（一） 項目簡介
項目將開源輪式機器人的底盤相關控制和傳感器技術與現有的中小型觀光擺渡車的底盤機械結構和電控系統相結合，采用模塊化思想為中小型無人駕駛觀光擺渡車開發提供機械改造設計、軟件硬件模塊可自由配置的底盤整體改造方案、原型實驗系統，和低成本入門學習套件。
（二） 研究目的
項目通過實現、研究和優化輪式機器人的底盤技術用于無人駕駛的觀光車，為機器人開發人員提供低成本、穩定、高性價比的大中型輪式機器人的底盤和卡丁車巡游車底盤自動化改造方案、整車軟件硬件參考設計方案、和原型實驗系統、低成本入門學習套件，從而大幅度降低中小型觀光擺渡車設計開發人員的重復勞動，從而進一步降低中小型觀光擺渡車的開發、運行和維護成本。
（三） 研究內容
項目依托長沙理工大學汽車與機械學院的深厚的車輛設計、機械制造和機電一體化改造、精密測控實力，自主設計和制造大中型輪式機器人的自動化控制底盤和實現多模式導航的無人駕駛輪式機器人。
項目參考市場上開源輪式機器人的底盤制作規則和技術，基于模塊化思想，為機器人開發人員提供機械結構、軟件硬件模塊可配置化的輪式機器人的底盤和卡丁車巡游車底盤自動化改造方案、整車軟件硬件參考設計方案和原型實驗系統，低成本入門學習套件。
現階段工作室的大中型開輪式機器人的底盤產品包括：差速轉向的四輪機器人底盤、卡丁車類型拉桿式的四輪機器人底盤。本工作室還開發多種功能模塊，包括轉向系統機械設計和改造模塊、剎車機械設計和改造模塊、油門機械設計和改造模塊、基于大中型直流電機的車輛速度控制模塊、基于大中型步進（舵機）電機的車輛轉向控制模塊、基于大中型推桿電機的車輛剎車油門控制模塊，基于電磁和攝像頭的輪式機器人循跡模塊，基于高精度定位系統的輪式機器人導航模塊。項目還提供了基于開源機器人操作系統ROS和樹莓派的輪式機器人整體解決方案、以及基于51單片機和STM32嵌入式系統的輪式機器人入門軟件硬件學習套件、機械手工制作底盤材料套件。
（四） 國、內外研究現狀和發展動態
現有的機器人自動化底盤改造技術和很高的改造成本導致大中型無人輪式機器人無法得到快速發展和普及。據了解，市面上大中型機器人底盤的價格通常在2-10萬之間，對于功能要求越高的機器人，底盤的價格也相對越高，高昂的成本讓不少企業和消費者難以負擔。同時，現在企業對底盤的制作要求各不相同，根據場景的差異，對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。
項目參考市場上開源輪式機器人的底盤制作規則和技術，基于模塊化思想，為機器人開發人員機械結構、軟件硬件模塊可配置化的輪式機器人的底盤、軟件硬件參考設計方案和原型實驗系統，從而大幅度降輪式機器人設計開發人員的重復勞動，有效降低購買成本，極大降低智能車的維護人工成本和時間成本，而且進一步提高了系統環境適應性、兼容性、功能可升級性和降低升級成本，以及底盤的多功能多用途使用。
（五） 創新點與項目特色
本項目技術創新包括：
A. 全部采用機械設計、軟件、硬件可分離式模塊化設計和接口通用化設計，提高底盤機械零配件、電機和驅動配件的更換、升級、維護簡易性、降低開發和維護成本。
B. 項目不但提供模塊化的機械設計，提供模塊化的對現有卡丁車或者社區巡游車的底盤自動化改造方案，進一步降低了購買成本，提高底盤的配件更換、維護簡易性
C. 提供機械手工制作底盤材料套件、以及入門難度低、低價格的51單片機和STM32嵌入式系統的輪式機器人入門學習套件，進一步降低入門的資金和技術門檻。
D. 參考基于ROS機器人的開源輪式機器人的底層機械、硬件系統的設計輪式機器人的底盤，提高機器人的可升級性、互聯性、二次開發性、快速原型展示需求。
（六） 技術路線、擬解決的問題及預期成果
1. 轉向系統機械設計和改造模塊。需解決電機與前輪的機械傳動結構，預期完成聯軸傳動控制。
2. 剎車機械設計和改造模塊。需改造有腳踏式換成推桿傳動式，預期將推桿電機裝置剎車模塊中并能傳動控制。
3.基于大中型直流電機的車輛速度控制模塊。需通過軟件編譯完成適時速度的控制，預期由軟件模擬PWM波形輸出完成速度控制。
4.基于大中型步進（舵機）電機的車輛轉向控制模塊。需解決根據控制信號發出使步進電機實時做出相應轉動。預期通過PID控制完成步進電機的自動轉向控制。
5.基于大中型推桿電機的車輛剎車油門控制模塊。需解決對推桿電機的軟件編譯以完成剎車動作。預期實現推桿電機的剎車控制。
（七） 項目研究進度安排
1.2019年6月份完成空車機械結構的改裝，模塊化測試。
2.7至9月份對整車實現自動控制，能在一定速度下完成自動轉向和行駛。
3.12月份實現可攝像頭控制、UWB高精度定位，電磁尋線等多種方式的自動駕駛。
4.2020年完善各模塊功能，增加超聲波避障停車，轉向角度傳感器等細節處理
（八） 已有基礎
1. 與本項目有關的研究積累和已取得的成績
本團隊成員參加過恩智浦杯智能智能車比賽，獲得區獎及省獎數次，掌握一定的智能汽車控制技術，指導老師有著多年積累的機械改造技術，曾參與指導一種《適時四輪輪式驅動聯網電動汽車》并獲得“挑戰杯”全國三等獎。
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控制系統，掌握多種方式的定位控制技術。
尚缺少的條件：難以完全精準采集路面信息狀況，實現精準控制
解決方法：換用效果更加強大的傳感器。
|
