專(zhuān)利名稱(chēng)：智能倒車(chē)教具的制作方法
智能倒車(chē)教具(--)所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種基于圖像視覺(jué)的智能型自動(dòng)倒車(chē)學(xué)習(xí)教具，屬于 機(jī)器人視覺(jué)與智能駕駛領(lǐng)域。 (二)技術(shù)背景隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車(chē)的數(shù)量逐年增加，學(xué)習(xí)駕駛技術(shù)的人越來(lái)越多。具有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2005 年，我國(guó)汽車(chē)年均銷(xiāo)售量達(dá)383萬(wàn)輛，駕校數(shù)量達(dá)7000多所?，F(xiàn)在 巿場(chǎng)上已有一些輔助倒車(chē)裝置，如雷達(dá)測(cè)距裝置、后視輔助裝置等， 但全自動(dòng)智能型倒車(chē)裝置還未在市場(chǎng)上出現(xiàn)，這就導(dǎo)致學(xué)習(xí)倒車(chē)技術(shù) 仍是學(xué)員在駕校所必需學(xué)習(xí)的技能，而這項(xiàng)技能也是學(xué)習(xí)過(guò)程中最難 掌握的一項(xiàng)。從駕校的角度來(lái)看，倒車(chē)也一直是這些駕校的教學(xué)難點(diǎn)， 也是考核駕校學(xué)員的一項(xiàng)重要指標(biāo)，各所駕校都希望能擁有一種智能 型倒車(chē)教具來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量與效率。因此，急需為駕校研制一種性?xún)r(jià) 比高的智能型倒車(chē)教具，以提高駕校的教學(xué)質(zhì)量與效率，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外 的市場(chǎng)需求。目前計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)已比較成熟，但由于汽車(chē)所處的 現(xiàn)實(shí)環(huán)境比較復(fù)雜，將計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代轎車(chē)倒車(chē)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 全自動(dòng)的智能倒車(chē)還比較困難，由于倒車(chē)教具所處環(huán)境簡(jiǎn)單而且單 --，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能型倒車(chē)教具是可行的，這種智能倒 車(chē)教具可在設(shè)置環(huán)境下，自動(dòng)的演示整個(gè)倒車(chē)過(guò)程。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種智能型倒車(chē)教具，以幫助駕校學(xué)員在 盡可能短的時(shí)間內(nèi)學(xué)好駕駛技術(shù)，同時(shí)減少教練的工作強(qiáng)度，豐富駕 校的教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，使整個(gè)教學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)單、明了、直觀化。本發(fā)明所述的智能倒車(chē)教具，包括模型車(chē)，模型車(chē)帶有前輪、后輪、方向盤(pán)，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、方向控制傳 動(dòng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車(chē)后的兩攝像頭分別通過(guò)傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采 集卡與控制卡通過(guò)并行總線連接；基于ARM微處理器的控制卡包含A/D及D/A轉(zhuǎn)換單元、控制 輸入與輸出單元、濾波單元、邊緣檢測(cè)單元、用于提取兩倒車(chē)竿與車(chē) 之間的距離及其車(chē)與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量 計(jì)算單元，控制量計(jì)算單元根據(jù)從攝像圖片中提取的數(shù)據(jù)用模糊控制 算法計(jì)算出轉(zhuǎn)角控制量；還包括一個(gè)生成并輸出車(chē)的轉(zhuǎn)向、方向盤(pán)角 度及路徑曲線的圖象信號(hào)的顯示單元；控制卡通過(guò)ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡相連，驅(qū)動(dòng)卡與 轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)連接方向盤(pán)的軸；控制卡通過(guò)傳輸線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡連接，驅(qū)動(dòng)卡與步進(jìn)電機(jī)相 連接，所述步進(jìn)電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)后輪；控制卡與顯示裝置信號(hào)連接。轉(zhuǎn)向電機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)，所述的方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)包括聯(lián)軸器 與減速器相連；減速器的輸出軸通過(guò)電磁離合器與小帶輪相連，小帶 輪通過(guò)傳動(dòng)帶與大帶輪相連，大帶輪與方向盤(pán)的軸連接。依據(jù)上述的設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明的工作原理為通過(guò)對(duì)攝像頭所采 集圖像的處理，提取出車(chē)與倒車(chē)竿之間的距離、角度等信息，通過(guò)模 糊控制算法計(jì)算出控制量，依據(jù)所得控制量，控制卡輸出控制信號(hào)驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)而帶動(dòng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)方向的 控制；同時(shí)，控制卡輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的自動(dòng)倒車(chē)。 