专利名称：智能倒车教具的制作方法
智能倒车教具(--)所属领域本发明涉及一种基于图像视觉的智能型自动倒车学习教具，属于 机器人视觉与智能驾驶领域。 (二)技术背景随着我国汽车产业的发展和人们生活水平的不断提高，汽车的数量逐年增加，学习驾驶技术的人越来越多。具有关部门统计，2005 年，我国汽车年均销售量达383万辆，驾校数量达7000多所。现在 巿场上已有一些辅助倒车装置，如雷达测距装置、后视辅助装置等， 但全自动智能型倒车装置还未在市场上出现，这就导致学习倒车技术 仍是学员在驾校所必需学习的技能，而这项技能也是学习过程中最难 掌握的一项。从驾校的角度来看，倒车也一直是这些驾校的教学难点， 也是考核驾校学员的一项重要指标，各所驾校都希望能拥有一种智能 型倒车教具来提高教学质量与效率。因此，急需为驾校研制一种性价 比高的智能型倒车教具，以提高驾校的教学质量与效率，满足国内外 的市场需求。目前计算机视觉和图像处理技术已比较成熟，但由于汽车所处的 现实环境比较复杂，将计算机视觉技术应用于现代轿车倒车系统实现 全自动的智能倒车还比较困难，由于倒车教具所处环境简单而且单 --，利用计算机视觉技术实现智能型倒车教具是可行的，这种智能倒 车教具可在设置环境下，自动的演示整个倒车过程。
发明内容本发明的目的在于设计一种智能型倒车教具，以帮助驾校学员在 尽可能短的时间内学好驾驶技术，同时减少教练的工作强度，丰富驾 校的教学内容，提高教学质量，使整个教学过程简单、明了、直观化。本发明所述的智能倒车教具，包括模型车，模型车带有前轮、后轮、方向盘，基于ARM微处理器的控制卡、驱动系统、方向控制传 动系统、图像采集系统、显示装置；装在车后的两摄像头分别通过传输线与图像采集卡相连，图像采 集卡与控制卡通过并行总线连接；基于ARM微处理器的控制卡包含A/D及D/A转换单元、控制 输入与输出单元、滤波单元、边缘检测单元、用于提取两倒车竿与车 之间的距离及其车与两竿正前方的夹角的数值提取单元、以及控制量 计算单元，控制量计算单元根据从摄像图片中提取的数据用模糊控制 算法计算出转角控制量；还包括一个生成并输出车的转向、方向盘角 度及路径曲线的图象信号的显示单元；控制卡通过ARM的I/O端口与转向电机驱动卡相连，驱动卡与 转向电机连接，转向电机通过方向控制传动系统连接方向盘的轴；控制卡通过传输线与步进电机驱动卡连接，驱动卡与步进电机相 连接，所述步进电机连接驱动后轮；控制卡与显示装置信号连接。转向电机是伺服电动机，所述的方向控制传动系统包括联轴器 与减速器相连；减速器的输出轴通过电磁离合器与小带轮相连，小带 轮通过传动带与大带轮相连，大带轮与方向盘的轴连接。依据上述的设计方案，本发明的工作原理为通过对摄像头所采 集图像的处理，提取出车与倒车竿之间的距离、角度等信息，通过模 糊控制算法计算出控制量，依据所得控制量，控制卡输出控制信号驱 动转向电机转动，通过传动系统进而带动方向盘转动，实现对方向的 控制；同时，控制卡输出信号到驱动电动机，实现对小车的自动倒车。 显示屏可实时的显示方向盘的转向、角度及所走路径曲线，使学员深 入的了解在特定情况下如何转动方向盘实现精确倒车到目的地。本发明的有益效果在于1、完全是自动化，不用人的干预，智 能化程度高。2. 本发明可以实现不同位置、不同角度的自动倒车演示。3. 本发明不仅可以用于倒车的教学过程当中，而且还可以作为 研究智能倒车系统的一个很好的平台。下面结合实例对本发明给予进一步说明。(四)
图1为双摄像头确定某点坐标的说明示意图 图2为本发明的整车装配示意图具体实施方式
本发明所述的智能倒车教具，包括模型车，模型车带有前轮、后 轮、方向盘，基于ARM微处理器的控制卡、驱动系统、方向控制传 动系统、图像采集系统、显示装置；装在车后的两摄像头分别通过传输线与图像采集卡相连，图像釆
集卡与控制卡通过并行总线连接；基于ARM微处理器的控制卡包含A/D及D/A转换单元、控制 输入与输出单元、滤波单元、边缘检测单元、用于提取两倒车竿与车 之间的距离及其车与两竿正前方的夹角的数值提取单元、以及控制量 计算单元，控制量计算单元根据从摄像图片中提取的数据用模糊控制 算法计算出转角控制量；还包括一个生成并输出车的转向，方向盘角 度及路径曲线的图象信号的显示单元；控制卡通过ARM的I/O端口与转向电机驱动卡相连，驱动卡与 转向电机连接，转向电机通过方向控制传动系统连接方向盘的轴；控制卡1通过传输线与步进电机驱动卡12连接，驱动卡12与歩 进电机ll相连接，所述步进电机11连接驱动后轮；控制卡与显示装置信号连接。转向电机是伺服电动机，所述的方向控制传动系统包括联轴器 与减速器相连；减速器的输出轴通过电磁离合器与小带轮相连，小带 轮通过传动带与大带轮相连，大带轮与方向盘的轴连接。本发明的具体工作原理为将车置于某一位置，目的是使车从预 置的两倒车竿之间通过。按动倒车开关接通电源，装在车后的两个摄 像头拍摄车后的环境图片，进一步将图片传到控制卡，通过控制卡对 图片进行滤波、边缘检测等处理，提取出图片中的儿个特征点，通过 对这几个特征点的处理，计算出两杆之间的距离和两杆到车身某一摄 像头为参考位置的距离和角度，把计算结果通过模糊控制算法计算出 控制量，输出相应的控制信号，控制转向伺服电动机，电动机再通过
