智能车又叫轮式移动机器人
2020中考复习 物理知识点专项练习——专题十一:功和机械能(解析版)
2020中考复习物理知识点专项练习——专题十一:功和机械能考点一:功及其计算1.有人认为“推而不动”是因为推力太小造成的.如图所示,用100N的水平推力F去推一个在水平地面上重为500N的物体,物体静止不动.从力学角度分析,下列说法正确的是()A. 推力做了功B. 物体与地面间摩擦力的大小是400 NC. 推力F与物体和地面之间的摩擦力互为作用力与反作用力D. 要想用同样大的力推动,可尝试将几根圆木垫在物体下2.速度是表示物体运动快慢的物理量,它是用路程和时间的比值来定义的,下列物理量所采用的定义方法与速度不一样的是A. 比热容B. 功率C. 热值D. 功3.小明用200N的力将一个重5N的足球踢到20m远的地方,则小明对足球做的功是A. 100JB. 200JC. 4000JD. 无法确定4.如图,用F=20N的水平推力推着重为40N的物体沿水平方向做直线运动,若推力F对物体做了40J的功,则在这一过程中()A. 物体一定运动了2mB. 物体一定受到20N的摩擦力C. 重力做的功一定为80JD. 物体一定运动了4m5.如图,学校各教室都配置了饮水机,小芳将放置在地面上标有“16L”的一桶水安装到饮水机上,小芳所做的功最接近的是A. 60JB. 160JC. 260D. 360J6.全国第十三届运动会于2017年8月在天津市举行,如图是吉祥物“津娃”参加排球比赛.比赛过程中,跳发球是最具威力的发球方式,其动作要领可简化为“抛球、腾空、击球和落地”四个过程,其中运动员对排球做功的过程有A. 抛球和腾空B. 抛球和击球C. 腾空和击球D. 击球和落地7.在国际单位制中,功的单位是()A. WB. NC. JD. Pa8.如图所示,对物体没有做功的力是()A.吊车从地面吊起货物的力B. 马拉动原木的力C. 使火箭升空的力D. 小孩推车的力(车不动)9.如图甲所示,木块放在水平面上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块使其做直线运动,在相同水平面上两次拉动木块得到的s﹣t关系图象如图乙所示.第1、2两次弹簧测力计示数分别为F1、F2;速度分别为v1、v2;如果运动时间相同,拉力所做的功分别为W1、W2.下列判断正确的是()A. F1=F2;v1<v2;W1<W2B. F1<F2;v1<v2;W1<W2C. F1>F2;v1>v2;W1>W2D. F1=F2;v1>v2;W1>W210.如图所示,将一块1m长的木板一端架高0.4m,用50N沿木板的拉力把一个重为100N的小铁块从底端加速拉到顶端时,木板对小铁块的摩擦力可能是()A. 10NB. 15NC. 45ND. 55N11.下列说法正确的是()A. 运动的物体具有的能量叫做动能B. 甲乙二人同时登山,甲先到达山顶,则甲功率大C. 功就是能,因为它们的单位相同D. 用50N的水平力拉着重100N的小车沿着水平地面前进5m,则此过程拉力做的功比重力做的功多12.如图所示,高度为L、横截面积为s的物块浮在盛水的杯内,杯内水的高度恰好为L.已知杯子的横截面积为2s,水的密度为ρ0,物块的密度为ρ0,现用外力将物块按入水底,则外力所做的功至少是()A.316ρ0gsL2 B.14ρ0gsL2 C.516ρ0gsL2 D.18ρ0gsL213.在水平地面上并排铺有n块相同的均质砖块,如图甲,每块砖的质量为m,长为a,宽为b,厚为c.若要将这n块砖按图乙所示叠放在最左边的砖块上,则至少要给砖块做的功()14.如图所示,在“探究使用斜面是否少做些功”的实验过程中,小丽同学所在的实验小组记录的数据如表所示.(1)小丽对数据的可靠性分析、评估时发表第_____组数据记录有误.小丽做出这种判断的依据是_____.(2)为了实验结果的准确可靠,必须沿斜面方向_____拉动小车,并在拉动的过程中读出拉力的大小.假如不是沿着斜面方向拉动小车就会使测出的拉力_____(选填:“偏大”、“偏小”或“不变”).(3)在前面探究的基础上,小丽等同学用木块替代小车进行实验,发现计算出来的“Fs”和“Gh”差距较大.请你解释这种现象?_________15.如图甲所示,质地均匀的圆柱形金属块在细绳竖直向上拉力的作用下,从容器底部开始以恒定的速度V=0.1m/s 上升到离开水面一定的高度处,图乙是绳子拉力F 随时间t 变化的图象,不考虑液面变化,g 取10N/㎏,结合图象信息求:(1)金属块完全脱离水面后,钢丝绳的拉力3s 对物体所做的功是多少?_______ (2)金属块未露出水面前,液体对容器底的压强多大?________ (3)求金属块浸没在水中所受的浮力及金属块的密度?___________考点二:功率及其计算1.下列单位中,不属于功率的单位的是( ) A. 伏•安B. 牛•米/秒C. 千瓦时D. 瓦2.春游时,小明和小红决定爬山比赛,他们同时出发,结果又同时到达山顶.想判断谁的功率大,还需知道的物理量是( ) A. 山的高度B. 二人的体重C. 爬山的时间D. 二人身高3. 下列关于功率的说法中,正确的是( ) A. 做功越多的则功率越大B. 功率越大的机械,其效率越高C. 功率越大的机械越省力D. 功率越小的机械做功不一定少4.关于功率概念的理解,下列说法中正确的是A. 功率大的机械做的功多B. 功率大的机械做功时用的时间少C. 单位时间内完成的功越多,则功率越大D. 机械功率越大,其机械效率越大5.为了迎接体育中考,很多男生加强了引体向上的训练,如果想粗略测量某位同学引体向上运动的功率时,下列物理量不需要测量的是A. 小明的质量B. 单杠的高度C. 每次身体上升的高度D. 做引体向上的时间6.功率相等的两辆汽车,在相等的时间内匀速通过的距离之比是2:1,则A. 两辆汽车的牵引力之比是1:2B. 两辆汽车的牵引力之比是2:1C. 两辆汽车所做的功之比是1:2D. 两辆汽车所做功之比是2:17.拖拉机在田野里耕地时,一般都走得很慢,这是为了A. 保证耕地质量B. 获得较大的牵引力C. 节能燃油D. 保证安全8.如甲图所示,小明用弹簧测力计水平拉木块,使它先后两次沿水平木板滑动相同的距离,乙图是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图象.下列说法错误的是A. 两次木块都做匀速直线运动B. 两次木块受到的摩擦力一样大C. 两次拉力对木块做的功一样多D. 两次拉力对木块做功的功率一样大9.“五一“假期,小林和爸爸一起去登红山,小林用了15min登到山顶,爸爸用了20min登上了山顶,爸爸的体重是小林的1.5倍,则小林与爸爸的登山功率之比为A. 9:8B. 8:9C. 1:2D. 2:110.甲、乙两辆汽车在水平公路上行驶,它们的牵引力F甲∶F乙=3∶1,速度V甲∶V乙=4∶1,车重G甲∶G=2∶1,则在相等时间内牵引力做的功W甲∶W乙为乙A. 3∶1B. 6∶1C. 12∶1D. 24∶111.已知雨滴在空中竖直下落时所受空气阻力与速度大小的二次方成正比,且不同质量的雨滴所受空气阻力与速度大小的二次方的比值相同.现有两滴质量分别为m1和m2的雨滴从空中竖直下落,在落到地面之前都已做匀速直线运动,那么在两滴雨滴落地之前做匀速直线运动的过程中,其重力的功率之比为()A. m1:m2B. :C. :D. :12.学习了功率的知识后,小科和几位同学准备做“估测上楼时的功率”的活动:(1)他需要的测量工具分别是:测量身体质量m的磅秤、测量爬楼的高度h的_______和测量时间t的_______(填写测量器材).(2)利用所测物理量计算功率的表达式是P=______.(用上述符号表达)(3)测得小科的质量是50kg,他从一楼登上三楼(每层楼高3m)用了20s的时间,则小明登楼的功率是_______W(g取10N/kg).13.无人驾驶汽车是智能汽车的一种,也称为轮式移动机器人,主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶.如图所示,一款质量为2t的无人驾驶汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶了20min,无人驾驶汽车在这个过程中的功率为4×104W.求在这段时间内(g取10N/kg):(1)无人驾驶汽车对平直公路的压力;(2)无人驾驶汽车行驶的距离;(3)无人驾驶汽车的牵引力.考点三:机械能的转化与守恒1.关于能的概念,下列说法中错误的是A. 一个物体能够做功越多,这个物体具有的能量越多B. 动能、势能及机械能的单位都是焦耳C. 用线悬挂着的静止的小球没有做功,所以小球没有能D. 甲物体的速度比乙物体的速度大,但甲物体具有的动能不一定比乙物体多2.据悉,2017深圳国际马拉松赛将于12月3日上午在宝安进行.当马拉松运动员加速冲刺时,运动员的()A. 动能增大B. 惯性增大C. 所受重力增大D. 运动状态不变3.