作者：周展鵬 黃萬森 彭軍銘 呂會權(quán) 聶文俊

單位：柳州工學(xué)院

指導(dǎo)老師：蔡洪煒 王一波

1. 場景調(diào)研

? ? ? 目前貨物輸送已成為人們生活中必不可少的部分，加之國內(nèi)近年來有因快遞配送導(dǎo)致疫情迅速傳播的事件常有發(fā)生，因此在疫情期間，如何高效便捷的完成快遞的收派工作，是當(dāng)前快遞行業(yè)亟需解決的問題。目前在國內(nèi)的市場上正式投入使用的此類小車并不是很多，這些快遞小車的造價過于昂貴，并不適用于例如學(xué)校送餐和送快遞、居民生活派送物品等，為了降低病毒傳播風(fēng)險，減少人與人之間的接觸，本項目設(shè)計了一款貨物輸送小車。

? ? ? 該小車是一種基于探索者平臺設(shè)計并制作的小車，可以在減少人與人接觸、降低人口聚集的情況下完成輸送工作，降低病毒傳播風(fēng)險，并且具有路徑規(guī)劃、自動循跡、紅綠燈檢測、貨物輸送、超聲波測距等功能。系統(tǒng)以Basra控制板為控制核心，感知系統(tǒng)主要以觸須模塊為主，配合循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、超聲波測距模塊、顏色識別等模塊形成完整的感知系統(tǒng)，小車底盤結(jié)構(gòu)主體部分采用剛性柔性組合方式輪式驅(qū)動和輔助部分采用輪腿式驅(qū)動相結(jié)合的方式，在山路或者陡坡中，該小車可表現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)力和優(yōu)越的抓地力。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1作品結(jié)構(gòu)簡圖及裝配圖

2.2機(jī)器結(jié)構(gòu)說明圖示

2.3小車實物圖

3. 控制設(shè)計

3.1控制系統(tǒng)設(shè)計思路

? ? ? 該小車的系統(tǒng)框圖如下所示，本次設(shè)計以Brsra主控芯片為控制核心，另外由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、超聲波測距模塊、避障模塊、顏色識別模塊共同完成該系統(tǒng)設(shè)計。

? ? ? 首先由電源模塊給整個系統(tǒng)供電，然后通過主控板控制電機(jī)驅(qū)動小車運行；避障模塊通過相關(guān)的傳感器感知周圍環(huán)境自動駕駛，在遇到障礙物時將遇障信號傳遞給主芯片，主芯片通過CPU發(fā)出信號使電機(jī)改變不同的狀態(tài)和速度，從而實現(xiàn)智能小車的避障以及跨越不同的障礙；通過路徑規(guī)劃，超聲波測距模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊，通過顏色識別模塊識別紅綠燈，當(dāng)紅燈時小車停下來，當(dāng)綠燈時小車?yán)^續(xù)行駛。

3.2各模塊設(shè)計及關(guān)鍵代碼說明

① 獲取循跡傳感器輸出函數(shù)

② 自動跟隨函數(shù)

③ 顏色識別和存儲函數(shù)

④ 小車運動函數(shù)

4. 作品難點及解決方法

4.1作品難點

? ? ? 剛開始報名比賽時我們還是高興的，可沒想到從拼裝到寫程序調(diào)試，再到跑賽道都是磨難重重，但是每一個模塊和障礙都充滿著挑戰(zhàn)。當(dāng)我們拿回小車材料后，對于小車的結(jié)構(gòu)還一竅不通，從網(wǎng)上參考了很多設(shè)計方案和方法，但是我們參考設(shè)計的方案都不能很順利的自動循跡。我們不斷的嘗試，程序沒有問題，但小車無視黑線，完全沒有循線；即使循線時傳感器檢測到黑線，但小車發(fā)生“蛇行”；或緊接著識別黑線不靈，循跡轉(zhuǎn)彎時直流電機(jī)卡頓等現(xiàn)象。

4.2解決方法

現(xiàn)象1：程序沒有問題，但小車無視黑線，完全沒有循線?？赡茉蚴牵?/p>

? ? ? ① 傳感器壞了。

? ? ? ② 傳感器安裝位置不合適，導(dǎo)致傳感器沒有觸發(fā)。

? ? ? ③ 程序中，直行時delay時間太長導(dǎo)致沒能及時檢測到傳感器狀態(tài)。

解決辦法：

? ? ? ① 我們可以先單獨測試一下傳感器是否損壞，用串口測值或點亮LED的方法進(jìn)行測試，如果確認(rèn)傳感器壞了，更換新傳感器。

? ? ? ② 如果傳感器是好的，那么可能是傳感器的安裝位置不合適，先不要將傳感器固定在小車身上，而用手持的方法，利用用串口測值或點亮LED的方法進(jìn)行測試，找到合適的安裝位置，再進(jìn)行安裝。

