一种智能小车运动轨迹复制方法与流程

本发明涉及人工智能领域，特别指一种智能小车运动轨迹复制方法。

背景技术：

智能小车属于智能机器人的一部分，主要用于按预定的线路运行，完成特定的运输、装卸等工作。例如在智能小车上安装机械臂后组成智能机器人，可进行货物的运输、装卸等一系列操作,智能小车在智能机器人上负责按预设的线路运行，到达目的地后由机械臂完成相应的装卸动作。

现有智能小车的运行线路主要采用寻迹的方式来按预设的线路运行，即预先在工作场地上用特定材料铺设好路线轨迹，智能小车上安装相应的传感器，传感器实时获取线路轨迹上的信号，使智能小车不偏离线路轨迹的运行。而寻迹主要包括以下几种方法：

方法一：在已知的场地用颜色绘制固定的寻迹路线，同时在机器人小车底部安装光电传感器，根据有颜色的线路对光吸收的原理，寻迹传感器能够判断出机器人小车是否偏离了有颜色的线路，而做出相应的方向调整，使机器人小车保持在既定线路上行驶，即利用光电传感器进行寻迹；方法二：在智能小车上安装摄像头，通过摄像头采集路线信息，从而达到按预定线路运行的目的；方法三：在预设的路线上铺设导线，并给导线通上一定频率的交流电，根据导线上的交变电流能产生磁场的原理，使得寻迹线路上充满磁场，远离线路时磁逐渐减弱直至消失。在智能小车上安装电磁感应线圈，当小车运行时，感应线圈切割磁场产生电流，根据电流的强弱可判断是否偏离运行轨迹。

但是，现有的寻迹方法存在如下问题：方法一需要绘制有颜色的寻迹线，现场步骤繁琐，当需要改变寻迹路线时需要对现场进行重新布置；方法二需要强大的处理器处理摄像头采集的大量数据；方法三需要铺设导线并通电，存在一定的安全隐患，且需要改变寻迹路线时需要对导线进行重新布置，极其不灵活。

现有技术中也存在免寻迹的方法，即通过gps导航、无线信号，由人工在后台对其进行实时控制，但是由于gps的定位精度问题，以及室内信号微弱，该方法主要应用于室外的场合，例如野外机器人、无人机等。

因此，如何提供一种应用于室内的智能小车运动轨迹复制方法，免去铺设以及更改寻迹线的工作量，成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，在于提供一种智能小车运动轨迹复制方法,实现在室内不用布置寻迹线即可按预设的线路运行。

本发明是这样实现的：一种智能小车运动轨迹复制方法，所述方法需使用如下所述的一种免寻迹的智能小车：

所述一种免寻迹的智能小车包括一控制模块、一用于切换学习模式与运行模式的切换开关、一三维角度及加速度传感器、一存储器、一滚轮驱动模块、一舵机、一电源模块、一离合器以及一车身；

所述控制模块、切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器、滚轮驱动模块、舵机、电源模块以及离合器均设于车身上；所述控制模块、舵机以及滚轮驱动模块均分别与电源模块连接；所述舵机的输入端与控制模块连接，输出端与所述离合器连接；所述切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器以及滚轮驱动模块均分别与控制模块连接；所述舵机通过离合器与车身连接；

所述车身包括一车架、一转向轮组以及一驱动轮组；所述转向轮组以及驱动轮组均设于车架的下方，所述控制模块、切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器、滚轮驱动模块、舵机、电源模块以及离合器均设于车架的上方；所述舵机通过离合器与转向轮组连接，通过所述舵机以及离合器控制转向轮组进行转向；所述三维角度及加速度传感器与转向轮组连接，通过所述三维角度及加速度传感器监测转向轮组的角度以及速度；所述滚轮驱动模块与驱动轮组连接，通过所述滚轮驱动模块对驱动轮组进行驱动；

