專利名稱：智能倒車教具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
智能倒車教具(一) 所屬領(lǐng)域本實用新型涉及一種基于圖像視覺的智能型自動倒車學(xué)習(xí)教具， 屬于機器人視覺與智能駕駛領(lǐng)域。(二) 技術(shù)背景隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車的數(shù)量逐年增加，學(xué)習(xí)駕駛技術(shù)的人越來越多。具有關(guān)部門統(tǒng)計，2005 年，我國汽車年均銷售量達383萬輛，駕校數(shù)量達7000多所。現(xiàn)在 市場上已有一些輔助倒車裝置，如雷達測距裝置、后視輔助裝置等， 但全自動智能型倒車裝置還未在市場上出現(xiàn)，這就導(dǎo)致學(xué)習(xí)倒車技術(shù) 仍是學(xué)員在駕校所必需學(xué)習(xí)的技能，而這項技能也是學(xué)習(xí)過程中最難 掌握的一項。從駕校的角度來看，倒車也一直是這些駕校的教學(xué)難點， 也是考核駕校學(xué)員的一項重要指標(biāo)，各所駕校都希望能擁有一種智能 型倒車教具來提高教學(xué)質(zhì)量與效率。因此，急需為駕校研制一種性價比高的智能型倒車教具，以提高駕校的教學(xué)質(zhì)量與效率，滿足國內(nèi)外 的市場需求。目前計算機視覺和圖像處理技術(shù)已比較成熟，但由于汽車所處的 現(xiàn)實環(huán)境比較復(fù)雜，將計算機視覺技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代轎車倒車系統(tǒng)實現(xiàn) 全自動的智能倒車還比較困難，由于倒車教具所處環(huán)境簡單而且單 一，利用計算機視覺技術(shù)實現(xiàn)智能型倒車教具是可行的，這種智能倒 車教具可在設(shè)置環(huán)境下，自動的演示整個倒車過程。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于設(shè)計一種智能型倒車教具，以幫助駕校學(xué) 員在盡可能短的時間內(nèi)學(xué)好駕駛技術(shù)，同時減少教練的工作強度，豐 富駕校的教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，使整個教學(xué)過程簡單、明了、直 觀化。本實用新型所述的智能倒車教具，包括模型車，模型車帶有前輪、后輪、方向盤，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動系統(tǒng)、方向控制 傳動系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車后的兩攝像頭分別通過傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采 集卡與控制卡通過并行總線連接；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、邊緣檢測單元、用于提取兩倒車竿與車之間的距離及其車與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量 計算單元，控制量計算單元根據(jù)從攝像圖片中提取的數(shù)據(jù)用模糊控制算法計算出轉(zhuǎn)角控制量；還包括一個生成并輸出車的轉(zhuǎn)向、方向盤角 度及路徑曲線的圖象信號的顯示單元；控制卡通過ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動卡相連，驅(qū)動卡與 轉(zhuǎn)向電機連接，轉(zhuǎn)向電機通過方向控制傳動系統(tǒng)連接方向盤的軸；控制卡通過傳輸線與步進電機驅(qū)動卡連接，驅(qū)動卡與步進電機相 連接，所述步進電機連接驅(qū)動后輪；控制卡與顯示裝置信號連接。轉(zhuǎn)向電機是伺服電動機，所述的方向控制傳動系統(tǒng)包括聯(lián)軸器與減速器相連；減速器的輸出軸通過電磁離合器與小帶輪相連，小帶 輪通過傳動帶與大帶輪相連，大帶輪與方向盤的軸連接。依據(jù)上述的設(shè)計方案，本實用新型的工作原理為通過對攝像頭 所采集圖像的處理，提取出車與倒車竿之間的距離、角度等信息，通 過模糊控制算法計算出控制量，依據(jù)所得控制量，控制卡輸出控制信 號驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)動，通過傳動系統(tǒng)進而帶動方向盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對方 向的控制；同時，控制卡輸出信號到驅(qū)動電動機，實現(xiàn)對小車的自動 倒車。