基于嵌入式linux的自主寻迹机器人的研究报告

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1、.第二章自主式寻迹机器人总体设计2.1自主机器人主体设计本文所研究的自主式寻迹机器人主要应用在平整地面的室内环境中。机器人主体类似于小型的四轮车，采用车轮驱动方式，两后轮是驱动轮，由直流电机驱动，两前轮是转向轮，通过连杆连接到舵机。实验车道底色为白色，标有黑色中心线。以机器人寻迹行驶的速度和稳定性以及智能性作为评价的标准。2.2数据采集模块的设计与分析数据采集模块是整个系统的“眼睛”，为系统的“大脑”一核心控制模块提供前方的路面信息。数据采集模块设计的目标是让整个系统能够看得更远更宽，通过采集的数据，能让“大脑”迅速作

2、出反应。机器人运行的环境是白色底板与黑色引导线，所以数据采集模块从颜色角度來看，只需要能够区分黑白两种颜色即可。当然为了提高系统的可靠性、快速性，视觉模块最好能够识别出引导线的一些参数，比如引导线的位置、方向、曲率等。在引导线的设计上，会设置一些干扰和交叉。机器人要能找到准确的行驶路线，必须能够自主排除干扰。机器人的线路识别有多种方式，常用的方法有两种，一种是利用红外光电反射传感器的路径识别方案，还有一种是利用CCD摄像头采集路面的信息。2.2.1红外反射光电传感器采集方案红外反射光电传感器使用一对红外发光管和接收管，

3、红外发光管发出的红外光经过地面反射后被接收管接收。图2.1展示了红外光电方案的工作原理。白色可以反射绝大部分红外光，而黑色会吸收绝大部分红外光，因此通过检测接收管的红外光的多少就可以判断传感器检测到的路面是黑色引导线还是白色底板[31。-..当然通过一对红外反射光电传感器是远远不能检测到路面上的信息，一般都是采用一排传感器来识别路径。传感器的设计也有很多讲究：如传感器之间的间隔距离以及径向探出距离和安装高度设计等[4]。由于光电传感器检测到的都是离散点的信号，信号越多，所采集到的道路信息也越精确，舵机的控制精度也越高。

4、如果间距太大，可能在传感器之间出现空白，导致检测精度不高，间距太小，会出现传感器之间的干涉，可能导致不能准确的反映道路信息，引起机器人在运行过程中出现晃动。图2.1红外光电传感器方案径向探出距离是指光电传感器离机器人前方的径向距离。它主要影响机器人的预测性能。由于舵机具有延时性，如果机器人前瞻性越好，系统就可以尽早做出调整，从而使得机器人以最优控制策略通过道路，来提高整个系统的性能。如果探出距离过长会导致整个系统重心前移，使得驱动轮的附着力不够而出现打滑甚至行使不稳定现象。当然如果采用带倾角的传器安装方式就会比较理想。

5、基于红外光电反射管阵列检测路径的方法主要具有如下的缺点：（1）识别道路信息少，一般只能检测路径的中心位置；（2）由于固定位置的限制，红外光电反射管只能安装在机器人前方不远的位置，信息观测的前瞻性差；（3）容易受到环境光线的干扰；2.2.2CCD摄像头数据采集方案CCD(ChargecoupledDevices)-..电荷藕合器件，是一种集光电转换、电荷储存、电荷转移为一体的传感器件。它的主要功能是把光学图像转换为电信号，即把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息，转换为按时序串行输出的电信号即视频信号，视频信号能再现

6、入射的光辐射图像。在1969年，美国贝尔实验室的W.S.波涅尔、CIE.史密斯等人在研究磁泡时，发现了电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了电荷藕合这一新概念，并且构思出了一维线阵电荷藕合器件（CCD)的模型，同时预言了CCD器件在信号处理、信号储存及图像传感器中的应用前景。这个设想很快被实验所证实，并演示了世界上第一个电荷转移器件模型。鉴于美国MOS器件工艺及硅材料研究的雄厚基础，这个新型器件的设想很快得到了实现。不久，二维面阵CCD也研制成功。1973年，第一次国际CCD应用研究学术会议在美国举行，标志着CCDS

7、用技术己成为电子及光电科学的一个重要分支。至1974年，美国RCA公司的512X320像元面阵CCD摄像机首先问世，标志着CCD产业的蓬勃兴起。随着超大规模集成电路工艺的不断完善和推广，其他一些国家也相继赶上，纷纷研制成功了各种CCD器件，各种卓有成效的CCD结构促进了CCD应用领域的进一步发展。CCD应用技术的研究在全世界范围内普遍开展。目前，CCD应用技术的研究方兴未艾，CCD产品更新很快，国际上竞争十分的激烈。国内CCD应用技术也有很大的发展控件，它的研究受到普遍重视[5]。CCD的工作原理是：当光线经过镜头汇聚

8、成像在摄像机上时，每个光敏单元会因感受到的光强的不同而藕合出不同数量的电荷，通过译码电路可取到每一个光敏单元上耦合出的电荷而形成电流信号，该电流信号即对应一个像素，上百万个像素电流信号的集合，即构成了用电信号表示的图像[7]。CCD摄像头有如下诸多特点：（1）体积比较小、重量比较轻、电压及功耗低、可靠性很高，这些特点可以减轻机器人