篮球场上,运动员练习投篮,篮球划过一条漂亮的弧线落入篮筐,球的轨迹如图中虚线所示,从篮球出手到落入篮筐的过程中,篮球的重力势能A. 一直增大B. 一直减小C. 先减小后增大D. 先增大后减小4. 2017年4月20日,我国首艘货运飞船“天舟一号”在海南文昌航天发射中心由长征七号遥二运载火箭发射升空,并于4月27日成功完成与“天宫二号”的首次推进剂在轨补加实验.则下列说法正确的是()A. “天舟一号”加速上升时,其机械能总量保持不变B. “天舟一号”加速上升时,其惯性逐渐增大C. “天舟一号”给“天宫二号”进行推进剂补加时,它们处于相对静止状态D. “天宫二号”在轨运行时,处于平衡状态5.下列实例中,机械能守恒的是()A. 电梯匀速上升B. 小孩从斜面匀速下滑C. 降落伞在空中减速下降D. 离弦的箭在空中飞行(不计空气阻力)6.下列关于能量转化的说法正确的是A. 汽车匀速上坡时,动能转化为重力势能B. 燃料燃烧过程中化学能主要转化为内能C. 太阳能电池将太阳能转化为光能D. 电风扇正常工作时,电能主要转化为内能7.如图是“天宫一号”飞行器运行轨道的示意图;若“天宫一号”飞行器沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒,则它从远地点向近地点运行的过程中动能________,重力势能________(填“变大”、“变小”或“不变”),在近地点时速度最_____.8.以同样速度行驶的大卡车和小轿车,_____的动能大,所以在同样的道路上,不同车型的限制车速是不同的,大卡车的最大行驶速度应比小轿车_____(填“大”或“小”).9.极限跳伞是一项惊险的体育运动.如图,跳伞员从3600m高空跳下,一段时间后打开降落伞,开始做减速运动.下落过程中,其重力势能将_______ (选填"增大“、“减小"或"不变").减速下降时,跳伞员及降落伞所受的阻力_______(选填"大于”、“等于"或”小于")他们的重力.若跳伞员看到地面"迎面扑来“,则他是以_______为参照物的.10. 下列情况中的物体具有什么形式的机械能?(1)在海面上行驶的船具有.(2)被拉伸的橡皮筋具有.(3)被拦河坝挡住的上游河水具有.(4)站在下行电梯里的乘客具有.11.如图是皮球落地后弹跳过程中,每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片.A、B是同一高度的两点,则A点的重力势能 B点的重力势能(大于/小于/等于);A点的机械能 B点的机械能(大于/小于/等于);A点的速度 B点的速度(大于/小于/等于).12.我国计划于今年发射神舟十一号载人飞船和天宫二号空间实验室,长征五号和长征七号运载火箭也将进行首飞.飞船在升空过程中,它的机械能_____(选填“增大”或“减小”);在穿越大气层时,飞船克服摩擦,将部分机械能转化为_____.2020中考复习物理知识点专项练习——专题十一:功和机械能参考答案考点一:功及其计算1.有人认为“推而不动”是因为推力太小造成的.如图所示,用100N的水平推力F去推一个在水平地面上重为500N的物体,物体静止不动.从力学角度分析,下列说法正确的是()A. 推力做了功B. 物体与地面间摩擦力的大小是400 NC. 推力F与物体和地面之间的摩擦力互为作用力与反作用力D. 要想用同样大的力推动,可尝试将几根圆木垫在物体下【答案】D【解析】解:A、用水平推力推水平地面上的物体,没有推动,物体在力的方向上没有通过一段距离,推力没有做功,故A错误;B、物体处于平衡状态,受平衡力,平衡力大小相等,故摩擦力大小为100 N,故B错误;C、摩擦力与水平推力为一对平衡力,作用在同一物体上,不是相互作用力(作用在两个物体上),故C错误;D、垫上几根圆木将滑动摩擦变为滚动摩擦,可使物体受到的摩擦力变小,故D正确.故选D.2.速度是表示物体运动快慢的物理量,它是用路程和时间的比值来定义的,下列物理量所采用的定义方法与速度不一样的是A. 比热容B. 功率C. 热值D. 功【答案】D【解析】比热容是物质本身的属性,只与物质的种类和状态有关,不是用比值来定义的;功率表示做功的快慢的物理量,它是用功和时间的比值来定义的;热值是物质本身的属性,只与物质的种类有关;功等于力和物体在力的方向上通过的距离的乘积,不是用比值来定义的;故应选B.3.小明用200N的力将一个重5N的足球踢到20m远的地方,则小明对足球做的功是A. 100JB. 200JC. 4000JD. 无法确定【答案】D【解析】功等于力与物体在力的方向上通过距离的乘积,小明用200N的力将一个重5N的足球踢到20m远的地方,球受到小明的踢力为200N但不知球在力的作用下移动距离,离开小明的脚后,由于惯性球继续向前运动,但此时球不在受到小明对球施加的力,故小明对足球做的功是无法确定的,答案选D.4.如图,用F=20N的水平推力推着重为40N的物体沿水平方向做直线运动,若推力F对物体做了40J的功,则在这一过程中()A. 物体一定运动了2mB. 物体一定受到20N的摩擦力C. 重力做的功一定为80JD. 物体一定运动了4m【答案】A【解析】根据W=Fs可得,物体沿水平方向运动的距离:s=W/F=40J/20N=2m,故A正确,D错误;用F=20N的水平推力推着重为40N的物体沿水平方向做直线运动,没有说是匀速直线运动,故摩擦力不一定是20N,故B错误;物体在重力的方向没有移动距离,故重力做的功为0,故C错误;故应选A.5.如图,学校各教室都配置了饮水机,小芳将放置在地面上标有“16L”的一桶水安装到饮水机上,小芳所做的功最接近的是A. 60JB. 160JC. 260D. 360J【答案】B【解析】水的体积为:V=16L=0.016m3;水的质量为:m=ρV=1.0×103kg/m3×0.016m3=16kg;其重力为:G=mg =16kg×10N/kg=160N;饮水机的高度约为:h=1m;故做功为:W=Gh=160N×1m=160J;故ACD错误;B 正确;故选B.6.全国第十三届运动会于2017年8月在天津市举行,如图是吉祥物“津娃”参加排球比赛.比赛过程中,跳发球是最具威力的发球方式,其动作要领可简化为“抛球、腾空、击球和落地”四个过程,其中运动员对排球做功的过程有A. 抛球和腾空B. 抛球和击球C. 腾空和击球D. 击球和落地【答案】B【解析】抛球时,人对球有力,且在力的方向上有距离,故运动员对排球做功;腾空时,人与排球间没有力的作用,故运动员对排球没有做功;击球时,人对排球施加向下的力,且排球运动方向向下,故运动员对排球做功;落地时,人与排球间没有力的作用,故运动员对排球没有做功.故选B.7.在国际单位制中,功的单位是()A. WB. NC. JD. Pa【答案】C【解析】在国际单位制中,A. 瓦特(W)是功率的单位,不符合题意;B. 牛顿(N)是力的单位,不符合题意;C. 焦耳(J)是功和能量的单位,符合题意;D. 帕斯卡(Pa)是压强的单位,不符合题意.故选C.8.如图所示,对物体没有做功的力是()A.吊车从地面吊起货物的力B. 马拉动原木的力C. 使火箭升空的力D. 小孩推车的力(车不动)【答案】D【解析】A. 吊车从地面吊起货物,吊车给货物一个向上的力,货物向上移动了距离,吊车给货物的力对货物做功.不符合题意.B. 马拉原木时,马给原木一个向前的力,原木向前移动了距离,马给原木的力对原木做功.不符合题意.C. 使火箭升空的力向上,火箭向上移动了距离,使火箭升空的力对火箭做功.不符合题意.D. 小孩推车时,小孩给车一个向前的力,车向前没有移动距离,小孩的推力没有做功.符合题意.故选D.9.如图甲所示,木块放在水平面上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块使其做直线运动,在相同水平面上两次拉动木块得到的s﹣t关系图象如图乙所示.第1、2两次弹簧测力计示数分别为F1、F2;速度分别为v1、v2;如果运动时间相同,拉力所做的功分别为W1、W2.下列判断正确的是()A. F1=F2;v1<v2;W1<W2B. F1<F2;v1<v2;W1<W2C. F1>F2;v1>v2;W1>W2D. F1=F2;v1>v2;W1>W2【答案】A【解析】由图乙可知,木块两次都做匀速直线运动,同一木块放在同一水平面上,压力不变、接触面的粗糙程度不变,所以两次木块受到的滑动摩擦力相等,则两次对应的弹簧测力计示数相等,即F1=F2;由图乙可知,相同时间内第1次木块运动的距离较小,则第1次木块的运动速度小于第2次木块的运动速度,即v1<v2;由前面分析可知,两次木块受到的拉力相等,运动时间相同时第1次木块运动的距离较小,由W=Fs可知,第1次拉力所做的功较少,即W1<W2;综上所述,BCD错误,A正确.故选A.10.如图所示,将一块1m长的木板一端架高0.4m,用50N沿木板的拉力把一个重为100N的小铁块从底端加速拉到顶端时,木板对小铁块的摩擦力可能是()A. 10NB. 15NC. 45ND. 55N【答案】A【解析】有用功:W有用=Gh=100N×0.4m=40J,总功:W总=Fs=50N×1m=50J,则额外功:W额外=W总-W有用=50J-40J=10J,克服摩擦力所做的功为额外功,由公式W=Fs=fs得,木板对小铁块的摩擦力为f=10J1mWL额==10N.