顯示屏可實時的顯示方向盤的轉(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)動方向盤實現(xiàn)精確倒車到目的 地。本實用新型的有益效果在于1、完全是自動化，不用人的干預(yù)， 智能化程度高。2. 本實用新型可以實現(xiàn)不同位置、不同角度的自動倒車演示。3. 本實用新型不僅可以用于倒車的教學(xué)過程當(dāng)中，而且還可以 作為研究智能倒車系統(tǒng)的一個很好的平臺。下面結(jié)合實例對本實用新型給予進一步說明。(四)
圖1為雙攝像頭確定某點坐標(biāo)的說明示意圖圖2為本實用新型的整車裝配示意圖具體實施方式本實用新型所述的智能倒車教具，包括模型車，模型車帶有前輪、后輪、方向盤，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動系統(tǒng)、方向控制傳動系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車后的兩攝像頭分別通過傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采 集卡與控制卡通過并行總線連接；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、邊緣檢測單元、用于提取兩倒車竿與車之間的距離及其車與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量 計算單元，控制量計算單元根據(jù)從攝像圖片中提取的數(shù)據(jù)用模糊控制算法計算出轉(zhuǎn)角控制量；還包括一個生成并輸出車的轉(zhuǎn)向，方向盤角 度及路徑曲線的圖象信號的顯示單元；控制卡通過ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動卡相連，驅(qū)動卡與 轉(zhuǎn)向電機連接，轉(zhuǎn)向電機通過方向控制傳動系統(tǒng)連接方向盤的軸；控制卡1通過傳輸線與步進電機驅(qū)動卡12連接，驅(qū)動卡12與步 進電機ll相連接，所述步進電機ll連接驅(qū)動后輪；控制卡與顯示裝置信號連接。轉(zhuǎn)向電機是伺服電動機，所述的方向控制傳動系統(tǒng)包括聯(lián)軸器 與減速器相連；減速器的輸出軸通過電磁離合器與小帶輪相連，小帶 輪通過傳動帶與大帶輪相連，大帶輪與方向盤的軸連接。本實用新型的具體工作原理為將車置于某一位置，目的是使車 從預(yù)置的兩倒車竿之間通過。按動倒車開關(guān)接通電源，裝在車后的兩 個攝像頭拍攝車后的環(huán)境圖片，進一步將圖片傳到控制卡，通過控制 卡對圖片進行濾波、邊緣檢測等處理，提取出圖片中的幾個特征點， 通過對這幾個特征點的處理，計算出兩桿之間的距離和兩桿到車身某一攝像頭為參考位置的距離和角度，把計算結(jié)果通過模糊控制算法計 算出控制量，輸出相應(yīng)的控制信號，控制轉(zhuǎn)向伺服電動機，電動機再 通過減速機構(gòu)和同步帶輪帶動方向盤轉(zhuǎn)動，進一步方向盤帶動車輪轉(zhuǎn) 動，同時控制板卡輸出倒車信號到驅(qū)動電機，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動帶動輪 子轉(zhuǎn)動實現(xiàn)倒車，與此同時，控制板卡把車的轉(zhuǎn)向，方向盤角度及路 徑曲線顯示在車頂?shù)娘@示屏上。通過圖1來說明雙攝像頭確定某點坐標(biāo)的原理如圖所示，0,02為C,及C2坐標(biāo)系的X軸，若PO,02平面與兩個圖像平面E,及E2的 交線分別為Ei與E2，由于兩個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^與E,及02P與E2的交點，則P, 與P2分別在Ei和E2上。設(shè)d坐標(biāo)系為ChX,Y^,， Q坐標(biāo)系為02X2Y2Z2，則在上述攝 像機配置下，若任一空間點P的坐標(biāo)在d坐標(biāo)系下為(Xl， yi， Zl)， 在Q坐標(biāo)系下為(Xrb,yi,Zl)，由P(Xi力,z》中心射影的比例關(guān)系 可得P點坐標(biāo)值。