所述方法包括如下步骤：

步骤s10、设置所述一种免寻迹的智能小车进入学习模式，拖拽所述一种免寻迹的智能小车按设定的线路进行运行，并记录时间、角度以及速度参数；

步骤s20、设置所述一种免寻迹的智能小车进入运行模式，所述一种免寻迹的智能小车按照记录的时间、角度以及速度参数进行运行，完成所述一种免寻迹的智能小车复制上一次学习的运动轨迹。

进一步地，所述步骤s10具体包括：

步骤s11、将所述切换开关拨向学习模式，控制所述离合器使得舵机与转向轮组分离；

步骤s12、拖拽所述一种免寻迹的智能小车按设定的线路进行运动；

步骤s13、所述控制模块通过三维角度及加速度传感器在每个设定的时间记录转向轮组运动的速度以及转向的角度；

步骤s13、所述控制模块将记录的速度、角度以及时间数据存储至存储器中，即间接记录了所述一种免寻迹的智能小车的运动轨迹。

进一步地，所述步骤s20具体包括：

步骤s21、将所述切换开关拨向运行模式，控制所述离合器使得舵机与转向轮组连接；

步骤s22、所述控制模块读取存储器中记录的速度、角度以及时间数据；

步骤s23、所述控制模块依据速度、角度以及时间数据控制所述滚轮驱动模块对驱动轮组进行驱动，通过所述舵机控制转向轮组进行转向；

步骤s24、所述三维角度及加速度传感器对转向轮组运动的速度以及转向的角度进行实时监测，并将监测结果传送至控制模块；

步骤s25、所述控制模块依据时间对监测结果和存储器中读取的速度以及角度数据进行比对，若比对不一致，则依据比对的偏差值对所述滚轮驱动模块以及舵机的输出值进行修正；若比对一致，则继续按照读取的数据运行；完成所述一种免寻迹的智能小车复制上一次学习的运动轨迹。

本发明的优点在于：通过所述三维角度及加速度传感器记录车身运动的速度以及转向的角度，通过所述控制模块记录时间，即完成所述车身各时间点的速度以及转向的角度的记录，只需让所述车身按预定的轨迹运行一遍，即可通过记录的速度、角度以及时间参数重复上一次的运行轨迹，实现在室内不用布置寻迹线即可按预设的线路运行。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种智能小车运动轨迹复制方法的流程图。

图2是本发明一种免寻迹的智能小车的结构示意图。

图3是本发明一种免寻迹的智能小车的电路原理框图。

图4是本发明控制模块的电路图。

图5是本发明切换开关的电路图。

图6是本发明三维角度及加速度传感器的电路图。

图7是本发明存储器的电路图。

图8是本发明驱动电路的电路图。

图9是本发明电源模块的电路图。

具体实施方式

请参照图1至图9所示，本发明一种智能小车运动轨迹复制方法的较佳实施例需使用如下所述的一种免寻迹的智能小车：

所述一种免寻迹的智能小车包括一控制模块、一用于切换学习模式与运行模式的切换开关、一三维角度及加速度传感器、一存储器、一滚轮驱动模块、一舵机、一电源模块、一离合器以及一车身；所述控制模块用于控制切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器以及滚轮驱动模块，并记录时间；所述三维角度及加速度传感器用于记录车身运动的速度以及转向的角度；所述存储器用于存储各时间点车身运动的速度以及转向的角度的数据；所述滚轮驱动模块用于驱动车身进行运动；所述舵机用于控制车身的转向，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的舵机即可，并不限于何种型号，例如型号为mg945的舵机，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；所述电源模块用于给智能小车供电；所述离合器用于控制舵机与转向轮组连接的通断，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的离合器即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。

所述控制模块、切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器、滚轮驱动模块、舵机、电源模块以及离合器均设于车身上；所述控制模块、舵机以及滚轮驱动模块均分别与电源模块连接；所述舵机的输入端与控制模块连接，输出端与所述离合器连接；所述切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器以及滚轮驱动模块均分别与控制模块连接；所述舵机通过离合器与车身连接；