故选A.11.下列说法正确的是()A. 运动的物体具有的能量叫做动能B. 甲乙二人同时登山,甲先到达山顶,则甲的功率大C. 功就是能,因为它们的单位相同D. 用50N的水平力拉着重100N的小车沿着水平地面前进5m,则此过程拉力做的功比重力做的功多【答案】D【解析】物体由于运动而具有的叫作动能,故A错误;甲乙二人同时登山,甲先到达山顶,表明甲用的时间少,虽然上升的高度相同,当不能确定甲乙二人的重力大小,就无法比较做功的大小,从而无法判定功率的大小,故B错误;功和能是两个不同的物理量,功是过程量,能使状态量,所以不能说能就是功,功就是能,虽然单位相同,但物理意义不同,故C错误;用50N的水平力拉着重100N的小车沿着水平地面前进5m,拉力做了功,而重力没有做功,故则此过程拉力做的功比重力做的功多,故D正确;故应选D.12.如图所示,高度为L、横截面积为s的物块浮在盛水的杯内,杯内水的高度恰好为L.已知杯子的横截面积为2s,水的密度为ρ0,物块的密度为ρ0,现用外力将物块按入水底,则外力所做的功至少是()A.316ρ0gsL2 B.14ρ0gsL2 C.516ρ0gsL2 D.18ρ0gsL2【答案】A 【解析】物块重心降低12L,物块重力做功W1=12ρ0gSL12L=14ρ0gSL2;设用外力将物块按入水底后,杯内水的高度为L′,则2SL′=2SL+S 12L,解得L′=54L,在末状态,水面高出物块上表面14L,这相当于原来初状态图示中物块下面的那部分水全部升至末态的物块之上,这部分水(ρ0×0.5LS)升高了(1.125−0.25)L=0.875L,其重力势能增加△W=ρ0×0.5LSg×0.875L,减去物块减小的重力势能W1=12ρ0×SL×2L,即为外力至少做的功W=△W−W1=ρ0×0.5LSg×0.875L−12ρ0×SLg×3216L=ρgSL2故选A.13.在水平地面上并排铺有n块相同的均质砖块,如图甲,每块砖的质量为m,长为a,宽为b,厚为c.若要将这n块砖按图乙所示叠放在最左边的砖块上,则至少要给砖块做的功()【答案】A【解析】利用W=Gh,求出对每一块砖所做的功,∵第一块砖提升高度为:h1=0,第二块砖提升高度为:h2=c,第三块砖提升高度为:h3=2c,… ,第n块砖提升高度为:h n=(n-1)c,∴对第一块砖所做的功为:W1=Gh1=mg×0=0,对第二块砖所做的功为:W2=Gh2=mg×c=mgc,对第三块砖所做的功为:W3=Gh3=mg×2c=2mgc,…,对第n块砖所做的功为:W n=Gh n=mg×(n-1)c=(n-1)mgc,∴W总=W1+W2+W3+…+W n=0+mgc+mg2c+…+(n-1)mgc=〔1+2+…+(n-1)〕mgc=n n12-()mgc.14.如图所示,在“探究使用斜面是否少做些功”的实验过程中,小丽同学所在的实验小组记录的数据如表所示.(1)小丽对数据的可靠性分析、评估时发表第_____组数据记录有误.小丽做出这种判断的依据是_____.(2)为了实验结果的准确可靠,必须沿斜面方向_____拉动小车,并在拉动的过程中读出拉力的大小.假如不是沿着斜面方向拉动小车就会使测出的拉力_____(选填:“偏大”、“偏小”或“不变”).(3)在前面探究的基础上,小丽等同学用木块替代小车进行实验,发现计算出来的“Fs”和“Gh”差距较大.请你解释这种现象?_________【答案】 (1). 3 (2). 沿着斜面将物体拉上去所做的功,比直接将物体升高做的功要少 (3). 匀速 (4). 偏大 (5). 见解析【解析】(1)由表中实验数据可知,第三组实验数据中,有用功Gh大于总功Fs,这是不可能的,因此第三组实验数据错误;(2)为了实验结果的准确可靠,必须沿斜面方向匀速拉动小车;假如不是沿着斜面方向拉动小车就会使测出的拉力偏大;(3)若用木块替代小车进行实验,此时木块与斜面的摩擦力为滑动摩擦力,所以用斜面时拉力做的功明显大于直接克服物体的重力做的功.15.如图甲所示,质地均匀的圆柱形金属块在细绳竖直向上拉力的作用下,从容器底部开始以恒定的速度V=0.1m/s上升到离开水面一定的高度处,图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象,不考虑液面变化,g取10N/㎏,结合图象信息求:(1)金属块完全脱离水面后,钢丝绳的拉力3s 对物体所做的功是多少?_______ (2)金属块未露出水面前,液体对容器底的压强多大?________ (3)求金属块浸没在水中所受的浮力及金属块的密度?___________【答案】(1)由图象乙读出金属块完全脱离水面后钢丝绳的拉力F =G =54N ,由v =st得钢丝绳的拉力3s 移动距离:s =vt =0.1m/s ⨯3s =0.3m ,钢丝绳的拉力3s 对物体所做的功:W =Fs =54N ⨯0.3m =16.2J ;(2)由图乙可知,金属块未露出水面前在水中运动的时间t ′=2s ,金属块向上移动的距离:s ′=vt ′=0.1m/s ⨯2s =0.2m ,由图乙BC 段可知,金属块露出水面所用时间t ″=2s ,则金属块的高度:h =s ″=vt ″=0.1m/s ⨯2s =0.2m ,所以水的深度:H =h +s ′=0.2m +0.2m =0.4m 对容器底的压强p =ρgH =1⨯103kg/m 3⨯10N/kg ⨯0.4m =4000Pa ,(3)由图象乙可知,金属块的重力G =54N,金属块浸没在水中时的拉力F ′=34N ,金属块浸没在水中所受的浮力F 浮=G −F ′=54N −34N =20N ;由F 浮=ρ水gV 排得金属块的体积:V =V 排=320Ng 1103kg /m 10N /kgF 浮水=ρ⨯⨯ =2×10−3m 3,由G =mg =ρVg 得金属块的密度:ρ=3354N Vg 210m 10N /kgG -⨯⨯= =2.7⨯103kg/m 3 考点二:功率及其计算1.下列单位中,不属于功率的单位的是( ) A. 伏•安 B. 牛•米/秒C. 千瓦时D. 瓦【答案】C 【解析】A. 由电功率的计算公式P=UI可知,伏是电压的单位,安是电流的单位,伏安就是瓦,是电功率的单位,不符合题意;B. 由功的计算公式W=Fs可知,牛⋅米是功的单位,即焦耳,秒是时间的单位,所以牛⋅米/秒是功率的单位,不符合题意;C. 由电功的计算公式W=Pt可知,千瓦是功率的单位,小时是时间的单位,千瓦时是电功的单位,符合题意;D. 在国际单位制中,功率的单位是瓦,不符合题意.故选C.2.春游时,小明和小红决定爬山比赛,他们同时出发,结果又同时到达山顶.想判断谁的功率大,还需知道的物理量是()A. 山的高度B. 二人的体重C. 爬山的时间D. 二人身高【答案】B【解析】爬上比赛,克服人的重力做功,爬山功率P=GhWt t=,他们同时出发,结果又同时到达山顶,说明登山时间是相同的,要比较功率还要知道二人的体重.故选B.3. 下列关于功率的说法中,正确的是()A. 做功越多的则功率越大B. 功率越大的机械,其效率越高C. 功率越大的机械越省力D. 功率越小的机械做功不一定少【答案】D【解析】解:A、功率的大小同时取决于做功多少和所用时间.没有涉及到做功时间,所以做功越多的则功率不一定越大,故A不正确;B、机械的功率越大,表示机械做功越快,但有用功与总功的比例不一定高,故B说法不正确;C、机械省力不省力与功率没有关系,故C说法不正确;D、机械做功的多少与功率和所用时间有关,功率小,做功时间不一定短,所以的机械做功不一定少,故D 正确.故选D.4.关于功率概念的理解,下列说法中正确的是A. 功率大的机械做的功多B. 功率大的机械做功时用的时间少C. 单位时间内完成的功越多,则功率越大D. 机械功率越大,其机械效率越大【答案】C【解析】A、由公式PWt=可得W Pt=,所以做功的多少不仅与功率有关还与时间有关,故A错误;B、由公式PWt=可得tWP=,所以做功时用的时间不仅与功率有关还与功有关,故B错误;C、物体单位时间内所做的功叫功率,所以单位时间内完成的功越多,则功率越大,所以C选项是正确的;D、机械功率越大,说明机械做功越快,机械效率是指有用功与总功的比值,两者没有必然的联系,故D错误;所以C选项是正确的.5.为了迎接体育中考,很多男生加强了引体向上的训练,如果想粗略测量某位同学引体向上运动的功率时,下列物理量不需要测量的是A. 小明的质量B. 单杠的高度C. 每次身体上升的高度D. 做引体向上的时间【答案】B【解析】。
智能小车本科毕业论文
随着社会各行各业的迅速发展,根据人类的需求出现了各种各样的智能机器人、智能车。
智能小车又称为移动式机器人,是一个多种高新技术的集成体,它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识,伴着我国科学技术的进步,智能化和自动化技术越来越普及,各种高科技也广泛应用于智能车等制造领域,使智能车越来越多样化。
