时传送实时图像,感觉自己身在车中,也可以进行拍照,在手机 wifi 控制 APP 中选择超声波避障,小车可以在距障碍物 15cm 处做出避障动作。本次设计难点在于程序调试以及对 Arduino UNO 控制板的学习,由于 Arduino 程序编程大多都是函数语言,对我这种入门的人也可以进行简单的程序编辑,这让我体会到程序编译的神奇,感受人类的智慧。最后,虽然遇到很多困难但是看到自己努力的成果,心里还是感受到超大的欣慰。参考文献1 潘元骁.基于 Arduino 的智能小车自动避障系统设计与研究D. 长安大学 20152 丁小妮.基于 Arduino&Android 小车的仓储搬运研究D. 长安大学 20153 侯亮,王浩伦,贾鸿翅.支持产品平台创新的知识分类及其本体建模研究J. 机电工程. 2010(11)4 陈永亮,焦明生.基于产品平台和机械总线的爬行机器人可适应设计J. 工程设计学报. 2005(05)5 纪欣然.基于Arduino 开发环境的智能寻光小车设计J. 现代电子技术. 2012(15)6 蔡睿妍.Arduino 的原理及应用J. 电子设计工程. 2012(16)7 凯姆卡尔文,泰勒卡尔文,庞明珠.Arduino 与电子制作J. 电子制作. 2012(08)8 崔才豪,张玉华,杨树财.利用 Arduino 控制板的光引导运动小车设计J. 自动化仪表. 2011(09)9 邹建梅,王亚格. 利用 Arduino 增强 Flash 互动性的研究J. 中国教育技术装备. 2010(36)10 胡小江, 董飞垚, 雷虎民,等. 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Production Engineering . 2013 (4)29附录 1外文翻译使用多个相机系统跟踪单位球面上运动目标的移动机器人摘要:移动机器人上摄像机系统的运动目标检测与跟踪是一个难题,由于机器人自身运动和运动目标共同构成了一个具有挑战性的问题:图像中的可分辨运动。在本文中, 我们关注的是多摄像机系统,即瓢虫2 相机,它的图像被用来检测运动和随后的性能以及球体上多个对象的跟踪。这使我们能够解释其运动的连续性,这是通过传感器在图像拼接过程中的球体上的场景的连续性。被跟踪的球体上的对象在贝叶斯滤波器的基础上,通过冯米塞斯-费舍尔分布和数据关联是最近邻全局的方法,其中距离矩阵是通过推导 RNyi-冯米塞斯 Fisher 分布差异构造。该方法是在进行测试的合成和真实世界的数据实验为基础的。1 引言运动目标的检测与跟踪(DATMO)在一个移动平台或车辆周围是在许多不同的应用程序的基本步骤。该信息是否已被用于在一个环境中的移动目标导航,被指定为属于运动目标区域,该 DATMO 始于 D 检测部分,包括对原始数据的信息处理和之后的跟踪方案假设的过程。在这个意义上的检测方法强烈地依赖于传感器的性质和它感测的现象,而跟踪部分可以依赖于测量的空间中采取。在本文中,我们利用一个多摄像机系统,形成一个全方位的图像拼接的一系列透视图像在一个单位的球体,这是我们的测量驻留空间。当相机被放置在一个移动机器人,运动目标检测变得越来越复杂,因为在图像的总运动汇合性是机器人运动任务,独立的对象 ECT 运动,以及场景的三维结构 1 。 2 在运动目标检测与一个单一的透视相机是通过计算光流场的优化实现双线性变换 在将图像相邻帧之间,在这之后的图像差异进行运动检测。然后,粒子过滤器被用来跟踪在图像中的移动对象,激光测距仪用于推断三维中的位置。 3 检测是基于单眼场景重建和仿射变换的三角形网格。利用扩展卡尔曼滤波进行运动目标跟踪和场景重建。演示与经典结构的运动检测,从运动(SFM)与多个硬性移动的物体的动态场景,称为多体 SFM, 4,5 6 人检测到使用直方图的方向梯度的一针 ED 打开全景图像利用在移动机器人瓢虫2 多相机系统。在跟踪多个运动目标时,数据关联问题起着至关重要的作用。为了解决这个问题, 可以使用的方法是全球近邻(GNN),ATT 试图在每一个扫描后 7 找到最有可能的数据关联假设,联合概率数据关联(JPDA)滤波器在多个假设中首先形成,然后结合前在继续下一个扫描 8 ,多假设滤波器(MHT)在多个数据关联假设的形成和传播。此外,跟踪多个目标的另一种方法:对象是概率假设密度(PHD)滤波器 9,10 , 本身并没有解决数据关联问题。上述具体实施与跟踪方法,如果使用卡尔曼滤波,高斯混合或序贯蒙特卡罗方法。然而,据笔者所知,这些方法以前没有被应用在多个目标在单位球面上分布的跟踪场景即米塞斯-费舍尔分布。