第一周铁二战队学习总结

一、机械结构

1.机械结构制作部分的设计原则

“轻、牢、简”为机械结构的主要原则，且为了提高车模运动性能，对于车轮的位置调整也有很多道理，如车轮前束等。

2.对于舵机的改造

为了提高舵机的反应速度，即在相同的转角下，有尽可能大的线航程，因此需要延长鸵机臂。（但是不知道其原理所在）

3.底盘改造

尽可能的低在保证能通过坡道的情况下，其目的为保证智能车行驶的稳定性。
但不知道为何在没有较多颠簸道路，要将后避震拆除。

4.前轮定位

车模前轮可以可以调整的角度有主销前倾、内倾、前束。且其根本作用为在车辆行驶时，能保证车辆最为稳定。

主销后倾

是指主销装在前轴，上端略向后倾斜，如图。
使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动回复到原来的中间位置上。且主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也越好。
主销内倾与后倾都可使汽车转向自动回正，但主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关。因此高速时后倾作用大，低速内倾回正作用大。

车轮外倾角

是指从前放看前轴时，轮胎的中心平面不是垂直的，而是上面向外倾斜一个角度。
其目的为平衡和协调因为车重造成的前轮内倾倾向，使轮胎和路面呈垂直接触的最佳状态。

转向轮前束

是指前轮前束是指前轮前端面与后端面在汽车横向方向的距离差。

设置前束角的原因为正的前束角在车轮中心产生向内的侧向力，而正的外倾角在车轮中心产生向外的侧向力。因此前束角的作用是与外倾角协调，保持车轮做纯滚动和直线行驶，从而减少轮胎磨损，提高车辆的操纵稳定性。

5.长连杆

因为其优点有：
（1）可以根据所需要的舵机输出杆的长度，从而获得所需要的灵敏度
但不能太长，否则对舵机输出力矩有较高要求。
（2）效率较高。
（3）转角大，由于舵机输出杆的转动在一个平面内，当到达极限位置时，转角比平行四边形大。
（4）转向更灵敏，因为放大倍数比平行四边形方案大。（此处不知平行四边形方案，也查询不到）

6.麦克纳姆轮

通过声音信标组的技术报告，知道麦克纳姆轮具有极高的灵活性。基于有许多小滚轮位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理。

6.斑马线检测传感器原理

当传感器检测到黑色遮挡物时输出高电平，单片机通过检测高电平引发系统中断。

7.坡道检测传感器原理

当传感器检测到满足强度阈值的遮挡物引发系统中断。

8.双车接力时测距原理

采用超声波测距，需要将超声波发射端朝向地面防止误触发。

9.车胎处理

根据西南石油大学经验得，在高速情况下，当小车过弯时轮胎容易外翻，这样车模就不能提供车模转弯时所需要的向心力，车模已出现滑出跑道及漂移现象。
西南石油大学解决方案为将轮胎边缘和轮子边缘固定。
因未实践，故难以理解，但可作为经验学习。

二、控制软件算法

1.对于系统控制总体设计

了解到控制转向不仅需要舵机转向，还需要电机的两个轮子的差值。（目前原因未知，猜想为可以使其在最短距离实现转向）

2.巡线原理

2.1电磁巡线原理

比赛中的两种磁场，其一为作为起跑线的固定磁场，其为由永磁铁产生；其二为100mA交变电流的导线所产生的电磁场。
交变电信号产生交变磁场，由于交变磁场在电感线圈中可以产生与磁场强度相关的电流。于是通过三个水平放置的电感值来判断路况，从而控制鸵机的打角大小及拐弯电机的差速大小。

2.2摄像头巡线原理

比赛的环境是在蓝色背景布上铺设白色赛道，使赛道差距明显。
可通过摄像头采集图像，但为了适应不同的场地出现的亮暗差距不同，可使用动态阈值对图像进行二值化，寻找像素点中的颜色跳变点（如灰度图下，由黑到白的跳变点），并对跳变点的行列坐标进行运算，得到每一行的中点列坐标，通过每一行的中点列坐标与直到上的中点列坐标做差，后进行累加，可得到偏差值，通过偏差值控制舵机的打角大小及拐弯电机的差速大小。

当赛场上光线不均匀时，可以对摄像头加偏光镜使对比度更加明显。

3.赛道元素处理

3.1十字处理

通过摄像头来判断是否遇到十字，即通过遍历图像数组，当全部为白色像素点的行数大于一定值，即可判断遇到了十字。
在过十字时，采用斜率补线的方式，且同时使用电磁导引和摄像头导引，将两者误差进行权重分配，即可通过。
不单独采用摄像头的原因，图像左下方与右下方提取不到边界点，导致车模跑错。

3.2环岛处理

采用电磁判断环岛标志位，当经过环岛时水平电感会增大，可设置三个水平电感，当三个电感的和大于阈值，判断前方为环岛。使用电磁导引进入环岛，当完全进入环岛后，开启摄像头导引，即将出环时，使用电磁导引。

3.3坡道处理

通过使用加速度计和陀螺仪来共同判断是否进入坡道，将加速度计值与陀螺仪计值进行卡尔曼滤波，来得到真实角度值，当真实值大于阈值，即为上坡状态。
由于上坡车模存在倾角，摄像头会获取干扰信息，因此在判断为坡道后，应关闭摄像头。
此方法存在的问题，由于导引的方式切换，会导致偏差值存在突变。

4.赛道信息获取

4.1电感获取赛道信息

由于电感、匹配质量无法保证完全相同，需要对采集的电感值进行一次归一，即除以本身在直到上采集的最大值，需保证电感最后得到的数据的相对变化范围一致。
由电子科技大学的经验得，单次采集到的电感值可能会因为抖动等影响，导致采集到的值被干扰，电子科技大学做法为代码中利用滑动平均滤波法，滑动20次获得最终数据。

4.2摄像头获取赛道信息

4.2.1图像处理

利用彩色摄像头获取彩色图像，再将RGB图像转换为灰度图像。再利用大津法二值化，将灰度图转化为二值化图像。
由电子科技大学双车可知，由彩色摄像头获取彩色图像，再将彩色图像转灰度的原因为，RGB有三个通道信息，灰度摄像头只有一个通道信息。在某些恶劣情况下，如反光赛道，三个通道的RGB图像更能保留正确信息。

4.2.2拟合赛道中心线

共有三种情况：
（1）左右边界线均存在：利用已知点进行最小二乘法拟合出所有中心点。
（2）单边丢线：利用仅存在的边界线，向中间偏移路宽。
（3）双边丢线：不可能拟合出赛道中心线，判定为丢线，此时需换为电磁跑。

4.3麦克风获取赛道信息

利用传感器接收利用调频广播中的CHIRP信号，用驻极体话筒接收在空气中传播的CHIRP声音信号。

5.直立控制

需通过姿态传感器的信息采集，经过互补滤波之后，得到智能车的俯仰角及其数据，采用PD控制对内环速度环和外环速度环。

总结

1.需要对PID算法深入了解

原因：否则无法处理其不足之处，即积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。

2.需要对各种算法均有涉及

3.需要学会此文中加粗字体的意思理解及其运用

4.需要对各种赛道元素的软件控制均知其原理并深入

5.需要对电磁及摄像头获取赛道信息进行学习

大致为如何进项赛道信息运用及分析

6.需要熟悉各种数据整合的方法