根据不同的需求便出现了各种功能的智能小车。
本设计是以AT89C52单片机为核心的智能车的设计,系统主要由红外检测模块、单片机最小系统模块、电机控制模块、电源模块组成。
其中电源模块由四节1.5V电池组成,经过7805稳压电路输出5V的稳定电压;红外检测模块包括两只红外反射式对管TCRT5000;最小系统模块主要包括AT89C52单片机和其外围电路;电机模块包括两个减速直流电机及其附属减速箱和两个电机驱动控制芯片L298N。
软件部分由C语言编程,实现对各部分的处理和控制。
该智能车可以实现自动避障、避障的功能。
整个系统结构简单,运行高效。
关键词:智能小车避障 AT89C52 L298N电机驱动With the rapid development of all sectors of society, based on human needs emergence of a variety of intelligent robots, intelligent vehicles. Smart car, also known as mobile robots, is a multi-tech integrated body, which combines mechanical, electronics, sensors, computer hardware, software, artificial intelligence, and many other disciplines of knowledge, accompanied by China's scientific and technological progress, intelligent and automation technology is becoming increasingly popular, is also widely used in various high-tech smart car and other manufacturing fields, make the smart car more and more diverse. Depending on the needs of the various functions will appear smart car.The design is based on AT89C52 microcontroller as the core of the intelligent vehicle design, the system mainly consists of infrared detection module, the smallest single-chip system module, motor control module, power module. Wherein the power supply module consists of four 1.5V batteries composed after 7805 5V regulator circuit output stable voltage; infrared detector module includes two infrared reflective of the tube TCRT5000; minimum system module includes AT89C52 microcontroller and its peripheral circuits; motor module includes two DC motors and its subsidiary reducer gearbox and two motor drive control chip L298N. Software part by the C programming language, to achieve the various parts of the processing and control. The smart car can automatically avoid obstacles, obstacle avoidance function. The whole system is simple, efficient operation.Key words:Intelligent car Obstacle avoidance Remote control AT89C52目录目录 (i)前言 (1)1绪论 (2)1.1 智能小车的研究现状及发展趋势 (2)1.1.1 智能小车的研究现状 (2)1.1.2 智能小车的发展趋势 (2)1.2 本文的结构 (3)2 系统总体方案设计 (5)2.1 系统各部分设计方案 (5)2.1.1 单片机型号的选定 (5)2.1.2 直流电机驱动芯片的选定 (6)2.1.3 红外对管的选定 (8)2.2 总体方案设计 (9)2.3 智能小车的基本介绍 (9)2.3.1 智能小车的基本结构 (10)2.3.2智能小车的基本功能及原理 (10)3硬件设计 (11)3.1系统硬件结构图 (11)3.2 单片机主控单元的设计 (11)3.2.1 单片机引脚说明 (11)3.2.2 AT89C52最小系统设计 (16)3.3红外检测单元设计 (17)3.4 电机驱动单元设计 (21)3.5 系统总体原理图 (22)3.6 硬件抗干扰设计 (23)3.6.1 电源干扰的抑制 (23)3.6.2 信号通道干扰的抑制 (23)4系统软件设计 (25)4.1主程序设计 (26)4.2 红外检测模块程序设计 (27)4.3 电机驱动模块程序设计 (28)4.4 系统软件抗干扰设计 (29)5系统仿真 (31)5.1系统在proteus的仿真 (31)5.2仿真总结与问题补充 (31)5.2.1仿真总结 (32)5.2.2问题补充 (32)结论 (33)致谢................................................................................ 错误!未定义书签。
轮式移动机器人研究综述
参考内容
内容摘要
随着科技的快速发展,轮式移动机器人已经成为现代机器人研究的一个重要 领域。作为一种可以在地面或者水面上自由移动的自动化设备,轮式移动机器人 被广泛应用于生产制造、物流运输、医疗健康、航空航天、服务娱乐等各个领域。 本次演示将对轮式移动机器人的研究历史、现状以及未来的发展趋势进行综述。
轮式移动机器人研究综述
目录
01 摘要
03
轮式移动机器人技术 综述
02 引言
04
轮式移动机器人市场 前景综述
目录
05 轮式移动机器人应用 案例综述
07 参考内容
06 结论
摘要
摘要
轮式移动机器人因其具有移动灵活、适应复杂环境的能力而受到广泛。本次 演示对轮式移动机器人的研究现状、发展趋势和未来应用进行综述,涉及的关键 字包括:轮式移动机器人、研究现状、发展趋势、未来应用、机械臂、电子控制 系统、传感器等。
轮式移动机器人应用案例综述
轮式移动机器人应用案例综述
1、医疗领域:在医疗领域,轮式移动机器人已经得到了广泛应用。例如,国 内某医院采用了菜鸟物流机器人的配送服务,实现了药品、标本和资料的快速送 达,提高了医疗工作效率。此外,还有利用轮式移动机器人进行手术操作、病人 照护和药物配送等应用案例。
轮式移动机器人应用案例综述
2、电子控制系统:电子控制系统是轮式移动机器人的核心部件,用于实现对 其运动轨迹、速度和姿态等的高效控制。目前,研究者们正在致力于开发更加高 效、稳定的电子控制系统,并采用先进的控制算法以提高机器人的运动性能和稳 定性。
轮式移动机器人技术综述
3、传感器:传感器在轮式移动机器人中起着至关重要的作用,用于感知周围 环境、判断自身状态以及实现自主导航。目前,研究者们正在研究新型传感器技 术,以提高机器人的感知能力和适应能力。例如,利用激光雷达技术实现精确的 环境建模和避障;同时,研究多种传感器的融合方法,以提高机器人的感知能力 和鲁棒性。
轮式移动机器人动力学建模与运动控制技术
WMR具有结构简单、控制方便、运动灵活、维护容易等优点,但也存在一些局限性,如对环境的适应性、运动稳定性、导航精度等方面的问题。
轮式移动机器人的定义与特点特点定义军事应用用于生产线上的物料运输、仓库管理等,也可用于执行一些危险或者高强度任务,如核辐射环境下的作业。
工业应用医疗应用第一代WMR第二代WMR第三代WMRLagrange方程控制理论牛顿-Euler方程动力学建模的基本原理车轮模型机器人模型控制系统模型030201轮式移动机器人的动力学模型仿真环境模型验证性能评估动力学模型的仿真与分析开环控制开环控制是指没有反馈环节的控制,通过输入控制信号直接驱动机器人运动。
反馈控制理论反馈控制理论是运动控制的基本原理,通过比较期望输出与实际输出之间的误差,调整控制输入以减小误差。
