1、规划布景
“robot”一词源自捷克语“robota”，意谓“逼迫劳作”。1920年捷克斯洛伐克作家萨佩克写了一个名为《洛桑全能机器人公司》的剧本，他把在洛桑全能机器人公司生产劳作的那些家伙取名“Robot”，汉语音译为“罗伯特”，捷克语意为“奴隶”——萨佩克把机器人的方位确定为只管静心干活、任由人类压榨的奴隶，他们存在的价值仅仅服务于人类。他们没有思维才能，不能考虑，仅仅类似人的机器，以便使人脱节劳作。
1946年，美国的德沃尔发明晰一种体系，能够“重演”所记载的机器的运动。1954年，德沃尔又取得可编程机器手专利，这种机器手臂按程序进行作业，能够依据不同的作业需求编制不同的程序，因而具有通用性和灵活性。1959年，大学攻读伺服理论的英格伯格和德沃尔联手制作出榜首台工业机器人，这种机器人外形有点像炮塔，基座上有一个大机械臂，大臂能够绕轴在基座上滚动，大臂上又伸出一个小机器臂，它相对大臂能够伸出或缩回。小臂顶有一个腕子，可绕小臂滚动，进行抚育和侧摇。腕子前头是手，即操作器。这个机器人的功用和人的手臂的功用类似，这是世界上榜首台真实的有用工业机器人。
到目前为止,机器人技能的开展过程大致能够分为以下3个阶段：
榜首代为可编程示教再现型机器人，其特征是机器人能够依照事前教给它们的程序进行重复作业。1959年美国人英格伯格和德沃尔制作的世界上榜首台工业机器人就归于示教再现型，即人手把着机械手，把应当完结的使命做一遍，或许人用示教操控盒宣布指令，让机器人的机械手臂运动，一步步完结它应当完结的各个动作；
第二代机器人(20世纪70年代)是具有必定的感觉功用和自习惯才能的离线编程机器人，其特征是能够依据作业方针的情况改动作业内容，即所谓的“感觉判别机器人”；
第三代机器人(20世纪80年代中期今后)是智能机器人，这种机器人带有多种传感器，能够将多种传感器得到的信息进行交融，能够有用的习惯改变的环境，具有很强的自习惯才能、学习才能和自治功用。
而关于机器人范畴的一个分支——移动机器人，它的研讨始于60年代晚期，斯坦福研讨院（SRI）的Nits Nilssen和Charles Rosen等人， 在1966年至1972年间研发出了名为Shake的自主移动机器人。
进入20世纪80年代今后，人们的研讨方向逐步转移到了面向实践运用的室内移动机器人的研讨，并逐步形成了自主式移动机器人AMR（Indoor Autonomous Mobile Robot）概念。美国国防高档研讨计划局（DARPA）专门立项，拟定了地上天人作战渠道的战略计划。从此在全世界掀开了全面研讨室外移动机器人的前奏，如DARPA的“战略计算机”计划中的自主地上车辆（ALV）计划（1983—1990），能源部制定的为期10年的机器人和智能体系计划（RIPS）（1986—1995），以及后来的空间机器人计划：日本通产省安排的极限环境下作业的机器人计划：欧洲尤里卡中的机器人计划等。初期的研讨，首要从学术视点研讨室外机器人的体系结构和信息处理，并树立试验体系进行验证。尽管由于80年代对机器人的智能行为希望过高，导致室外机器人的研讨未到达预期的作用，但却带动了相关技能的开展，为讨论人类研发智能机器人的途径积累了经历。一起，也推动了其它国家对移动机器人的研讨与开发。
在国内，从“七五”开端，我国的移动机器人研讨开端起步，经过多年来的开展，己经取得了必定的效果。清华大学智能移动机器人于1994年经过判定。触及到五个方面的关键技能：依据地图的大局途径规划技能研讨（准结构路途网环境下的大局途径规划、具有障碍物越野环境下的大局途径规划、天然地势环境下的大局途径规划）；依据传感器信息的部分途径规划技能研讨（依据多种传感器信息的“感知一动作”行为、依据环境势场法的“感知一动作”行为、依据含糊操控的部分途径规划与导航操控）；途径规划的仿真技能研讨（依据地图的大局途径规划体系的仿真模仿、室外移动机器人规划体系的仿真模仿、室内移动机器人部分途径规划体系的仿真模仿）；传感技能、信息交融技能研讨（差分全球卫星定位体系、 磁罗盘和光码盘定位体系、超声测距体系、视觉处理技能 信息交融技能）；智能移动机器人的规划和完结（智能移动机器人THMR—111的体系结构、高效快速的数据传输技能、主动驾驶体系）。香港城市大学智能规划、主动化及制作研讨中心的主动导航车和服务机器人。中国科学院沈阳主动化研讨所的AGV和防爆机器人。中国科学院主动化所自行规划、制作的全方位移动式机器人视觉导航体系。哈尔滨工业大学于1996年研发成功的导游机器人等等。