减速机构和同步带轮带动方向盘转动，进一步方向盘带动车轮转动， 同时控制板卡输出倒车信号到驱动电机，驱动电动机转动带动轮子转 动实现倒车，与此同时，控制板卡把车的转向，方向盘角度及路径曲 线显示在车顶的显示屏上。通过图1来说明双摄像头确定某点坐标的原理如图所示，0,02为C,及C2坐标系的X轴，若PO,02平面与两个图像平面E,及E2的 交线分别为E,与E2，由于两个图像平面位于同一平面，则E,与E2 为该平面上的同一直线，又由于图像平面平行于X轴，故E,与E2与X轴平行，若P，与P2分别为0，P与E,及02P与E2的交点，则P, 与P2分别在Et和E2上。设C,坐标系为O,X,Y,Z,， C2坐标系为02X2Y2Z2，则在上述摄 像机配置下，若任一空间点P的坐标在Q坐标系下为(Xl， yi， Zl)， 在C2坐标系下为(Xl-b，yi,Zl)，由P(x,，y,，z,)中心射影的比例关系 可得P点坐标值。按照上述原理便可确定倒车竿上的任一点的坐标，从而可以确定 两倒车竿之间以及倒车竿与车之间的距离，进一步可提供倒车的决策{曰息o参照附图2:教学人员打开启动按钮，小车上电，控制板卡l开始工作，提取摄像头9拍摄的图像，并对所拍图像进行滤波、数值计算等处理，计算出两倒车竿与车之间的距离及其车与两竿正前方的夹 角，然后通过模糊控制算法进行方向盘转角计算，根据计算结果，控制小车的转向电机2转动，同时输出电脉冲驱动转向电动机转动，转
向电动机根据脉冲个数进行精确的转动，把转动从输出轴输出，通过减速器3的减速把转动通过电磁离合器4传给带轮5，带轮转动而改 变方向盘轴8的转角，使前车轮转。控制卡1通过传输线与步进电机 驱动卡12连接，驱动卡12与步进电机11相连接，所述步进电机11 连接驱动后轮。与此同时车顶上的显示屏显示出现在方向盘7的转向、角度以及 本发明中的模型车行驶的路径曲线，使学员清楚的看到整个倒车过程 是怎样完成的。
权利要求
1. 智能倒车教具，包括模型车，模型车带有前轮、后轮、方向盘，基于ARM微处理器的控制卡、驱动系统、方向控制传动系统、图像采集系统、显示装置；装在车后的两摄像头分别通过传输线与图像采集卡相连，图像采集卡与控制卡通过并行总线连接；基于ARM微处理器的控制卡包含A/D及D/A转换单元、控制输入与输出单元、滤波单元、边缘检测单元、用于提取两倒车竿与车之间的距离及其车与两竿正前方的夹角的数值提取单元、以及控制量计算单元，控制量计算单元根据从摄像图片中提取的数据用模糊控制算法计算出转角控制量；还包括一个生成并输出车的转向，方向盘角度及路径曲线的图象信号的显示单元；控制卡通过ARM的I/O端口与转向电机驱动卡相连，驱动卡与转向电机连接，转向电机通过方向控制传动系统连接方向盘的轴；控制卡通过传输线与步进电机驱动卡连接，驱动卡与步进电机相连接，所述步进电机连接驱动后轮；控制卡与显示屏信号连接。
2、如权利要求1所述的智能倒车教具，其特征在于转向电机是 伺服电动机，所述的方向控制传动系统包括联轴器与减速器相连； 减速器的输出轴通过电磁离合器与小带轮相连，小带轮通过传动带与 大带轮相连，大带轮与方向盘的轴连接。
全文摘要
智能倒车教具，包括模型车，模型车带有前轮、后轮、方向盘，控制卡、驱动系统、方向控制传动系统、图像采集系统、显示装置；装在车后的两摄像头分别通过传输线与图像采集卡相连，图像采集卡与控制卡通过并行总线连接；控制卡包含A/D及D/A转换单元、控制输入与输出单元、滤波单元、边缘检测单元、用于提取两倒车竿与车之间的距离及其车与两竿正前方的夹角的数值提取单元、以及控制量计算单元；还包括一个生成并输出车的转向，方向盘角度及路径曲线的图象信号的显示单元；控制卡与转向电机驱动卡相连，驱动卡与转向电机连接；控制卡通过传输线与步进电机驱动卡连接，驱动卡与步进电机相连接，所述步进电机连接驱动后轮；控制卡与显示屏信号连接。
文档编号G09B9/04GK101211510SQ20061015561
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者李燕青, 艾青林, 计时鸣 申请人:浙江工业大学