闭环控制闭环控制是指具有反馈环节的控制,通过比较实际输出与期望输出的误差,调整控制输入以减小误差。
运动控制的基本原理PID控制算法模糊控制算法神经网络控制算法轮式移动机器人的运动控制算法1 2 3硬件实现软件实现优化算法运动控制的实现与优化路径规划的基本原理路径规划的基本概念路径规划的分类路径规划的基本步骤轮式移动机器人的路径规划方法基于规则的路径规划方法基于规则的路径规划方法是一种常见的路径规划方法,它根据预先设定的规则来寻找路径。
其中比较常用的有A*算法和Dijkstra算法等。
这些算法都具有较高的效率和可靠性,但是需要预先设定规则,对于复杂的环境适应性较差。
基于学习的路径规划方法基于学习的路径规划方法是一种通过学习来寻找最优路径的方法。
它通过对大量的数据进行学习,从中提取出有用的特征,并利用这些特征来寻找最优的路径。
其中比较常用的有强化学习、深度学习等。
这些算法具有较高的自适应性,但是对于大规模的环境和复杂的环境适应性较差。
基于决策树的路径规划方法基于强化学习的路径规划方法决策算法在轮式移动机器人中的应用03姿态与平衡控制01传感器融合技术02障碍物识别与避障地图构建与定位通过SLAM(同时定位与地图构建)技术构建环境地图,实现精准定位。
汽车自动驾驶基础知识
汽车自动驾驶基础知识
自动驾驶技术,是一种通过车载电脑系统实现无人驾驶的智能汽车系统,又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、轮式移动机器人。
以下是关于汽车自动驾驶的基础知识:
1、驾驶辅助
系统根据环境信息执行转向和加减速中的一项操作,其他驾驶操作都由人完成。
2、部分自动驾驶
系统根据环境信息执行转向和加减速操作,其他驾驶操作都由人完成。
3、有条件自动驾驶
系统完成所有驾驶操作,根据系统请求,驾驶员需要提供适当的干预。
4、高度自动驾驶
系统完成所有驾驶操作,特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求,驾驶员可以对系统请求不进行响应。
5、完全自动驾驶
系统可以完成驾驶员能够完成的所有道路环境下的操作,不需要驾驶员介入。
无人驾驶汽车国内外研究概况
无人驾驶汽车国内外研究概况无人驾驶车辆,又称为无人车、自主车、智能车辆、室外轮式移动机器人等,涉及认知科学、涉及认知科学、人工智能、人工智能、人工智能、机器人技术与车辆工程等交叉学科,机器人技术与车辆工程等交叉学科,机器人技术与车辆工程等交叉学科,是各种新兴技术是各种新兴技术的综合试验床与理想载体,也是当今前沿科技的重要发展方向。
它既包括理论方法与关键技术的突破,也涉及到大量的工程与试验问题,其重大研究意义不仅体现在所包含的核心科学问题上,同时又反映在其重大应用前景与战略价值上,社会关注度极高。
从二十世纪的50年代起,美英德等西方国家已经开始了无人驾驶汽车的研究工作,并且在无人车的控制和商用化方面取得了一定的进展。
在汽车工业非常发达的德国,各大汽车公司都资助或联合了高等院校以开发可在普通道路上行驶的无人车。
目前,欧盟已经开启了一个名为CyberCars 的无人车项目,以推动无人车的研究和各国间的信息共享。
在二十世纪的80年代,我国部分大学开始了无人驾驶汽车的研究工作,但是虽然起步较晚且投入不足,但也取到了一定的成果。
目前从事这方面研究工作的主要是国防科技大学、军事交通学院以及清华大学等科研院所。
1 国外无人驾驶车辆研究现状1.1 美国美国于上世纪50年代开始对无人驾驶车辆进行研究,在1980年左右其技术得到高速发展。
上世纪八十年代,美国陆军开始与国防高级研究计划局(DARPA )进行合作,开展了自主地面车辆开展了自主地面车辆((A VL )项目。
1995年由卡耐基梅隆大学研制的Navlab-V 智能车,完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。
美国国防部门在上世纪九十年代末开始进行DEMO 系列无人驾驶车辆的研制,总共研制出了十代DEMO 无人车。
从2004年开始到2007年,美国国防高级研究计划局(DARPA )举办了3次无人驾驶车辆比赛,主要为了考察在复杂环境下无人驾驶车辆的自主行驶能力。
2004年3月在美国西部的莫哈维沙漠月在美国西部的莫哈维沙漠((Mojave Desert )举办了首届DARPA 挑战赛——崎岖地形大挑战。
AGV介绍
• 定位(localization): 机器人必须知 道自己在 环境中位置。
• 建图(mapping): 机器人必须记录 环境中特 征的位置(如果知道自 己的位置)
• SLAM: 机器人在定位的同时建 立环境地图
• 其基本原理是运过概率统计的方 法,通过多特征匹配来达到定位 和减少定位误差的。
• Sk表示传感器测试获取数据,Mk-1表示 第K-1时刻的局部地图,Rk表示K时刻机 器人的位姿。
• 激光导引
• 激光导引有两种模式:一种是在 AGV行驶路径的周围安装位置精确 的激光发射板,AGV通过发射激光 束,同时采集由反射板反射的激光 束,来确定其当前的位置和方向, 并通过连续的三角几何运算来实现 AGV的导引。
激光头 探测反光板 测定角度和距离
反光板 安装在墙上或设备上 扁平或圆形
• 另一种是基于二维码的图像识别方法, 利用摄像头扫描地面二维码,通过扫 码定位技术实现路径导航。
关于SLAM的认识
• SLAM指的是机器人在自身位置不确定的条件下,在完全未知环境中创建地图,同 时利用地图进行自主定位和导航。
• SLAM问题可以描述为: 机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动 过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位,同时建造增量式地图。
Sk:传感器测量
一致性检查, 局部估测模型Mk-1
定位
创建 地图
Rk
Mk
南江机器人的IAGV
麦克纳姆轮
• 麦克纳姆轮是瑞典麦克纳姆公司的专利。这种全方位移动方式是基于一个有许 多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上,这些成角度的周边轮轴把一部分的 机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。
• 依靠各自机轮的方向和速度,这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个 合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动,而不 改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子,故轮子可以横向 滑移。小滚子的母线很特殊,当轮子绕着固定的轮心轴转动时,各个小滚子的 包络线为圆柱面,所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑,运动 灵活,是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合,可以更灵活方 便的实现全方位移动功能。
简要分析汽车无人驾驶技术
简要分析汽车无人驾驶技术简要分析汽车无人驾驶技术摘要:分析了当今无人驾驶汽车技术较强的公司的研究现状,并对未来的发展做了展望。
关键词:无人驾驶汽车;人工智能;发展现状;综述一.无人驾驶简介[1]互联网技术的迅速发展给汽车行业带来了崭新的变革。
无人驾驶汽车大大提高了交通系统的效率和安全性。
[2]无人驾驶汽车是智能汽车的一种,也称为轮式移动机器人,主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目的。
据汤森路透知识产权与科技最新报告显示,20XX年到20XX年间,与汽车无人驾驶技术相关的发明专利超过22,000件,并且在此过程中,部分企业已崭露头角,成为该领域的行业领导者。
二.无人驾驶技术发展历程汽车行业的发展至今也不过百余年的历史,但是从第一辆蒸汽汽车到第一辆电动汽车,再到现在火热的新能源汽车,在并不算长的发展史中,一代又一代的先驱、创始人们为汽车行业的发展做出了无与伦比的贡献。
随着时间的推移汽车的智能化和电动化,成为了目前汽车行业产业变革的两大重要趋势。
新能源汽车经过近10年的育成,产品性能和实用价值都得到了很大的提升,目前大部分的新能源汽车续航里程都可以达到300km以上。
并且由于国家对于新能源的支持,充电难的问题也在慢慢得到改善。
在新能源前景似火的关卡,新产品新科技和更加前卫大胆的想法开始出现在了人们的脑海里,最让人充满期待的,莫过于科幻电影中出现的无人驾驶汽车了。
其实对于汽车智能化在国外并不是一个新的概念,早在1983年,日本就基于导航系统做过道路-车辆通讯系统的研究,欧洲也有过类似的“普罗米修斯计划”,美国也开展了智能车路系统的计划,截止目前为止已经有不少的车企能在一定程度上实现智能无人驾驶的技术。