可是，在国内并没有哪个大学或安排侧重于研讨智能移动机器人间的通讯。尤其在轿车行业越来越智能化的今日，把咱们已有的导航机器人、视觉导航体系等等，经过无线自组网运用到轿车通讯范畴显得尤为重要。开发这样一种网络就需求ad-hoc技能和当今世界研讨热门——802.11p协议。
Ad-Hoc的英文本意是“特别的、特定的”，Ad-Hoc网络是树立在特定场合的无线网络，由路由器Router和主机Host组成，这些节点能够恣意移动方位，因而网络的拓扑结构是恣意而不行猜测的。Ad-Hoc网络的运用场合十分广泛，前期运用于戎行、差人、救助等体系中，这些场合情况紧急，经常伴有灾祸和风险。1972年，美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）就启动了分组无线（PRNET,Packet Radio NETwork）项目，研讨分组无线网在战场环下数据通讯中的运用。项目完结之后，DAPRA又在1993年启动了高存性自习惯网络（SURAN,Survivable Adaptive Network）项目，研讨如何将PRNET的效果加以扩展，以支撑更大规划的网络，还要开发能习惯战场快速改变环境下的自习惯网络协议。1994年DARPA又启动了全球移动信息体系（GloMo,Globle Mobile Information Systems）项目。在分组无线网已有效果的基础上对能够满意军事运用需求的、可快速铺设、高抗毁性的移动信息体系进行全面深化的研讨，并一向继续至今。
早前提出的移动自安排网络(MANET)是一种自治的网络，移动节点能够在飞机、船只上，也可在货车、小轿车上。从这一意义上来说，车载自安排网络(VANET)彻底能够看作是移动自安排网络MANET的一个重要分支。车辆自组网与传统无线通讯体系比较较，具有车辆高速行进、信道快速式微、多普勒效应严峻、网络拓扑改变快等特征，这些也都是当时无线移动通讯面对的首要难题。
把Ad-Hoc技能和移动自组网的概念运用到轿车通讯范畴成为一种趋势，车载环境无线接入(WAVE)被视为下一代专用短距通讯(DSRC)技能，能够供给高速的车到车(V2V)和车到中心台(V2I)数据传输，首要能够用于智能交通体系(ITS)，车辆安全服务以及车上因特网接入。WAVE体系作业于5.850～5.925 GHz，选用OFDM传输技能，能够到达3～27Mbit/s的信息传输速率。在WAVE体系中，一个路侧单元(RSU)能够掩盖方圆1 000英尺。WAVE体系便是依据IEEE 802.11p协议，此体系就能战胜以往车载自组网络具有车辆高速行进、信道快速式微、多普勒效应严峻、网络拓扑改变快等特征。
2、规划意图
1994年，美国的一个机器人丹蒂(Dante)探究了南极洲的埃力柏斯火山口,这无疑是智能机器人最新技能的演示。该探险举动实践上是由相互协作的两个机器人来履行的。其间一个是长于爬坡的运送机器人,把丹蒂从营地送到火山口边际,然后丹蒂用攀爬绳子下去取样。尽管该项举动遇到毛病,可是人们遍及供认该机器人体系是成功的。
事实上,这是代表当时智能机器人最高水平的自主式移动机器人(AMR)系列中的一个。自主式移动机器人,它要求在户外非结构化环境中自主地履行一系列使命,例如侦查、探险、转移等等。环境改变的不确定性意味着机器人有必要有杰出的环境感知、举动规划与决议计划、灵活的机动操控等功用。触及的技能范畴包含机器视觉、多传感交融、大局与部分操控、学习与决议计划,以及机械结构、运动学与动力学操控等。
咱们研讨规划的智能小车，不只能够用于户外探险，还可用于楼宇、库房等一般场合，以及用于、矿井、防爆、毒气走漏等恶劣环境。
智能小车上完结了实时视频搜集及无线传输，能够便利的完结对方针环境的长途监控，在安防、交通、智能楼宇等范畴有很好的运用远景。
关于轿车行业飞速开展的今日，具有私家车的人群越来越多，而避免交通事故显得尤为重要，咱们研讨的小车相互之间能够主动传送正告信息，减小了交通事故的发生率；选用的通讯协议—802.11p也是世界上的研讨热门。
下图为探险者运用智能小车探路的模型化表明：
图1 智能车在探险中运用的模型化表明
下图为依据802.11p协议的车载自组网在高速公路上的运用计划：
图2 802.11p的车载自组网运用计划
计划证明
此智能小车首要完结基本功用和扩展功用：基本功用是有必要完结的功用，扩展功用能够依据时刻和难度做出恰当的取舍。
基本功用：
- PC经过ad-hoc网络向小车发送操控指令到小车的操控中心（单片机），操控中心操控步进电机，然后操控小车的转向和速度；
- 小车在行走的过程中，能够完结主动避障，经过超声波传感器，把障碍物信息传给单片机，单片机操控电机，使小车中止行走或后退；