所述车身包括一车架、一转向轮组以及一驱动轮组；所述转向轮组用于控制车身的转向，所述驱动轮组用于驱动车身；所述转向轮组以及驱动轮组均设于车架的下方，所述控制模块、切换开关、三维角度及加速度传感器、存储器、滚轮驱动模块、舵机、电源模块以及离合器均设于车架的上方；所述舵机通过离合器与转向轮组连接，通过所述舵机以及离合器控制转向轮组进行转向；所述三维角度及加速度传感器与转向轮组连接，通过所述三维角度及加速度传感器监测转向轮组的角度以及速度；所述滚轮驱动模块与驱动轮组连接，通过所述滚轮驱动模块对驱动轮组进行驱动；

所述控制模块包括一单片机ic1、一电容c5、一电容c6、一电容c7、一电容c8、一电容c10、一电容c11、一电阻r1以及一晶振x1；所述晶振x1用于给单片机ic1提供稳定的时钟信号。

所述电容c5的一端与单片机ic1的vdd3引脚以及电源模块连接，另一端接地；所述电容c6的一端与单片机ic1的vdd2引脚以及电源模块连接，另一端接地；所述电容c11的一端与单片机ic1的vdd1引脚以及电源模块连接，另一端接地；所述单片机ic1的pa3、pa4、pa5以及pa6引脚均与三维角度及加速度传感器连接；所述单片机ic1的引脚2、3、4以及11均与滚轮驱动模块连接；所述单片机ic1的vssa引脚与电源模块连接；所述单片机ic1的nrst引脚与电阻r1以及电容c10连接，所述电阻r1与电源模块连接，所述电容c10接地；所述晶振x1的一端与电容c7以及单片机ic1的osc1引脚连接，另一端与电容c8以及单片机ic1的osc2引脚连接，所述电容c7以及电容c8均接地；所述单片机ic1的pa14引脚与舵机连接；所述单片机ic1的pb6引脚与切换开关连接；所述单片机ic1的引脚25、26、27以及28均与存储器连接。

所述单片机ic1的型号为stm32f103_48，所述单片机的控制程序为本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。

所述电源模块包括一电池、一电源开关j1、一电容c1、一电容c2、一电容c3、一电容c4以及一稳压芯片u1；

所述电容c1与电容c2并联后，一端与电源开关j1的引脚2以及稳压芯片u1的vin引脚连接，另一端与电池的负极以及稳压芯片u1的gnd引脚连接；所述电源开关j1的引脚1与电池的正极连接；所述电容c3与电容c4并联后，一端与稳压芯片u1的tab以及aout引脚，另一端与稳压芯片u1的gnd引脚连接；所述稳压芯片u1的gnd引脚接地；所述稳压芯片u1的vout引脚与控制模块、舵机以及滚轮驱动模块连接。

所述稳压芯片u1的型号为ld1117-3.3。

所述滚轮驱动模块包括一电机以及一驱动电路；所述电机的输出端与车身连接，输入端与驱动电路连接；所述驱动电路与控制模块以及电源模块连接；所述电机用于对驱动轮组进行驱动，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的电机即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。

所述驱动电路包括一接口j4、一三极管q1、一三极管q2、一三极管q3、一三极管q4、一三极管q5、一三极管q6、一电阻res1、一电阻res3、一电阻res4、一电阻res5、一电阻res6、一电阻res8、一电阻res9以及一电阻res10；所述驱动电路可以直接利用电机驱动芯片进行替换，例如型号为l298n的电机驱动芯片。

所述三极管q1的发射机与电源模块以及电阻res1连接，集电极与所述接口j4的引脚2以及三极管q2的集电极连接，基极与所述电阻res1以及三极管q5的集电极连接；所述电阻res3的一端与三极管q5的基极连接，另一端与控制模块连接；所述三极管q5的发射极接地；所述三极管q2的发射极与电阻res5连接并接地，基极与所述电阻res4以及电阻res5连接；所述电阻res4与控制模块连接；

