(一) 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
項(xiàng)目將開源輪式機(jī)器人的底盤相關(guān)控制和傳感器技術(shù)與現(xiàn)有的中小型觀光擺渡車的底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)相結(jié)合,采用模塊化思想為中小型無人駕駛觀光擺渡車開發(fā)提供機(jī)械改造設(shè)計(jì)、軟件硬件模塊可自由配置的底盤整體改造方案、原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),和低成本入門學(xué)習(xí)套件。
(二) 研究目的
項(xiàng)目通過實(shí)現(xiàn)、研究和優(yōu)化輪式機(jī)器人的底盤技術(shù)用于無人駕駛的觀光車,為機(jī)器人開發(fā)人員提供低成本、穩(wěn)定、高性價(jià)比的大中型輪式機(jī)器人的底盤和卡丁車巡游車底盤自動(dòng)化改造方案、整車軟件硬件參考設(shè)計(jì)方案、和原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、低成本入門學(xué)習(xí)套件,從而大幅度降低中小型觀光擺渡車設(shè)計(jì)開發(fā)人員的重復(fù)勞動(dòng),從而進(jìn)一步降低中小型觀光擺渡車的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)成本。
(三) 研究?jī)?nèi)容
項(xiàng)目依托長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械學(xué)院的深厚的車輛設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和機(jī)電一體化改造、精密測(cè)控實(shí)力,自主設(shè)計(jì)和制造大中型輪式機(jī)器人的自動(dòng)化控制底盤和實(shí)現(xiàn)多模式導(dǎo)航的無人駕駛輪式機(jī)器人。
項(xiàng)目參考市場(chǎng)上開源輪式機(jī)器人的底盤制作規(guī)則和技術(shù),基于模塊化思想,為機(jī)器人開發(fā)人員提供機(jī)械結(jié)構(gòu)、軟件硬件模塊可配置化的輪式機(jī)器人的底盤和卡丁車巡游車底盤自動(dòng)化改造方案、整車軟件硬件參考設(shè)計(jì)方案和原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),低成本入門學(xué)習(xí)套件。
現(xiàn)階段工作室的大中型開輪式機(jī)器人的底盤產(chǎn)品包括:差速轉(zhuǎn)向的四輪機(jī)器人底盤、卡丁車類型拉桿式的四輪機(jī)器人底盤。本工作室還開發(fā)多種功能模塊,包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和改造模塊、剎車機(jī)械設(shè)計(jì)和改造模塊、油門機(jī)械設(shè)計(jì)和改造模塊、基于大中型直流電機(jī)的車輛速度控制模塊、基于大中型步進(jìn)(舵機(jī))電機(jī)的車輛轉(zhuǎn)向控制模塊、基于大中型推桿電機(jī)的車輛剎車油門控制模塊,基于電磁和攝像頭的輪式機(jī)器人循跡模塊,基于高精度定位系統(tǒng)的輪式機(jī)器人導(dǎo)航模塊。項(xiàng)目還提供了基于開源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS和樹莓派的輪式機(jī)器人整體解決方案、以及基于51單片機(jī)和STM32嵌入式系統(tǒng)的輪式機(jī)器人入門軟件硬件學(xué)習(xí)套件、機(jī)械手工制作底盤材料套件。
(四) 國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)
現(xiàn)有的機(jī)器人自動(dòng)化底盤改造技術(shù)和很高的改造成本導(dǎo)致大中型無人輪式機(jī)器人無法得到快速發(fā)展和普及。據(jù)了解,市面上大中型機(jī)器人底盤的價(jià)格通常在2-10萬之間,對(duì)于功能要求越高的機(jī)器人,底盤的價(jià)格也相對(duì)越高,高昂的成本讓不少企業(yè)和消費(fèi)者難以負(fù)擔(dān)。同時(shí),現(xiàn)在企業(yè)對(duì)底盤的制作要求各不相同,根據(jù)場(chǎng)景的差異,對(duì)形狀大小的要求也不盡相同,通用化的底盤無法滿足不同用戶的不同需求。
項(xiàng)目參考市場(chǎng)上開源輪式機(jī)器人的底盤制作規(guī)則和技術(shù),基于模塊化思想,為機(jī)器人開發(fā)人員機(jī)械結(jié)構(gòu)、軟件硬件模塊可配置化的輪式機(jī)器人的底盤、軟件硬件參考設(shè)計(jì)方案和原型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),從而大幅度降輪式機(jī)器人設(shè)計(jì)開發(fā)人員的重復(fù)勞動(dòng),有效降低購買成本,極大降低智能車的維護(hù)人工成本和時(shí)間成本,而且進(jìn)一步提高了系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性、兼容性、功能可升級(jí)性和降低升級(jí)成本,以及底盤的多功能多用途使用。
