第三節(jié)　智能車

一、智能車定義

本書介紹的智能車主要是用于學(xué)生的科技創(chuàng)新和智能車比賽，圖1-35所示為比賽用的循跡智能車。

智能車是綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、電子、通信、傳感及自動控制等技術(shù)，具有感知環(huán)境、決策規(guī)劃、自主行駛等功能，是典型的高新技術(shù)綜合體。智能車也稱為輪式移動機(jī)器人，廣泛應(yīng)用于檢測、排爆、偵察、巡視等，如圖1-36所示。

二、　智能車分類

1.根據(jù)車輪形式分類

根據(jù)車輪形式，智能車可以分為輪式智能車和履帶智能車，如圖1-37所示。

2.根據(jù)車輪數(shù)量分類

根據(jù)車輪數(shù)量，智能車可以分為二輪、三輪、四輪和六輪智能車等，如圖1-38所示。

3.根據(jù)底盤形式分類

根據(jù)底盤形式，智能車可以分為單層底盤智能車和雙層底盤智能車，如圖1-39所示。

4.根據(jù)驅(qū)動形式分類

根據(jù)驅(qū)動形式，智能車可以分為二輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動智能車，如圖1-40所示。

5.根據(jù)是否載人分類

根據(jù)是否載人，智能車可以分為非載人智能車和載人智能車。

圖1-35~圖1-40所示的智能車都是非載人智能車。

圖1-41所示是用于中小學(xué)智能車創(chuàng)新大賽的載人智能車，參賽選手坐在車上，利用遙控器或手機(jī)APP控制智能車行駛。

本書介紹的載人智能車就是指圖1-41這種形式的智能車；非載人智能車是指循跡智能車，簡稱為智能車。

三、　智能車基本組成

智能車一般由車輪、驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動模塊、循跡傳感器、超聲波傳感器、底板、控制器、電源、舵機(jī)等組成，如圖1-42所示。

1.車輪

智能車車輪形式有橡膠輪、萬向輪和全向輪，如圖1-43所示。全向輪也稱麥克納姆輪。

2.驅(qū)動電機(jī)

智能車的驅(qū)動電機(jī)形式有普通直流電機(jī)、帶減速的直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，如圖1-44所示。普通直流電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，多使用在電動玩具上，不直接用在智能車上；普通直流電機(jī)加上變速機(jī)構(gòu)，構(gòu)成帶減速的直流電機(jī)，轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大，是智能車的標(biāo)配；步進(jìn)電機(jī)一般用在控制精確的智能車或機(jī)器人上，成本較高。

智能車驅(qū)動電機(jī)與車輪安裝形式有縱置安裝和橫置安裝，如圖1-45所示。

3.電機(jī)驅(qū)動模塊

電機(jī)驅(qū)動模塊主要作用是控制電機(jī)的運(yùn)行，有很多種型號，如圖1-46所示，一般與控制器集成為一體。

智能車電機(jī)驅(qū)動模塊使用最廣的是L298N電機(jī)驅(qū)動模塊，如圖1-47所示。它可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速；啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大；工作電壓可達(dá)到36V，工作電流為4A；可同時驅(qū)動兩臺直流電機(jī)。

4.循跡傳感器

智能車用于循跡的傳感器主要有光電開關(guān)、紅外傳感器、激光傳感器和圖像傳感器，如圖1-48所示。

循跡傳感器在智能車上的應(yīng)用實(shí)例如圖1-49所示，其中光電開關(guān)和紅外傳感器應(yīng)用最為廣泛。

5.超聲波傳感器

智能車上的超聲波傳感器主要用于測量障礙物，實(shí)現(xiàn)避障功能，如圖1-50所示。

6.底板

智能車的底板相當(dāng)于汽車的車架或車身，智能車上的主要部件都要安裝在底板上。底板的結(jié)構(gòu)形式與所設(shè)計(jì)的智能車結(jié)構(gòu)和用途密切相關(guān)。底板可以自己獨(dú)立設(shè)計(jì)制作，也可以購買。網(wǎng)上出售的智能車底板和對應(yīng)的智能車常見形式如圖1-51所示。

7.控制器

智能車所有功能都用控制器完成，如智能車的行駛、循跡、避障等，智能車控制器有很多種，如圖1-52所示，根據(jù)實(shí)際情況選用。控制器可選擇已經(jīng)開發(fā)好的產(chǎn)品，也可以自己二次開發(fā)。

8.電源

電源是智能車的能量來源，其主要作用是給智能車用電部件供電，如圖1-53所示。

智能車電池有鎳氫電池、鎳鉻電池、鋰電池和鋰聚合物電池，如圖1-54所示。電池的主要指標(biāo)是電壓和容量。智能車使用的電池電壓一般是7.2V，而且都是充電電池。

9.舵機(jī)

舵機(jī)就是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，并封裝在一個便于安裝的外殼里的伺服單元，是能夠利用簡單的輸入信號比較精確地按給定角度轉(zhuǎn)動的電機(jī)系統(tǒng)，如圖1-55所示。

舵機(jī)主要用于智能車轉(zhuǎn)向或超聲波傳感器轉(zhuǎn)動，如圖1-56所示。

四、智能車控制基本原理

循跡智能車控制基本原理如圖1-57所示。循跡智能車的輸入由循跡傳感器和超聲波傳感器組成，驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)為執(zhí)行器，循跡智能車為控制對象，輸出為循跡智能車的實(shí)際行駛軌跡，能量來源是蓄電池。循跡傳感器采集路徑信息，超聲波傳感器采集障礙信息，通過控制器進(jìn)行處理后，將處理結(jié)果輸送給驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)，使循跡智能車按預(yù)定軌跡行駛。

載人智能車控制基本原理如圖1-58所示。駕駛員通過遙控器向控制器輸入信號，驅(qū)動電機(jī)為執(zhí)行器，載人智能車為控制對象，輸出為載人智能車的實(shí)際行駛速度，能量來源是蓄電池。駕駛員觀察路徑信息和車輛行駛信息后，通過遙控器向控制器發(fā)出指令，控制器把處理結(jié)果輸送給驅(qū)動電機(jī)，使載人智能車按預(yù)定速度行駛。