所述三极管q3的发射机与电源模块以及电阻res6连接，集电极与所述接口j4的引脚1以及三极管q4的集电极连接，基极与所述电阻res6以及三极管q6的集电极连接；所述电阻res8的一端与三极管q6的基极连接，另一端与控制模块连接；所述三极管q6的发射极接地；所述三极管q4的发射极与电阻res10连接并接地，基极与所述电阻res9以及电阻res10连接；所述电阻res9与控制模块连接；所述接口j4与电机连接。

所述切换开关为一拨码开关j2；所述拨码开关j2的引脚1接地，引脚2与所述控制模块连接。当所述切换开关为学习模式时，所述控制模块将记录的时间、速度、角度数据存储至存储器中；当所述切换开关为运行模式时，所述控制模块读取存储器中存储的时间、速度、角度数据，并依据这些数据控制车身进行运动，即按上一次运行的轨迹进行运行。

所述三维角度及加速度传感器的型号为mpu6050；所述三维角度及加速度传感器的scl、sda、ad0以及int引脚均分别与控制模块连接。mpu6050为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。当连接到三轴磁强计时，mpu6050提供完整的9轴运动融合输出到其主i2c或spi端口。

所述存储器型号为sst25vf016b。

所述方法包括如下步骤：

步骤s10、设置所述一种免寻迹的智能小车进入学习模式，拖拽所述一种免寻迹的智能小车按设定的线路进行运行，并记录时间、角度以及速度参数；

步骤s20、设置所述一种免寻迹的智能小车进入运行模式，所述一种免寻迹的智能小车按照记录的时间、角度以及速度参数进行运行，完成所述一种免寻迹的智能小车复制上一次学习的运动轨迹。

所述步骤s10具体包括：

步骤s11、将所述切换开关拨向学习模式，即向所述控制模块发送高电平信号，控制所述离合器使得舵机与转向轮组分离；

步骤s12、拖拽所述一种免寻迹的智能小车按设定的线路进行运动；

步骤s13、所述控制模块接收到切换开关发送的高电平信号后，通过三维角度及加速度传感器在每个设定的时间记录转向轮组运动的速度以及转向的角度；例如每个100ms记录转向轮组运动的速度以及转向的角度；

步骤s13、所述控制模块将记录的速度、角度以及时间数据实时存储至存储器中，即间接记录了所述一种免寻迹的智能小车的运动轨迹。

所述步骤s20具体包括：

步骤s21、将所述切换开关拨向运行模式，即向所述控制模块发送低电平信号，控制所述离合器使得舵机与转向轮组连接；

步骤s22、所述控制模块接收到切换开关发送的低电平信号后，读取存储器中记录的速度、角度以及时间数据；

步骤s23、所述控制模块依据速度、角度以及时间数据控制所述滚轮驱动模块对驱动轮组进行驱动，通过所述舵机控制转向轮组进行转向；

步骤s24、所述三维角度及加速度传感器对转向轮组运动的速度以及转向的角度进行实时监测，并将监测结果传送至控制模块；

步骤s25、所述控制模块依据时间对监测结果和存储器中读取的速度以及角度数据进行比对，若比对不一致，则依据比对的偏差值对所述滚轮驱动模块以及舵机的输出值进行修正；若比对一致，则继续按照读取的数据运行；完成所述一种免寻迹的智能小车复制上一次学习的运动轨迹。

综上所述，本发明的优点在于：通过所述三维角度及加速度传感器记录车身运动的速度以及转向的角度，通过所述控制模块记录时间，即完成所述车身各时间点的速度以及转向的角度的记录，只需让所述车身按预定的轨迹运行一遍，即可通过记录的速度、角度以及时间参数重复上一次的运行轨迹，实现在室内不用布置寻迹线即可按预设的线路运行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。