? ? ? ③ 縮短delay()時長，提高檢測頻率。

現(xiàn)象2：循線時傳感器檢測到黑線，但小車發(fā)生“蛇行”；或緊接著識別黑線不靈?？赡茉蚴牵?/p>

? ? ? ① 可能是小車兩側(cè)輪子差速過大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎半徑太小，從而“蛇行”。

? ? ? ② 可能是轉(zhuǎn)彎動作delay時間過長，導(dǎo)致下次識別不靈。

? ? ? ③ 可能是小車速度太快，外加程序執(zhí)行效率不高，導(dǎo)致未能識別到黑線。

解決辦法：

? ? ? ① 轉(zhuǎn)彎時減小電機(jī)轉(zhuǎn)動差速，或用轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)替代差速轉(zhuǎn)向。

? ? ? ② 縮短delay時間，或不使用delay。

? ? ? ③ 更換轉(zhuǎn)速慢的電機(jī)或提高程序執(zhí)行效率。

現(xiàn)象3：循跡轉(zhuǎn)彎時直流電機(jī)卡頓。

? ? ?主要原因是用數(shù)字量控制直流電機(jī)時，直接接的VIN電壓，也就是電池實時電壓，基本是當(dāng)時的最大電壓；而用模擬量控制時，電壓值只是在255時才能達(dá)到最大，其余的電壓值都比較小。

解決辦法：

? ? ?用數(shù)字量，加大電壓，要么改結(jié)構(gòu)，想辦法轉(zhuǎn)彎時縮短軸距，或者減小轉(zhuǎn)彎阻力。

5. 創(chuàng)新設(shè)計

5.1項目創(chuàng)新點

? ? ?① 小車中采用Basra開發(fā)板為核心，各模塊相互配合，形成了一個包括人機(jī)界面的半閉環(huán)系統(tǒng)，從而使小車能有效的完成各項任務(wù)。

? ? ?② 小車自動行駛及避障，采用超聲波避障模塊等對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過路徑規(guī)劃實時了解小車姿態(tài)并做出調(diào)整，實現(xiàn)其自動行駛及自動避障功能。

? ? ?③ 小車底盤主要結(jié)構(gòu)采用剛性與非剛性相結(jié)合，小車底盤結(jié)構(gòu)主體部分采用剛性軟性組合方式輪式驅(qū)動和輔助部分采用輪腿式驅(qū)動相結(jié)合。這種選擇組合式的底盤，使它能夠保持更加平穩(wěn)的運動狀態(tài)，而且承載能力較強(qiáng)。

? ? ?④ 采用物體檢測模塊檢測是否有人，然后利用超聲波模塊與人保持一定的距離，這樣就可以減少接觸，到達(dá)指定地點后取貨物。

? ? ?⑤ 采用顏色識別模塊，識別紅綠燈，這樣就可以遵守交通規(guī)則。

? ? ?⑥ 操作簡便，便于維護(hù)，由于該小車采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，它的每一個功能設(shè)計都是實用化、智能化。逐步細(xì)化的操作模式，使得操作簡潔明了、易于使用。

5.2 創(chuàng)新點在實際中的應(yīng)用

? ? ?① 這種組合底盤小車在山路或者陡坡中，表現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)能力，而且成本低，效率高；從結(jié)構(gòu)上看，兩側(cè)的剛性軟性組合方式都有不少的齒，所以表現(xiàn)出更加優(yōu)越的抓地能力，打滑的情況也不容易發(fā)生；和其它類型的小車相比，履帶式小車的結(jié)構(gòu)更加的復(fù)朵，并且體積較大，重量使得其慣性較大，所以更加的穩(wěn)定，這種小車非常適用于災(zāi)難救援之中，它可以很高效的完成求援任務(wù)。

? ? ?② 小車路徑規(guī)劃在實際應(yīng)用中非常的廣泛和實用，實際生活中非常多的小車都運用到了路徑規(guī)劃，例如在現(xiàn)在的智能快遞派送之中，小車通過路徑規(guī)劃能非常高效的實現(xiàn)自動駕駛，所以路徑規(guī)劃能使小車更加有效的完成任務(wù)和功能。

? ? ?③ 擁有了紅綠燈檢測功能，小車就能適用于社會上有紅綠燈的場景了。

6. 資料下載

資料內(nèi)容：

①程序源代碼

②樣機(jī)3D文件

資料下載地址：貨物輸送小車 https://www.robotway.com/h-col-265.html