[发明专利]智能小车的循迹方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种智能小车的循迹方法。

背景技术

为了丰富大学生的课余活动和增强大学生的业余文化学习，国家设立了循迹小车比赛。目前，循迹小车比赛已经成为了全国性的大学生竞技项目，每年吸引了无数的大学生参加。

目前，循迹小车有部分是以摄像头为基础的智能小车，其主要是通过CMOS摄像头硬件二值化，将真实的跑道转化成计算机可识别的语言，通过对图像信息的处理，判断当前智能车在跑道中的位置，并进一步通过PID技术控制智能车的速度和方向，使得智能车始终处于跑道中线位置。这种技术在未来自动驾驶汽车技术中也有广泛的应用前景。

现实中的跑道形式是固定的，但传统的算法对跑道识别和处理之后产生的数据只利用一次就丢弃，无法提取出其中有价值的数据再次利用，或者有的算法记录下处理后所有的数据，造成系统运行缓慢，并且需要很大内存。再者在制作智能车的过程中，最繁琐的步骤是PID控制器参数的整定。它主要依赖工程经验，直接在控制系统上经过大量重复的试验，在这个过程中也极易损坏智能车硬件。通常智能车速度越快，参数整定难度越大。因此，现在传统的智能循迹小车控制算法已经无法适用于日新月异的竞技水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速进行循迹和自动行驶，车辆稳定度高、运行速度快的智能小车的循迹方法。

本发明提供的这种智能小车的循迹方法，包括如下步骤：

S1. 小车利用摄像头扫描跑道，获取跑道的基本数据信息，计算得到跑道的边线信息，拟合得到跑道的中线信息，并根据得到的中线信息进行小车的控制参数整定，从而保证小车行驶在跑道中线上；

S2. 在步骤S1得到跑道的边线信息和中线信息基础上，小车利用摄像头实时扫描跑道数据，并计算得到跑道的直道、弯道数据信息；

S3. 利用步骤S1得到的跑道的边线信息和中线信息，以及步骤S2得到的跑道的直道、弯道数据信息，实时调整小车的控制参数，实现小车的快速稳定行驶。

步骤S1所述的获取跑道的基本数据信息、计算得到跑道的边线信息并拟合得到跑道的中线信息，具体为采用如下步骤进行计算：

A. 摄像头扫描获取数据：摄像头通过硬件二值化将跑道信息转换为黑白像素点并以二维数组进行存储；

B. 搜索跑道边线：对于存储的第一组数据，从左至右搜索左边线，并从右至左搜索右边线；对于剩余的数据，则在前一组数据中搜索得到的边线数据上，向左、右各N列搜索本组数据中的左边线和右边线，N为正整数；

C. 拟合跑道中线：根据步骤B得到的边线位置计算得到跑道的中线位置。

步骤S2所述的计算得到跑道的直道、弯道数据信息，具体为采用如下步骤进行直道和弯道的数据信息计算：

a. 当小车运行在中线上时，摄像头实时扫描跑道并获取跑道数据，同时采用步骤S1所述方法拟合跑道的中线信息，并计算中线拟合偏差；

b. 根据步骤a得到的中线拟合偏差，按照如下规则进行判断：

若中线拟合偏差值不大于设定的第一阈值，则认定小车当前行驶的跑道为直道；

若中线拟合偏差值大于设定的第一阈值，则认定当前小车行驶时将进入弯道，此时实时记录中线拟合偏差值大于设定的第一阈值的持续时间、中线拟合偏差值的极大值和极小值，直至中线拟合偏差值恢复到不大于设定的第一阈值，此时弯道的数据信息记录完成；同时记录弯道与弯道之间的间隔时间。

步骤S3所述的实时调整小车的控制参数，具体为采用如下规则调整小车的控制参数：

1）小车摄像头实时获取小车行驶跑道的数据信息，同时采用步骤S1所述方法拟合跑道的中线信息，并计算中线拟合偏差；

2）根据步骤1）得到的中线拟合偏差，按照如下规则进小车控制参数的调整：

若中线拟合偏差值不大于设定的第二阈值，则认定小车当前行驶的跑道为直道，此时维持小车的控制参数不变；所述第二阈值小于第一阈值；

若中线拟合偏差值大于设定的第二阈值，则认定小车当前将进入弯道行驶，此时调取步骤S2得到的弯道数据信息，并按照以下规则进行弯道状态下小车的控制参数调整：

ⅰ 若弯道数据的偏差极值小于第三阈值且正负交替，且持续时间大于第四阈值，则判定当前弯道为小型S弯道：此时减小小车控制参数中的PID控制参数，或者通过控制小车舵机的PWM占空比来限制舵机的偏转角度，从而使得小车能够快速通过小型S弯道；