大连65053部队三大队 辽宁大连 116113
摘要：国外正在大力研制多种智能机器人车辆对未来二十一世纪的战场上使用机器人越来越重视。短期项目将包括研制电脑控制的轮式或履带式车。当然,“带腿”行走的无人驾驶坦克也在研究之列,但这属于近几年的事情。本文使坦克车能够沿靶场中预先设置的轨迹，快速寻迹行进，并同时以光电方式瞄准光靶，实现激光打靶，完成设计功能。
关键词：无人驾驶；自动转向控制；区域性路径跟踪
1、前言
智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）是各个发达国家为应对日益严重的交通安全问题而提出的一种先进的交通模式，智能车辆技术是该交通系统的一个重要组成部分。智能车辆技术研究的终点是无人自动化驾驶，经典的无人自动驾驶技术由感知和决策控制两大系统模块组成：感知系统利用先进的传感技术、信号处理技术、通信技术以及计算机技术来实时地获取车辆的行驶环境与运行状态。基于此，决策控制系统通过先进的控制手段对车辆下一步的运行状态进行智能操控。无人自动化驾驶的智能车辆，其操控者是机器，而机器的“反射弧”远远低于人的。
2、方案比较、设计与论证
2.1控制器模块。采用EASYARM1138微控制器。软件方面，EASYARM1138直接采用“C语言+驱动库”的新概念开发模式。由于Luminary Micr。官方免费提供基于C语言的驱动库软件包，且源代码公开发布，用户无需掌握艰涩难懂的汇编语言，也无需掌握底层寄存器的操作细节，只要懂C语言就可以快速上于。这样32位ARM的入门门槛大大降低。EASYARM1138是一款基于ARM Cortex一M3先进内核的开发板，性能高，价格低；芯片提供了高性能的32位运算能力；软件编程灵活，自由度大；控制器包含PWM输出，特别适合控制电机，内置的ADC和DAC避免外接单独的转换芯片的麻烦；在电磁兼容性方而的优势明显。
2.2 寻迹模块。通过寻迹模块简易坦克车可实现沿预设轨迹行走，并可检测到“炮击点”黑色短线。方案一:通过红外对管来实现它准确，价格低，但相对光电对管测量距离近。方案二:通过光电对管来实现光电对管抗相互干扰，响应速度快，体积小、重量轻，安装调试简单。考虑到简单易行的策略，我们选择方案二。
2.3 检测光靶模块。通过检测光靶模块简易坦克车可实现确定光靶位置。方案一:通过光敏电阻它价格便宜，电路也较简单，但光敏电阻性能不稳定，受温度影响较人，且装多个光敏电阻反而增加了电路设计和安装的复杂性。方案二:通过TSL2560光强传感器此光强传感器灵敏度高，功耗低，量程宽，可编程灵活配置的光强度数字转换芯片。考虑到性能，我们选择TSL2560光强传感器。
2.4 电机模块。电机模块选择是整个方案设计的关键，按照设计要求，需要有控制简易坦克车行驶和激光炮台旋转的两个电机。方案一:直流电机旋转速度高，启动转矩人，但由于存在机械触点，所以容易产生噪声而影响寿命，单独使用时不能完成位置控制。方案二:步进电机运动精确，适合于工作在平整的水平而上，控制简单、无积累误差。方案三:舵机它主要应用于航模系统中，由接收机发出信号给舵机，经由电路板上的1C判断转动方向，再驱动马达开始转动，动作精准、迅速。
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3、智能机器人在无人驾驶车中的运用
3.1 Prowler无人驾驶车。美国机器人防卫系统设计的Prowler无人驾驶的轮式样车是美军第一台“真正的”军用机器人样车。该防卫系统于1983年5月开始研制用在战场上的安全、警戒的机器人车辆。国防高级研究计划局于1984年5月投资，决定生产陆军用的Prowler无人驾驶车。Prowler是一种具有人工智能、全地形行驶的车辆。在治安方面，它除了探测警戒区的四周边界外，还对使用者提供评价与响应能力。它采用人工智能、遵循某种巡逻和治安模式，可立即探测被测领域的入侵者。车上安装对红外、地震、声控和雷达的传感器，能随时提醒、警告操作者对警戒区的注意力。操作者能通过电视系统和一定的响应对情况进行估计。
