摘 要:
近年来,随着无线网络通信技术、人工智能技术以及嵌入式技术等相关高新技术发展的日臻成熟,关于智能小车的研究也由此得到了飞速发展,其中又以基于无线网络通信技术的嵌入式视频监控系统智能小车特为尤甚。智能小车,是指通过内部和外部传感器以识别外部环境信息及其自身状态,在有障碍的复杂环境中,通过动态决策和规划,以实现自主运动从而完成相应操作的机器人系统。它融合了传感器、信息融合、通信接口、导航控制人工智能以及自动控制等一系列高新技术。
具有自动循迹、避障和可控行驶等诸多功能,且可以根据实际需求来不断完善、增加特色化功能的智能小车,随着其快速发展,不仅给各类传统产业带来了翻天覆地的变化,改善了许多相关产业的工作形式,提升了工作效率,也大幅度影响并提高了人们的生产生活质量。
本文将建立在大量国内外学术论文、资料研究基础之上,按照智能小车技术发展的时间顺序对其进行概括梳理。
关键词:智能小车;嵌入式;自动避障;无线网络通信技术
引言
智能小车是一个集环境感知[1]、动态决策与规划[2]、行为控制与执行[3]等功能于一体的综合系统,主要由传感器、控制器和执行器三部分组成。智能小车集中运用了传感器、导航与自动控制、机械工程、通信等多种技术,具有自动循迹、避障和可控行驶等诸多功能[4] [5],已经成为衡量一个国家科研实力和工业发展水平的重要标志。它既可以运行预先设置好的程序,也可以接受人类的调度指挥,并且可以根据人工智能的相关算法独立自主地完成各种复杂任务,辅助或者代替人类完成一些重复、复杂甚至危险的工作。近年来,智能小车的鲁棒性、可靠性和经济性有了很大幅度的提升,已经广泛应用于制造行业、服务行业、物流运输行业等,在很大程度上解放了人力物力。例如,在日常生活中,智能小车可以代替导盲犬而更为精准、方便地给盲人指引正确的道路;在军事方面,智能小车可以替代传统工兵作业来更高效、更安全地完成危险区域的排雷和侦察等任务[6];在航空航天领域,智能小车可以在外星球上完成各类探索工作。在工业生产领域,它除了承担柔性化物流运输工作外,更可以帮助人们在复杂的环境中执行设备检查和货物处理等任务[7]。
为充分结合自身所学,本文将着重介绍基于STM32开发板作为主控制器[8],并采用蓝牙模块作为指令传送方式以实现控制其运动方式的这一类智能小车,按照智能小车相关的各类理论、技术的发展时间顺序,充分利用网络资源、查阅文献资料来概述目前国内外相关领域和学科研究现状。
研究现状
本节将溯源智能小车技术的兴起和发展史,从上世纪五六十年代小车“智能化”概念的出现、兴起,到上世纪七十年代关于避障规划概念的提出以及微处理器等关键硬件的广泛运用,智能小车完成了成熟的理论、技术基础积累。接着在步入二十一世纪后,得益于互联网技术的兴起和无线网络技术的日趋成熟,关于智能小车的研究,在智能化、自动化、多样化、实用化等方面已经取得了巨大成就。
2.1智能小车的兴起
早期的智能小车出现于19世纪50年代,由美国 Barrett公司设计研发,作为简单的搬运机器人被应用于工业生产中以提升物料运输效率,降低工人劳动强度[9]。这一革命性的发明拉开了智能小车时代的序幕,其相关研究在发达国家开始呈现蓬勃发展的趋势。关于小车“智能化”的概念是美国的一些科学家于上世纪 60 年代提出来的,而国外许多大型的科技公司、研究所纷纷在智能小车领域的研发投入大量财力、精力和人力。其中最具代表性的有微软、谷歌以及 IBM 三家公司,他们连续推出自己公司设计出的新型智能小车。随着科技水平的提高,人们开始对智能小车的路径自动规划和智能避障等方向进行研究[10]。
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