- 前方小车遇到障碍物时，完结避障的一起，由单片机经过ad-hoc网络传给PC和另一辆小车，完结预警功用；
- 小车上的视频搜集体系，把搜集到的路况信息传给操控中心，经过必定的视频压缩处理后，操控中心经过ad-hoc网络把路况信息传给PC；PC端解压后，能够依据路况信息操控小车的动作；
- 在PC上集成了操控软件，并经过可视化窗口，能够调查搜集回来的视频信息，然后能够操控小车的动作。
扩展功用：
- 在小车完结主动避障的基础上，小车能够以最佳路途绕过障碍物，并能避免滑落；终究完结在必定环境下（包含障碍物和滑坡）两辆小车能够在必定的速度规模内无差错行走；
- 在小车上完结无线定位体系，PC上能够看到小车在整个地图中的方位信息，并能依据小车的移动，做出相应的更新；
- 小车与小车之间构建一个Zigbee网络，这个网络用于搜集周围的环境信息，并组成车载自组网络，给单片机留更多的资源来进行视频传输及对传感器信息的交融处理；
- 小车经过图画处理技能彻底自主行进，能辨认和丈量周围的物体，了解周围环境和所要履行使命的才能，并作出正确的判别及操作和移动等才能。
一、硬件部分
图3 体系的全体规划框图
二、软件部分
（1）软件构架
计划一：选用实时操作体系μC/OS-Ⅱ，“实时”两个字的意思便是对呼应时刻有严厉的要求。实时操作体系贵在实时，要求在规则的时刻内完结某种操作。首要用在工业操控中。具有：高精度计时体系；多级中止机制；实时调度机制，包含两个方面，一是在调度战略和算法上确保优先调度实时使命；二是树立更多“安全切换”时刻点，确保及时调度实时使命。
计划二：选用无操作体系算法，一般没有显着的操作体系支撑，而是经过汇编语言编程对体系进行直接操控。首要特色是体系结构和功用都相对单一，针对性强，无操作体系支撑，简直没有用户接口。
依据两种计划的特色，选用计划一作为本次规划的操作体系μC/OS-Ⅱ。
（2）通讯协议
计划一：选用IEEE802.l1p规范，IEEE802.11p(又称WAVE；Wireless Access in the Vehicle Environment)是一种由IEEE 802.11规范开展而来的通讯协议。这个通讯协议首要用在车用电子的无线通讯上。它又对IEEE802.11扩大延伸，来满意ITS体系(Intelligent Trans- portation Systems,ITS)相关运用的需求，802.11p将用在车载通讯(或称专用短距离通讯，Dedicated Short Range Comu- nication,DSRC)体系中。IEEE802.l1p规范首要是处理移动的Ad-hoc网络快速衔接高频率切换问题和新的安全问题。从性能上看，802.11p最高传输速率能够到达27Mbps，传输规模达1000米。
计划二：选用IEEE802.11a规范，IEEE802.11a作业于5GHz的U-NII频段，该规范运用OFDM（正交频分复用）调制数据，物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps。其具有较少抵触的特色，由于2.4GHz 的频带现已被广泛运用。但在上飞速行进的轿车和杂乱的路途情况给物理层带来了很大的应战，在移动的Ad-hoc网络快速衔接高频率切换问题和新的安全问题上IEEE802.11a规范显得有点无力
依据两种计划的特色，选用计划一作为本次规划的操作体系μC/OS-Ⅱ。
（3）软件流程图
图4 软件流程图
著作优势
规划办法和曩昔选用传统的办法比较,具有以下显着优势:
(1) 电路简略，可靠性强。Digilent Cerebot™ 32MX4开发板是一个功用强大的微操控器开发板，具有一个全新Microchip® P%&&&&&%32™微操控器，具有很多的I/O接口和电源选项；
（2）选用mC/OS-Ⅱ实时操作体系。呼应时刻短，能供给及时呼应和高可靠性；支撑多使命，具有使命优先级，使命调度是依据优先级的抢占式调度和时刻片轮转调度的算法；具有多种中止等级，便利办理小车的各种行为；
（3）依据802.11p协议组成无线网络。802.11p协议是一种由IEEE 802.11规范开展而来的通讯协议，这个通讯协议首要用在车用电子的无线通讯上，来满意ITS体系(Intelligent Trans- portation Systems,ITS)相关运用的需求；
（4）人机界面杰出，操作简略。PC上集成了操控软件，能够简直无延时看到智能小车
搜集回来的视频信息，并经过软件上的按键操控摄像头的偏移、小车的转向和速度等。
PC机上的操控软件demo如下图所示：
图5 操控软件demo