本文提出了一种基于 GNN 的框架,这是基于与米塞斯Fisher 分布的贝叶斯跟踪球跟踪多个运动目标的新方法。解决 E 的任务,首先我们得到验证门控基于测量的可能性和预测的状态为球体丢弃不可能测量的关联程序的手段。重新计算最可能的数据关联的假设提出了 RNyi-散度作为距离测度之间的冯米塞斯Fisher 分布和表达方法推导出 T 。RNyi-发散是一类广义的距离,包括一些知名的距离等计算Leiber 和 Bhattacharyya 距离。实验结果 是第一次提出在合成数据的例子和随后的瓢虫2 多摄像机系统获得的实验。目前的系统是全方位的,但是,由于它形成的全方位图像,通过拼接图像的五透视相机(顶部没有被视为)的运动物体的检测是由透视凸轮的方法进行 时代 2 。随后的移动对象的聚类和测量生成的跟踪过程,然后在球体上执行。本文的结构如下。第 2 节介绍利用运动检测算法。第 3 节介绍了提出的多目标跟踪方法,第 4 节显示实验结果,而第 5 节总结论文。2 运动目标检测为检测任务,我们用一个球面数字摄像系统组成的 6 个单眼相机(即瓢虫2)放在一个移动平台。由于系统包括六个方面 VE 相机,他们可以缝合在一起,从而形成一个球形图像。许多传感器,包括单眼相机,原则上只轴承传感系统,而深度只能估计 达到一个规模。这里出现的需要跟踪在球体上的移动对象。在先前提出的问题的静脉,在六个图像的相机系统中检测到的对象的位置 茎被投射到球体上,作为跟踪任务的输入。运动目标检测是一个比较困难的问题的机器人开始移动,因为自我运动产业 固有光流。为了确保算法的效率和平台移动,它是必要的自我运动补偿 2,3 。自我运动补偿算法提供了一个连续帧之间的转换,转换可估计的直接或间接。前者依靠各种定位 离子系统(例如,IMU,GPS,里程计),后者估计使用图像处理方法的转变,避免额外的传感器。这种间接的方法是基于显着的特征集 我们通过连续的图像。为了这个目的,我们使用 Lucas Kanade 算法的稀疏光流在 1113 。一旦建立光流,就必须确定 补偿的变换参数。在这里,我们使用了一个非线性模型, 它可以处理平移和旋转的变化,特别是双线性模型给出如下:这种方法假定的背景运动是占主导地位的,它可以很好地近似由一个平面,相对于相机的距离的深度的变化是小的(我们的视差)。一旦估计的转变,以前的图像可以被扭曲成了当前时刻;它1T =重量1T(它1)。扭曲的形象1T 大约相当于图像 它1,从相同的位置,它的重量;1T(它1)它。然后,在时间 t 的图像动态部分检测后,应用图像差分图像之间的这1T 和它。这样的图像 差异又分大小 1616 像素区域,而差异的平均水平是每个区域的确定。这个平均值可以被认为是 E 区。应用阈值后,每个区域被声明为静态或动态。根据图像内的欧氏距离然后聚集。由于每两个相邻的摄像机有重叠的视场,一些对象可能会被识别在两个图像。因此,在每一个时间步,每个检测投影在单位球面,一些检测集中在一起,所以是以前的论证检测过程中的一个例子。3 单位球面上的跟踪冯米塞斯费舍尔分布作为一个通用的概率模型在空间方向和定向测量误差 14 。当考虑方向 P 维度,即单位 V 在 p 维欧氏空间 R P 载体,一个可以代表他们的点 P1,即 P1 维球面半径和中心在原点的单位。换句话说,一个 p-sphere 是DEF 定义为一组点(P + 1)维欧氏空间,因此 1-sphere 是圆的,2 是在三维空间中的球的表面。附录 2外文原文附录 3 程序代码3946致谢本次的毕业设计首先要感谢我的老师,智能测量小车设计这个课题高端大气上档次,当今社会,小到玩具电动,大到电器家具、汽车等,越来越多的智能化设备正在应运而生,在这个越来越接近智能化的社会,我们怎么能甘于落后,如何深入了解智能化编程这个大家庭,理解它的运作原理。首先我们要从小的方面去探索,去实验, 例如简单的光控声音,光控灯,跑马灯等的程序编译,由浅及深,会更好的了解智能化编程的神奇之处。在本次设计过程中,李老师给了我很大的帮助,李老师不仅学识渊博,待人更是体贴入微,在我遇到难题时,总是细心为我讲解。当然也要感谢大学期间所有的老师, 正是因为他们的鞠躬尽瘁,传道授业,我们才能拥有丰富的知识。我还要感谢学校能提供毕业设计这个优秀的品台,在我们即将步入社会之际,给了我们更多的知识储备,相信在以后的道路上,定会为我们指引正确的逐梦之路!最后,再次感谢老师们,祝你们身体健康,万事如意,心想事成!
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