[3]从我国现有的技术水平来看,把新的无人驾驶融合原有车型当中才是个最恰当的发展无人驾驶汽车的有效途径。
三.无人驾驶技术现状国外无人驾驶汽车发展现状美国谷歌公司作为最先发展无人驾驶技术的公司,其研制的全自动驾驶汽车能够实现自动起动行驶与停车。
2020年公需科目答案:智能无人驾驶车
无人驾驶汽车是一种智能汽车,也可以称之为()移动机器人。
A、腿式
B、履带式
C、轮式
D、铲式
答案:C
自动驾驶发展的第3个阶段是()
A、驾驶辅助
B、辅助驾驶
C、高度自动驾驶
D、无限制驾驶
答案:C
()可以在车道偏离预警系统LDWS的基础上对刹车的控制协调装置进行控制。
A、红外线扫描器
B、车道保持系统
C、天气识别系统
D、ABS
百度无人车技术的中间层的作用是(D)
A、数据收集
B、数据挖掘
C、人机交互
D、感知和定位
答案:D
5. 谷歌无人车前置雷达传感器可准确得到汽车运行的()
A、速度
B、定位
C、能耗
D、时间
答案:A
百度无人车的人工智能技术包括语音识别、图像识别和()
A、天气识别
B、5G联网
C、健康监控
D、云端深度学习
答案:D
将无人驾驶车做成一间间等待出售或出租的店铺,这种模式是()
A、Google无人车
B、丰田的e-Palette无人车
C、京东小e
D、菜鸟无人车
答案:B
行驶数据隐私防护应从()个人和技术三方面入手。
A、法律
B、道德
C、研究
D、资源
答案:A
百度无人车自动驾驶定位精度高于GPS定位精度。
A、正确
B、错误
答案:A
激光测距系统利用路边发射的激光来测量无人车离路边的距离。
A、正确
B、错误答案:B。
无人驾驶汽车综述
辽宁工业大学题目:无人驾驶汽车综述院(系):汽车与交通工程学院专业班级:车辆工程103学号:*********学生姓名:指导教师:无人驾驶汽车综述摘要:无人驾驶汽车又称自主驾驶汽车,也可以称之为轮式移动机器人,它属于一种智能汽车,主要依靠车内以计算机为主的智能驾驶系统来实现无人驾驶。
无人驾驶是汽车发展史上的又一次革命性进步。
科技巨头谷歌公司引发了这一场没有硝烟的战争,传统汽车巨头纷纷加入其中,争取无人驾驶时代的龙头地位。
关键字:无人驾驶汽车,智能驾驶,行车原理一、无人驾驶汽车概念无人驾驶汽车作为一种新兴的高科技产品,并没有严格的定义。
清华大学汽车系副研究员王建强将无人驾驶汽车定义为“通过车载传感系统感知道路环境,自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车”。
二、无人驾驶汽车的原理无人驾驶汽车利用车载传感器以及GPS系统来感知车辆周围环境,并将获得的道路、车辆位置和障碍物信息,传送到计算机系统,后者随即作出判断,控制车辆的行驶状态。
无人驾驶系统载有激光扫描仪、声波定位仪、红外线传感器、罗盘和微波雷达等多种传感器,上述各种图像、声音、力等传感器就像人的感觉器官,随时感知车辆周围环境的变化。
车载计算机系统就像人的大脑可以接收各种由传感器获得的信息,经由软件处理分析,迅速给出正确的判断,并向执行机构发送指令。
执行机构可以代替人的手脚去执行由计算机传来的操作指令。
GPS系统可以准确提供车辆所在的位置以及详细的地图信息,从而使车辆在遵守交通规则的前提下能够可靠地在道路上自主行驶,安全到达指定地点。
所以,无人驾驶系统完全可以模拟传统的人工驾驶汽车,从理论上讲是可行的。
由于不同的国家和公司所掌握的尖端技术有所差别,其生产的无人驾驶汽车其原理也有所不同:法国的无人驾驶汽车原理:法国人将自己的巡航导弹制导的全球定位技术应用到无人驾驶汽车中,通过触摸屏设定路线,通过全球定位系统引路,只不过给该汽车带路的全球定位系统要比普通的全球定位系统功能强大许多。
无人驾驶国外调研报告
国外无人驾驶技术发展调研报告一、综述无人驾驶汽车是一种智能汽车,也可以称之为轮式移动机器人,主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。
它一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境,并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息,控制车辆的转向和速度,从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。
无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人—车—路”闭环控制方式,将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去,从而大大提高了交通系统的效率和安全性。
现代无人驾驶汽车以汽车工业为基础,以高科技为依托,遵循由低到高、由少到多、由单方面到多方面、螺旋上升的规律发展。
其横向发展离不开各种用途的实际需要,而其纵向发展的生命力在于持续不断的技术创新。
二、国外发展状况国外展开无人驾驶车辆研究的时间始于1950年,其技术高速发展是在1980年左右。
发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究,目前在可行性和实用性方面,美国和德国走在前列。
在欧洲,无人驾驶车项目的发展也已经初具成效,并已经成立了统一的合作组织。
此外,日本也在加紧无人驾驶技术的研究计划。
(1)美国美国是世界上研究无人驾驶车辆最早、水平最高的国家之一。
在无人车关键技术的研究中,在研究技术的水平和研究成果的普及应用方面美国都表现为较高的水平。
1950年后美国贝瑞特电子公司研制出全球第一台自主导航车,能够自动在设定的轨道中行驶。
20世纪80年代,美国就提出自主地面车辆(ALV)计划。
这是一辆一辆带有八个轮子的无人驾驶机器人,该机器人在颠凝的地形上行驶较为困难,且较难达到很高的车速。
20世纪九十年代,卡内基梅隆大学研究制成了智能车辆Navlab-V,该车在许多地形上完成了长距离、高速度的自主行驶实验,行驶路程达上万公里。
尽管这次实验中的Navlab-V仅仅完成方向控制,而不进行速度控制(油门及档位由车上的参试人员控制),但这次实验已经让世人看到了科技的神奇力量。
20世纪九十年代末美国国防部门开展了DEMO系列无人车的研制,在以后的十年时间里,共研究制造出10 代DEMO 车型。
基于CMOS摄像头的智能寻迹车的设计与实现
第29卷第5期2008年10月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journa l of Nort h China Institut e of W ate r Conservancy and Hydroe l ec tric Powe rVol 129No 15Oct .2008收稿日期作者简介云 康(—),男,河南杞县人,助教,主要从事自动化测量、测试与控制系统方面的研究文章编号:1002-5634(2008)05-0055-03基于CM O S 摄像头的智能寻迹车的设计与实现云 康1,高 超2(1.郑州轻工业学院,河南郑州450002;2.电子科技大学,四川成都610054)摘 要:分析了自动寻迹智能车的几个关键实现技术,给出了一种采用C MOS 摄像头检测方式的智能车的电路设计、控制算法和软件流程.测试结果表明该车能够准确跟踪引导线运行.关键词:摄像头检测;微控制器;P WM 控制;智能车中图分类号:TP242.6 文献标识码:A 智能车又名轮式移动机器人,可作为安装有特定设备的交通载体,使用在科学探索、工业生产等领域.目前智能车的研究重点主要集中在视频检测及目标检测、跟踪、避障等方面.笔者主要针对具有黑色引导线并带有弯道、坡道等的特定道路,设计出能够自动识别路径并跟踪行驶的智能模型车,如图1所示.图1 智能车示意图1 系统设计将汽车工业中实际用于中央车身电子、底盘安全及动力总成控制的飞思卡尔公司16位处理器MC9S12DG 128引入到智能车的开发中,提高智能车的整体控制性能.设计思路为:由安装在智能车前端的摄像头拍摄车体前方道路,从拍摄的道路图片中提取黑色引导线信息送到智能车控制器,判断车身相对前方引导线位置,如有偏离则根据算法控制舵机进行方向调整,同时控制驱动电机跟踪引导线稳定行驶.系统结构如图2所示[1-2].图2 系统结构框图2 关键技术分析与硬件设计系统的关键技术在于道路引导线信息的提取.硬件电路主要围绕引导线检测、车辆控制、电源保障等几个方面设计.2.1 电源模块电源模块为系统其他各电路运行提供电源保障.车载主电源为1块7.2V,2A /h 可充电镍镉蓄电池.由于电路主板、驱动电机、摄像头分别需要5,6,8,12V 等电压供电,分别采用7805,7806,7808和一块VS1开关型DC -DC 升压集成电路实现.2.2 道路检测模块该模块主要实时拍摄车体前方道路,并提取前方引导线相对于智能车的偏移量、方向、曲率等信息,以实现智能车自动沿引导线运行.