(五) 創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色
本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新包括:
A. 全部采用機(jī)械設(shè)計(jì)、軟件、硬件可分離式模塊化設(shè)計(jì)和接口通用化設(shè)計(jì),提高底盤機(jī)械零配件、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)配件的更換、升級(jí)、維護(hù)簡(jiǎn)易性、降低開發(fā)和維護(hù)成本。
B. 項(xiàng)目不但提供模塊化的機(jī)械設(shè)計(jì),提供模塊化的對(duì)現(xiàn)有卡丁車或者社區(qū)巡游車的底盤自動(dòng)化改造方案,進(jìn)一步降低了購買成本,提高底盤的配件更換、維護(hù)簡(jiǎn)易性
C. 提供機(jī)械手工制作底盤材料套件、以及入門難度低、低價(jià)格的51單片機(jī)和STM32嵌入式系統(tǒng)的輪式機(jī)器人入門學(xué)習(xí)套件,進(jìn)一步降低入門的資金和技術(shù)門檻。
D. 參考基于ROS機(jī)器人的開源輪式機(jī)器人的底層機(jī)械、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輪式機(jī)器人的底盤,提高機(jī)器人的可升級(jí)性、互聯(lián)性、二次開發(fā)性、快速原型展示需求。
(六) 技術(shù)路線、擬解決的問題及預(yù)期成果
1. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和改造模塊。需解決電機(jī)與前輪的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu),預(yù)期完成聯(lián)軸傳動(dòng)控制。
2. 剎車機(jī)械設(shè)計(jì)和改造模塊。需改造有腳踏式換成推桿傳動(dòng)式,預(yù)期將推桿電機(jī)裝置剎車模塊中并能傳動(dòng)控制。
3.基于大中型直流電機(jī)的車輛速度控制模塊。需通過軟件編譯完成適時(shí)速度的控制,預(yù)期由軟件模擬PWM波形輸出完成速度控制。
4.基于大中型步進(jìn)(舵機(jī))電機(jī)的車輛轉(zhuǎn)向控制模塊。需解決根據(jù)控制信號(hào)發(fā)出使步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)做出相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。預(yù)期通過PID控制完成步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制。
5.基于大中型推桿電機(jī)的車輛剎車油門控制模塊。需解決對(duì)推桿電機(jī)的軟件編譯以完成剎車動(dòng)作。預(yù)期實(shí)現(xiàn)推桿電機(jī)的剎車控制。
(七) 項(xiàng)目研究進(jìn)度安排
1.2019年6月份完成空車機(jī)械結(jié)構(gòu)的改裝,模塊化測(cè)試。
2.7至9月份對(duì)整車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,能在一定速度下完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向和行駛。
3.12月份實(shí)現(xiàn)可攝像頭控制、UWB高精度定位,電磁尋線等多種方式的自動(dòng)駕駛。
4.2020年完善各模塊功能,增加超聲波避障停車,轉(zhuǎn)向角度傳感器等細(xì)節(jié)處理
(八) 已有基礎(chǔ)
1. 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)
本團(tuán)隊(duì)成員參加過恩智浦杯智能智能車比賽,獲得區(qū)獎(jiǎng)及省獎(jiǎng)數(shù)次,掌握一定的智能汽車控制技術(shù),指導(dǎo)老師有著多年積累的機(jī)械改造技術(shù),曾參與指導(dǎo)一種《適時(shí)四輪輪式驅(qū)動(dòng)聯(lián)網(wǎng)電動(dòng)汽車》并獲得“挑戰(zhàn)杯”全國三等獎(jiǎng)。
2. 已具備的條件,尚缺少的條件及解決方法
目前具備的條件:擁有較為完整的整車自動(dòng)控制系統(tǒng),掌握多種方式的定位控制技術(shù)。
尚缺少的條件:難以完全精準(zhǔn)采集路面信息狀況,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制
解決方法:換用效果更加強(qiáng)大的傳感器。
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