顯示屏可實(shí)時(shí)的顯示方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向、角度及所走路徑曲線，使學(xué)員深 入的了解在特定情況下如何轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)實(shí)現(xiàn)精確倒車(chē)到目的地。本發(fā)明的有益效果在于1、完全是自動(dòng)化，不用人的干預(yù)，智 能化程度高。2. 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)不同位置、不同角度的自動(dòng)倒車(chē)演示。3. 本發(fā)明不僅可以用于倒車(chē)的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，而且還可以作為 研究智能倒車(chē)系統(tǒng)的一個(gè)很好的平臺(tái)。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明給予進(jìn)一步說(shuō)明。(四)


圖1為雙攝像頭確定某點(diǎn)坐標(biāo)的說(shuō)明示意圖 圖2為本發(fā)明的整車(chē)裝配示意圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的智能倒車(chē)教具，包括模型車(chē)，模型車(chē)帶有前輪、后 輪、方向盤(pán)，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、方向控制傳 動(dòng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車(chē)后的兩攝像頭分別通過(guò)傳輸線與圖像采集卡相連，圖像釆
集卡與控制卡通過(guò)并行總線連接；基于ARM微處理器的控制卡包含A/D及D/A轉(zhuǎn)換單元、控制 輸入與輸出單元、濾波單元、邊緣檢測(cè)單元、用于提取兩倒車(chē)竿與車(chē) 之間的距離及其車(chē)與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量 計(jì)算單元，控制量計(jì)算單元根據(jù)從攝像圖片中提取的數(shù)據(jù)用模糊控制 算法計(jì)算出轉(zhuǎn)角控制量；還包括一個(gè)生成并輸出車(chē)的轉(zhuǎn)向，方向盤(pán)角 度及路徑曲線的圖象信號(hào)的顯示單元；控制卡通過(guò)ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡相連，驅(qū)動(dòng)卡與 轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)連接方向盤(pán)的軸；控制卡1通過(guò)傳輸線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡12連接，驅(qū)動(dòng)卡12與歩 進(jìn)電機(jī)ll相連接，所述步進(jìn)電機(jī)11連接驅(qū)動(dòng)后輪；控制卡與顯示裝置信號(hào)連接。轉(zhuǎn)向電機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)，所述的方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)包括聯(lián)軸器 與減速器相連；減速器的輸出軸通過(guò)電磁離合器與小帶輪相連，小帶 輪通過(guò)傳動(dòng)帶與大帶輪相連，大帶輪與方向盤(pán)的軸連接。本發(fā)明的具體工作原理為將車(chē)置于某一位置，目的是使車(chē)從預(yù) 置的兩倒車(chē)竿之間通過(guò)。按動(dòng)倒車(chē)開(kāi)關(guān)接通電源，裝在車(chē)后的兩個(gè)攝 像頭拍攝車(chē)后的環(huán)境圖片，進(jìn)一步將圖片傳到控制卡，通過(guò)控制卡對(duì) 圖片進(jìn)行濾波、邊緣檢測(cè)等處理，提取出圖片中的兒個(gè)特征點(diǎn)，通過(guò) 對(duì)這幾個(gè)特征點(diǎn)的處理，計(jì)算出兩桿之間的距離和兩桿到車(chē)身某一攝 像頭為參考位置的距離和角度，把計(jì)算結(jié)果通過(guò)模糊控制算法計(jì)算出 控制量，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)再通過(guò)
減速機(jī)構(gòu)和同步帶輪帶動(dòng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步方向盤(pán)帶動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 同時(shí)控制板卡輸出倒車(chē)信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn) 動(dòng)實(shí)現(xiàn)倒車(chē)，與此同時(shí)，控制板卡把車(chē)的轉(zhuǎn)向，方向盤(pán)角度及路徑曲 線顯示在車(chē)頂?shù)娘@示屏上。通過(guò)圖1來(lái)說(shuō)明雙攝像頭確定某點(diǎn)坐標(biāo)的原理如圖所示，0,02為C,及C2坐標(biāo)系的X軸，若PO,02平面與兩個(gè)圖像平面E,及E2的 交線分別為E,與E2，由于兩個(gè)圖像平面位于同一平面，則E,與E2 為該平面上的同一直線，又由于圖像平面平行于X軸，故E,與E2與X軸平行，若P，與P2分別為0，P與E,及02P與E2的交點(diǎn)，則P, 與P2分別在Et和E2上。設(shè)C,坐標(biāo)系為O,X,Y,Z,， C2坐標(biāo)系為02X2Y2Z2，則在上述攝 像機(jī)配置下，若任一空間點(diǎn)P的坐標(biāo)在Q坐標(biāo)系下為(Xl， yi， Zl)， 在C2坐標(biāo)系下為(Xl-b，yi,Zl)，由P(x,，y,，z,)中心射影的比例關(guān)系 可得P點(diǎn)坐標(biāo)值。按照上述原理便可確定倒車(chē)竿上的任一點(diǎn)的坐標(biāo)，從而可以確定 兩倒車(chē)竿之間以及倒車(chē)竿與車(chē)之間的距離，進(jìn)一步可提供倒車(chē)的決策{曰息o參照附圖2:教學(xué)人員打開(kāi)啟動(dòng)按鈕，小車(chē)上電，控制板卡l開(kāi)始工作，提取攝像頭9拍攝的圖像，并對(duì)所拍圖像進(jìn)行濾波、數(shù)值計(jì)算等處理，計(jì)算出兩倒車(chē)竿與車(chē)之間的距離及其車(chē)與兩竿正前方的夾 角，然后通過(guò)模糊控制算法進(jìn)行方向盤(pán)轉(zhuǎn)角計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制小車(chē)的轉(zhuǎn)向電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)輸出電脈沖驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)