按照上述原理便可確定倒車竿上的任一點的坐標(biāo)，從而可以確定 兩倒車竿之間以及倒車竿與車之間的距離，進一步可提供倒車的決策f曰息。參照附圖2:教學(xué)人員打開啟動按鈕，小車上電，控制板卡l開始工作，提取攝像頭9拍攝的圖像，并對所拍圖像進行濾波、數(shù)值計算等處理，計算出兩倒車竿與車之間的距離及其車與兩竿正前方的夾角，然后通過模糊控制算法進行方向盤轉(zhuǎn)角計算，根據(jù)計算結(jié)果，控 制小車的轉(zhuǎn)向電機2轉(zhuǎn)動，同時輸出電脈沖驅(qū)動轉(zhuǎn)向電動機轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn) 向電動機根據(jù)脈沖個數(shù)進行精確的轉(zhuǎn)動，把轉(zhuǎn)動從輸出軸輸出，通過減速器3的減速把轉(zhuǎn)動通過電磁離合器4傳給帶輪5，帶輪轉(zhuǎn)動而改 變方向盤軸8的轉(zhuǎn)角，使前車輪轉(zhuǎn)?？刂瓶?通過傳輸線與步進電機 驅(qū)動卡12連接，驅(qū)動卡12與步進電機11相連接，所述步進電機ll 連接驅(qū)動后輪。與此同時車頂上的顯示屏顯示出現(xiàn)在方向盤7的轉(zhuǎn)向、角度以及 本實用新型中的模型車行駛的路徑曲線，使學(xué)員清楚的看到整個倒車 過程是怎樣完成的。
權(quán)利要求1. 智能倒車教具，包括模型車，模型車帶有前輪、后輪、方向盤，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動系統(tǒng)、方向控制傳動系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車后的兩攝像頭分別通過傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采集卡與控制卡通過并行總線連接；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、邊緣檢測單元、用于提取兩倒車竿與車之間的距離及其車與兩竿正前方的夾角的數(shù)值提取單元、以及控制量計算單元，控制量計算單元根據(jù)從攝像圖片中提取的數(shù)據(jù)用模糊控制算法計算出轉(zhuǎn)角控制量；還包括一個生成并輸出車的轉(zhuǎn)向，方向盤角度及路徑曲線的圖象信號的顯示單元；控制卡通過ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動卡相連，驅(qū)動卡與轉(zhuǎn)向電機連接，轉(zhuǎn)向電機通過方向控制傳動系統(tǒng)連接方向盤的軸；控制卡通過傳輸線與步進電機驅(qū)動卡連接，驅(qū)動卡與步進電機相連接，所述步進電機連接驅(qū)動后輪；控制卡與顯示屏信號連接。
2、如權(quán)利要求l所述的智能倒車教具，其特征在于轉(zhuǎn)向電機是 伺服電動機，所述的方向控制傳動系統(tǒng)包括聯(lián)軸器與減速器相連； 減速器的輸出軸通過電磁離合器與小帶輪相連，小帶輪通過傳動帶與 大帶輪相連，大帶輪與方向盤的軸連接。
專利摘要智能倒車教具，包括模型車，模型車帶有前輪、后輪、方向盤，基于ARM微處理器的控制卡、驅(qū)動系統(tǒng)、方向控制傳動系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、顯示裝置；裝在車后的兩攝像頭分別通過傳輸線與圖像采集卡相連，圖像采集卡與控制卡通過并行總線連接；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、邊緣檢測單元、數(shù)值提取單元、控制量計算單元；還包括一個顯示單元；控制卡通過ARM的I/O端口與轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動卡相連，驅(qū)動卡與轉(zhuǎn)向電機連接，轉(zhuǎn)向電機通過方向控制傳動系統(tǒng)連接方向盤的軸；控制卡通過傳輸線與步進電機驅(qū)動卡連接，驅(qū)動卡與步進電機相連接，所述步進電機連接驅(qū)動后輪；控制卡與顯示屏信號連接。
文檔編號G09B9/04GK201111740SQ20062014171
公開日2008年9月10日 申請日期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, 計時鳴 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)