用摄像头拍摄车体前方的道路,得到由黑色引:2008-07-09:1982.导线和白色路面组成的图像.引导线和路面的黑白二色在图像中就体现在其灰度值的大小差异上,摄像头中的图像传感器芯片将各点处图像的灰度转换成与灰度一一对应的电压值通过视频信号端分场逐行输出.利用控制器采样图像中各点的电压值,就可以判断出引导线的位置、形状等信息[3].系统采用1/3Omni V isi on C MOS 传感芯片的黑白摄像头,隔行扫描P A L 制式,场频为50Hz,分辨率为320电视线,即摄像头每秒钟输出50场图像,每场图像分320行输出.由于智能车始终在运行,可将摄像头奇偶场作为2幅图像来处理,复合视频信号由摄像头信号端输出.另外,系统采用LM1881专用视频同步信号分离芯片从摄像头输出的复合视频信号中提取出行同步脉冲、场同步脉冲、奇偶场换场信号等图像的换行和换场的同步信息.由摄像头、LM1881电路和S12控制器构成的智能车视频采样电路如图3所示.图3 视频采样电路视频采样原理为:当PS1引脚电平发生翻转时,表明新的一场图像到来,图像采样开始;当PT0引脚检测到一个行同步信号上升沿,表明新的一行图像数据开始输出,S12控制器启动对AD0引脚的摄像头视频信号进行采样,直到下一个行同步信号到PT0引脚为止,表示对该场中的这一行图像采集结束;控制器反复执行上述步骤,就可以将一场图像320行信息全部采集出来.2.3 舵机驱动模块该模块主要控制智能车根据引导线形状进行转向.舵机本身是一个位置随动系统,由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路组成.通过内部设计使舵盘输出转角正比于给定的控制信号.该系统舵机型号为F U T ABA S3020.控制信号是周期为20m s 的P WM 信号,脉冲宽度决定舵机输出的转角 电机驱动模块车身后置驱动电机是整个智能车的动力来源,采用RS -380直流电机.使用H 桥驱动电路控制电机加速运行、减速制动,控制端信号为两路P WM 信号.为使电路简单,采用MC33886集成全桥驱动芯片,驱动电路设计如图4所示.图4 电机驱动电路图2.5 速度检测模块为使智能车在急转弯时不至于速度过快而冲出道路,控制器除需控制前轮转向外,还需控制车速.该模块采用光电透射式检测方法,将具有齿槽结构的圆盘固定在智能车后轮轴上,圆盘转动时,光电传感器输出脉冲信号,通过整形后送至MC9S 12DG128控制器,计算智能车当前运行速度,并根据采样到的引导线形状调整当前智能车的运行速度.3 软件设计3.1 开发软件开发软件采用F reescal 公司的产品Code W arrior4.0.Code W a rrior f or S12是Free sca l 公司为S12系列处理器提供的嵌入式应用开发软件包,包含集成开发环境I D E 、处理器专家系统、全芯片仿真等,是一款功能强大的图形化编程软件[4].3.2 控制算法将摄像头安装在车体前部中间位置,调整摄像头的安装高度、前倾角和焦距,使所拍摄道路图像清晰,有效视场宽约40.0c m ,有效前瞻距离约50.0c m ,已知引导线宽2.5c m.由摄像头测试可知,摄像头输出的每场320行信号中,第23行到310行为视频信号,前22行和后10行为场消隐信号,即摄像头每场会扫描产生288行有效视频信号,也就是说摄像头在纵向有288个像素的分辨能力.在视频区域中每行信号持续时间相同约64.0μs,行同步脉冲持续约 4.7μs,所以每场图像单个视频信号行中有效视频持续的时间约57.3μs .通过对S12控制器AD 时钟频率设置,AD转换时间可设为μ[5],所以每行可采样点数为个该智能车每场最大可获得×像素分辨率的图像数据65 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2008年10月.2.4 1.4s 40.28840.尽管通过图像处理可以获得更多的道路信息,但会增大S12控制器的数据存储和处理负担.为了简化过程,也可以只使用图像中的一行数据提取引导线位置.提取引导线位置主要有2种方法:一是将图像一行数据中灰度值最低点位置作为引导线中心位置;二是从动态阈值二值化后的图像中进行提取,寻找图像中每行连续黑点最多的一段,以该段中心点的位置作为引导线中心位置.在所采集行40个采样点中,以第20个点为智能车车身位置,提取出引导线中心位置[6-7]所在点,记为x,引导线与车身偏差记为e (x ),e (x )=x -20,则e (x )值从-19到20,共有40种情况.若e(x)=0,表示前方引导线位置与车身位置重合,舵机不输出转角,智能车直行;若e (x )<0,表示前方引导线位置在车身位置左侧,则舵机输出转角驱动智能车左转;同理e (x )>0,表示引导线位置在车身位置右侧,则舵机输出转角驱动智能车右转.同时兼顾当前车速调整驱动电机控制P WM 信号,以使智能车回到引导线的正上方,达到稳定跟踪道路引导线的设计要求.具体参数见表1.表1 控制参数表引导线位置偏差e (x)值方向舵机转角/(°)驱动电机P WM /%1-19右偏-36.474.802-18右偏-34.666.96……………20正上方0.086.27……………3919左偏34.666.964020左偏36.474.803.3 程序流程主程序采用和P LC 相似的周期性检测控制思想.控制器每检测到摄像头的换场信号,便调用一次视频采样程序和车速检测程序,根据得到的引导线和车速数据,调用舵机和驱动电机控制程序对智能车的运行状态进行实时控制,以完成循线运行的要求,如图5所示.图5 主程序流程图4 结 语测试表明,采用MC9S12DG 128控制器和C MOS 摄像头检测方式设计并试制的智能寻迹车,检测范围宽,前瞻性强,舵机转向流畅,车体跟踪引导线准确.参 考 文 献[1]黄开胜,金华民,蒋狄南.韩国智能模型车技术方案分析[J ].电子产品世界,2006,14(5):150-152.[2]浦东兵,孙英娟,周光有,等.一种嵌入式智能寻迹机器人设计[J ].微计算机信息,2008,24(3-2):241-242.[3]卓晴,王<,王磊.基于面阵CCD 的赛道参数检测方法[J ].电子产品世界,2006,18(7):143-145.[4]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M ].北京:清华大学出版社,2004:243-255.[5]王威,胡继云,郑维,等.HCS12微控制器原理及应用[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2007:155-181.[6]邱寄帆.移动机器人寻线导航系统的设计与实现[J ].微计算机信息,2006,22(9-2):201-203.[7]万永伦,丁杰雄.一种机器人寻线控制系统[J ].电子科技大学学报,2003,32(1):48-51.Design an d R ea l i za t ion of Autotra ck i ng Sm a r tcar Ba sed on C MO S C a m eraY UN Kang 1,G A O Chao 2(1.Zhengzhou University of L i ght I ndustry,Z hengzhou 450002,China;2.Unive rsity of Elec tronic Science and Technol ogy of China,Chengdu 610054,China )Ab stra ct:Severa l key technol ogies of the aut otracking s ma rt ca r are analysed .A way of using C MOS ca m era detection m ethod of the rea l 2z f ,,f T y yK y ;2;WM ;75第29卷第5期云 康等: 基于C MOS 摄像头的智能寻迹车的设计与实现 i ati on o the s ma rtca r c ircu it co n tro l algo rith m s an d s o t w are p r o cesses is g i ven .est resu lts in d ica tes t h at the ca r is ab le t o track the gu ide lin e accu ratel and stab l.e w or d s:ca m era de t ec tion m icro con tro ller P co n tro l s ma rtca r。
智能小车概述ppt课件
具有自主导航、避障、搬运、定位、 无线通信等多种功能,可广泛应用 于工业自动化、智能物流、服务机 器人等领域。
发展历程及现状
发展历程
智能小车经历了从遥控车到自主导航车的演变,随着传感器、计算机视觉、人 工智能等技术的不断发展,智能小车的性能和应用范围得到了显著提升。
