智能循迹小车的设计与实现

1.智能循迹小车整体方案设计

智能循迹小车是一种具有自动循迹功能的运输工具。工业场合中大多使用智能车系统来操作。

1）设计目标

要求小车能按照指定路线进行循迹。若在自动行驶过程中遇到障碍物，则智能小车停车，并报警。当障碍物移除后，智能小车继续按照指定路线循迹，到达终点后小车停止。

2）设计方案

车体结构：在实验设计和调试过程中发现，若设计为后轮驱动，则黑标传感器和驱动轮距离较远，驱动轮不能很好地反映出所获得的信号。因此，小车设计为前轮驱动的四轮小车，即前轮为主动轮，后轮为从动轮。

循迹系统：使用传感器来实现小车的循迹功能。在小车的车头部分安装左、右两个黑标传感器，使用黑标传感器来控制小车沿轨迹路线行驶。

报警系统：采用近红外传感器和LED的红绿变化来实现障碍物报警。当近红外传感器检测到障碍物时，LED红、绿灯交替闪烁；当障碍物消除后，小车继续循迹，此时LED模块上绿灯亮。

2.智能循迹小车结构搭建

1）车轮的组装

前轮为主动轮，由两个圆周舵机提供动力，利用螺钉、螺柱、舵机、联轴器、轮胎等部件组装前轮，如图11.29所示。

后轮作为从动轮，在整体结构中主要起支承作用。利用长套筒将从动轮制作为没有橡胶的单轮随动结构。将图11.30所示的零件按顺序组装在一起。由于长套筒和两个套筒的作用，单轮便具有随动机构，如图11.31所示。

图11.29　舵机与轮胎的安装

图11.30　单轮机构的组装

图11.31　单轮随动机构

2）车身、传感器及Nextcore板的组装

车身主要用来固定安装电池盒、Nextcore板和传感器模块等。首先必须要有足够的空间，其次应该具有一定的协调性。利用平板、直角连接件及螺栓等机械部件搭建车身，并将两个主动轮安装在车身前部，一个从动轮安装在车身后部的中间位置。将黑标传感器、近红外传感器、电池盒、Nextcore板固定在车身上，安装完成后的智能循迹小车如图11.32所示。

图11.32　智能循迹小车

注意：经过多次实验得出结论，两个黑标传感器横向之间的距离与循迹路线的宽度的相对差不能超过55mm。近红外传感器主要实现扫描障碍物的功能，由于使用的是近外红传感器为了保证近红外传感器能够扫描到障碍物，其安装位置必须位于车身前端。LED模块的安装要求具有高的可见性，便于观察。

3.智能循迹小车程序设计

1）智能循迹小车流程图

图11.33所示为智能循迹小车的控制流程图，小车将会按图中所示的逻辑进行判断和执行。

图11.33　智能循迹小车的控制流程图

2）近红外报警系统程序设计

使用近红外传感器和LED模块来构成近红外报警系统。当近红外传感器得到信号后，将信号输入LED模块，使LED红、绿灯交替闪烁实现报警；当近红外传感器失去信号后，LED绿灯亮，小车继续进行循迹功能。近红外报警程序如图11.34所示。

3）循迹系统的程序设计(www.xing528.com)

通过控制左、右圆周舵机运行速度的不同步，实现循迹功能。如图11.35所示，当AI6传感器和AI4传感器都检测到黑色信号时，小车走直线；当小车偏移到右面时，AI6传感器检测不到黑色信号，小车左轮不动，右轮继续转动，使小车往左转弯；当小车偏移到左面时，AI4传感器检测不到黑色信号，小车右轮不动，左轮继续转动，使小车往右转弯。

图11.34　近红外报警程序

当图11.36中AI6、AI4两个传感器都检测不到黑色信号时，小车会停止运动。为了避免出现此类情况，程序设定当两个传感器都检测不到黑色信号时，小车会继续直线运动直到其中一个传感器检测到信号。

图11.35　循迹模拟图（一）

图11.36　循迹模拟图（二）

以某校机械楼和图书馆之间的实际路线为基础，设计了小车的循迹路线，如图11.37所示。

图11.37　循迹路线图

程序使用了两个条件结构来实现小车的循迹功能，当AI6传感器的值为真时，判断AI4传感器的值是否为真，如果AI4传感器的值也为真，则左、右两个舵机以同样的速度转动，即舵机1正转，舵机2反转；若AI4传感器的值为假，则舵机1正转，舵机2不动；当AI6传感器的值为假时，同样要判断AI4的值是否为真，若AI4传感器的值为真，则舵机1不动，舵机2反转；若AI4传感器的值为假，则舵机1正转，舵机2反转。其控制程序如图11.38～图11.41所示。

图11.38　循迹程序（一）

图11.39　循迹程序（二）

图11.40　循迹程序（三）

图11.41　循迹程序（四）

程序编写完毕后，进行Nextcore与计算机之间的连接，运行程序的同时，完成程序与Nextcore的数据读写工作，即可进行机械动作的观测及程序的调试。