向電動(dòng)機(jī)根據(jù)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)動(dòng)，把轉(zhuǎn)動(dòng)從輸出軸輸出，通過(guò)減速器3的減速把轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)電磁離合器4傳給帶輪5，帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)而改 變方向盤(pán)軸8的轉(zhuǎn)角，使前車(chē)輪轉(zhuǎn)。控制卡1通過(guò)傳輸線與步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)卡12連接，驅(qū)動(dòng)卡12與步進(jìn)電機(jī)11相連接，所述步進(jìn)電機(jī)11 連接驅(qū)動(dòng)后輪。與此同時(shí)車(chē)頂上的顯示屏顯示出現(xiàn)在方向盤(pán)7的轉(zhuǎn)向、角度以及 本發(fā)明中的模型車(chē)行駛的路徑曲線，使學(xué)員清楚的看到整個(gè)倒車(chē)過(guò)程 是怎樣完成的。
權(quán)利要求
1. 智能倒車(chē)教具，包括模型車(chē)，模型車(chē)帶有前輪、后輪、方向盤(pán)，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車(chē)后的兩攝像頭分別通過(guò)傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采集卡與控制卡通過(guò)并行總線連接；基于ARM微處理器的控制卡包含A/D及D/A轉(zhuǎn)換單元、控制輸入與輸出單元、濾波單元、邊緣檢測(cè)單元、用于提取兩倒車(chē)竿與車(chē)之間的距離及其車(chē)與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量計(jì)算單元，控制量計(jì)算單元根據(jù)從攝像圖片中提取的數(shù)據(jù)用模糊控制算法計(jì)算出轉(zhuǎn)角控制量；還包括一個(gè)生成并輸出車(chē)的轉(zhuǎn)向，方向盤(pán)角度及路徑曲線的圖象信號(hào)的顯示單元；控制卡通過(guò)ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡相連，驅(qū)動(dòng)卡與轉(zhuǎn)向電機(jī)連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)連接方向盤(pán)的軸；控制卡通過(guò)傳輸線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡連接，驅(qū)動(dòng)卡與步進(jìn)電機(jī)相連接，所述步進(jìn)電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)后輪；控制卡與顯示屏信號(hào)連接。
2、如權(quán)利要求1所述的智能倒車(chē)教具，其特征在于轉(zhuǎn)向電機(jī)是 伺服電動(dòng)機(jī)，所述的方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)包括聯(lián)軸器與減速器相連； 減速器的輸出軸通過(guò)電磁離合器與小帶輪相連，小帶輪通過(guò)傳動(dòng)帶與 大帶輪相連，大帶輪與方向盤(pán)的軸連接。
全文摘要
智能倒車(chē)教具，包括模型車(chē)，模型車(chē)帶有前輪、后輪、方向盤(pán)，控制卡、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、方向控制傳動(dòng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車(chē)后的兩攝像頭分別通過(guò)傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采集卡與控制卡通過(guò)并行總線連接；控制卡包含A/D及D/A轉(zhuǎn)換單元、控制輸入與輸出單元、濾波單元、邊緣檢測(cè)單元、用于提取兩倒車(chē)竿與車(chē)之間的距離及其車(chē)與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量計(jì)算單元；還包括一個(gè)生成并輸出車(chē)的轉(zhuǎn)向，方向盤(pán)角度及路徑曲線的圖象信號(hào)的顯示單元；控制卡與轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡相連，驅(qū)動(dòng)卡與轉(zhuǎn)向電機(jī)連接；控制卡通過(guò)傳輸線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡連接，驅(qū)動(dòng)卡與步進(jìn)電機(jī)相連接，所述步進(jìn)電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)后輪；控制卡與顯示屏信號(hào)連接。
文檔編號(hào)G09B9/04GK101211510SQ20061015561
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者李燕青, 艾青林, 計(jì)時(shí)鳴 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)