3.2 ROBAT遥控扫雷车。美国坦克机动车司令部研制一种ROBAT遥控扫雷车。美国机器人防卫系统为此设计了遥控装置。该遥控扫雷车定名为XM 1060型。XM1060型遥控扫雷车采用M 60A3型主战坦克底盘，但去掉了坦克的炮塔，该部位代之以两个贮放直列装药的装甲箱。XM 1060型遥控扫雷车远距离发射直列炸药并在地面爆炸，从而引起地雷爆炸。当扫雷车驶过该区时，车前安装的扫雷辊清除剩余地雷。遥控装置由电视摄象机、光学纤维电缆组成，操作者坐在操作台上进行遥控。当前，美军在阿伯丁试验场对XM 1060型遥控扫雷车进行了广泛试验，计划1986年2月完成后生产该遥控扫雷车142辆。
3.3 其它军用机器人车辆或机器人装置。ALV自主地面车，美国国防高级研究计划局、美军在弗吉尼亚州的陆军工程试验室同马丁•马林塔公司签订一项1700万美元合同，生产一种自主地面车。该车采用先进的人工智能、计算机与机器人技术。它可以通过观察、图象，按线路进行导航。预计到19 89年自主地面车将能避开大多数障碍物而独立运动，其越野速度为40公里/时(25英里/时)；英国研制URV-2履带式机器人车英国皇家军备研究与发展局(RARDE)正在研制机器.人车辆，称无人驾驶战场机动性示范车(UgMD)。该车采用了URV-2型宽履带式实验车底盘，将是一种自主式地面车，用于战场警戒、监视和后勤供应或作为假坦克目标出现在战场。该机器人车辆的优点是外形小、成本低，能在危险环境下使用。
4、测试数据及测试结果分析
4.1 测试方法与测试数据。基础部分:要求坦克从起点出发，沿引导轨迹快速到达终点。在寻迹跟踪的全过程中，观察坦克车寻迹质量，坦克车偏离基准线超出2cm后是否自动给出声光报警;注意坦克车遇到黑色短线后能否自动停车，给出声光指不信息并迅速瞄准射击，要求炮击时间大于2s，记录炮击的偏差和坦克车的行驶时间。
4.2 测试结果分析。测试结果分析:基本部分，小车能够在黑短线处停车，并且驱动舵机瞄准光源，激光打靶时间持续2s，发出声光报警全程耗时约30s左右，行进过程中，检测到基准偏离引导轨迹边缘距离到2cm，坦克自动给出声光报警，并迅速修正；发挥部分，坦克车在黑短线处不停车，行进过程中可以动态瞄准光源或射击后自动复位，激光打靶时间持续2s，并且可以发出声光报警全程耗时22s左右，但是瞄准精度有待提高；炮塔转动惯量配重为2508的。从测试结果分析，我们设计制作的系统可以实现基本部分及发挥部分的功能。
4.3 误差分析:由于人为读数存在误差，测试条件的非理想化，周围环境会有很多光源干扰，导致炮塔的光感不是很灵敏，因而出现射击不是很精确，达不到理论值。而且整个电路系统由于工制作完成，无法实现严格的阻抗匹配，布线无法避免线路之间以及外界磁场的干扰，干扰抑制还不够。
5、结束语
设计的坦克小车以EAZYARM1138为主控制器和光电传感器模块、光敏电阻模块、电机驱动模块、舵机驱动模块和激光发射模块六个部分能够实现快速寻迹，定点扫描光源对象打靶，算法简便，结构简单，经过实验证明该设计具有良好的鲁棒性和控制精度。
参考文献
[1]高吉祥、库锡树、徐欣等编著，全国人学生电子设计竞赛培训系列教程—基本技能训练与单元电路设计，北京:电子工业出版社.2015.
论文作者:高飞,邢西斋,崔天龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/20
标签：坦克车论文; 模块论文; 机器人论文; 车辆论文; 坦克论文; 系统论文; 方案论文; 《基层建设》2017年第30期论文;