现状
目前,智能小车已经成为机器人领域的研究热点之一,国内外众多高校和企业 都在积极开展相关研究,并取得了丰硕的成果。
设计电源管理模块,实现电源的充电、 放电、保护等功能。
04
CATALOGUE
软件系统开发与调试
嵌入式操作系统选型及移植
01
常见的嵌入式操作系统 比较:如Linux、 FreeRTOS、uCOS等
02
选定操作系统的理由与 优势分析
03
操作系统移植的步骤与 注意事项
04
移植过程中可能遇到的 问题及解决方案
02
CATALOGUE
智能小车关键技术解析
传感器技术
红外传感器
用于检测障碍物、测距等。
超声波传感器
实现非接触式测量,常用于泊车 辅助系统。
摄像头与图像传感器
用于环境感知、道路识别等视觉 任务。
雷达传感器
提供高精度距离和速度信息,用 于自动驾驶系统。
控制器与执行器技术
微控制器
作为智能小车的“大 脑”,负责数据处理和
机器人教育
智能小车作为机器人教育的载体,可帮助学生了解机器人原理、编 程等知识。
教学实验平台
智能小车可作为教学实验平台,支持学生进行各种创新性实验和项 目实践。
比赛竞技
智能小车比赛可激发学生创新精神和团队协作能力,培养学生综合素 质。
06
智能车辆导航技术的研究现状与发展趋势
目录引言 (1)1智能车辆导航系统概述 (1)1.1智能车辆的定义及概述 (2)1.1.1智能车辆的研究意义 (2)1.1.2智能车辆的产生与发展 (3)1.2智能车辆中几个关键技术 (5)1.2.1感知技术 (5)1.2.2决策技术 (5)1.2.3控制技术 (5)1.2.4车辆定位与路径规划 (5)1.2.5其它 (6)1.3智能车辆导航技术 (6)1.3.1卫星定位导航技术(GPS) (6)1.3.2航迹推算技术(DR) (7)1.3.3地图匹配技术(Map Matching) (7)1.3.4视觉技术(VP) (7)1.3.5组合定位导航系统 (8)2视觉导航技术 (8)2.1机器视觉 (8)2.1.1机器视觉系统组成 (8)2.1.2机器视觉工作原理 (9)2.2道路检测 (9)2.2.1基于特征的道路检测 (10)2.2.2基于模型的道路检测 (10)2.3障碍物检测 (11)2.3.1基于特征的障碍物检测 (11)2.3.2基于光流场的障碍物检测 (11)2.3.3基于立体视觉的障碍物检测 (12)2.4检测系统的设计 (12)2.4.1原理 (12)2.4.2硬件电路 (13)2.4.3软件设计 (16)2.5代表性系统 (24)3GPS导航技术 (24)3.1GPS构成及原理 (24)3.1.1GPS构成 (25)3.1.2GPS基本原理 (26)3.2GPS特点 (27)3.2.1定位精度高 (27)3.2.2观测时间短 (27)3.3GPS在汽车导航中的应用 (28)3.4GPS技术在导航仪中的应用举例 (28)4组合导航技术 (28)4.1DR/DMAP (28)4.2GPS/DMAP (29)4.3GPS/DR (29)4.4GPS/DR/DMAP (30)4.5GPS/DR/DMAP/VP (30)5智能车辆导航技术的发展前景探讨 (33)5.1提高GPS的精度和鲁棒性 (34)5.2提高惯性传感器的精度 (35)5.3建立更优的地图匹配方法、 (35)5.4完善视觉系统,实现多环境、高可靠性视觉追踪 (36)5.5发展新型的定位技术 (36)5.6在降低系统成本的情况下,采用多传感器信息融合理论和方法从整体上提高系统的精度和可靠性 (36)6总结 (36)参考文献: (38)英文摘要 (39)智能车辆导航技术的研究现状与发展趋势摘要:介绍了智能交通系统中导航服务的实现环节“车辆导航系统”的定义、分类,以“ GPS导航”及“视觉导航”为重点对其系统框架和核心技术进行了归纳与分析,在障碍物检测部分主要设计了一种以8051单片机为核心的结构简单、精度较高、测距较长、可靠性较高的汽车障碍物检测报警系统,该系统适合空气能见度低,汽车倒车及晚间行驶等情况下汽车低速行驶过程时使用。
人工智能的十大应用
01 无人驾驶汽车无人驾驶汽车是智能汽车的一种,也称为轮式移动机器人,主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶控制器来实现无人驾驶。
无人驾驶中涉及的技术包含多个方面,例如计算机视觉、自动控制技术等。
美国、英国、德国等发达国家从20世纪70年代开始就投入到无人驾驶汽车的研究中,中国从20世纪80年代起也开始了无人驾驶汽车的研究。
2005年,一辆名为Stanley的无人驾驶汽车以平均40km/h的速度跑完了美国莫哈维沙漠中的野外地形赛道,用时6小时53分58秒,完成了约282千米的驾驶里程。
Stanley是由一辆大众途锐汽车经过改装而来的,由大众汽车技术研究部、大众汽车集团下属的电子研究工作实验室及斯坦福大学一起合作完成,其外部装有摄像头、雷达、激光测距仪等装置来感应周边环境,内部装有自动驾驶控制系统来完成指挥、导航、制动和加速等操作。
2006年,卡内基梅隆大学又研发了无人驾驶汽车Boss,Boss能够按照交通规则安全地驾驶通过附近有空军基地的街道,并且会避让其他车辆和行人。
近年来,伴随着人工智能浪潮的兴起,无人驾驶成为人们热议的话题,国内外许多公司都纷纷投入到自动驾驶和无人驾驶的研究中。
例如,Google的Google X实验室正在积极研发无人驾驶汽车Google Driverless Car,百度也已启动了“百度无人驾驶汽车”研发计划,其自主研发的无人驾驶汽车Apollo 还曾亮相2018年央视春晚。
但是最近两年,发现无人驾驶的复杂程度远超几年前所预期的,要真正实现商业化还有很长的路要走。
02 人脸识别人脸识别也称人像识别、面部识别,是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。
人脸识别涉及的技术主要包括计算机视觉、图像处理等。
人脸识别系统的研究始于20世纪60年代,之后,随着计算机技术和光学成像技术的发展,人脸识别技术水平在20世纪80年代得到不断提高。
在20世纪90年代后期,人脸识别技术进入初级应用阶段。
智能小车的多传感器数据融合
M ulti sen sory Da ta Fus ion of In tell igen tM in i Veh icle
CH EN Dong, L I U J ing, J I N Sh ijun
(D ep artm en t of In strum en t Science & Engineering, Sou theast U n iversity, N an jing, 210096, Ch ina )
Ke yw o rds : m u lti sen so r; da ta fu sion; in telligen t veh icle; B ayes esti m a tion
1 引 言 智能车辆 ( in telligen t veh icle ) 又叫轮式移动机器人, 是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的 综合系统, 他集中地运用了计算机、传感、信息、通讯、导 航、人工智能及自动控制等技术, 是典型的高新技术综合 体。 智能车辆, 首先来自军事上的需要。 利用智能车辆代 替人类进行侦查从而减少伤亡取得胜利, 一直都是各国 军事部门的研究重点。 智能车辆在科学研究领域也有广 泛的应用。今年 1 月, 美国发射的 “勇气”号和 “机遇” 号火星探测器, 实质上都是装备先进的智能车辆。 随着技 术的不断发展, 智能车辆技术在民用方面也获得了广泛 的应用, 给人们的生活带来巨大的影响。 例如智能车辆技 术能提高道路网络的利用率、 降低车辆的燃油消耗量, 尤 其在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。 智能车辆的传感系统相当于人的感官系统。 人对外 界事物的感知, 往往不是通过一个感觉器官获得的, 而是 通过各个感觉器官综合得到的。 对于智能车辆, 一个准确
摄小车前方的道路图像, 获取小车所在道路环境的特征 值, 包括: 道路边界的距离、 障碍物的大小和距离。
轮式移动机器人移动性能
在家庭服务方面,WMR可以作为智能家 居系统的一部分,负责家庭安全监控、 老人和儿童照看等任务。
在物流运输方面,WMR可以用于货物的 运输和分发,提高物流效率。
02
轮式移动机器人的组成与 原理
轮式移动机器人的硬件组成
轮式移动平台
包括车轮、电机、编码器等部件,用于支 撑和驱动机器人移动。
执行器
如电机驱动器、舵机等,用于执行控制系 统的指令。
解。
轨迹跟踪与修正
通过控制算法实现轨迹的精确 跟踪和修正,保证机器人沿着
规划的路径准确移动。
动态适应环境变化
当环境发生变化时,实时调整 路径规划和运动控制策略,适 应新的环境条件,提高机器人
的适应性和鲁棒性。
05
轮式移动机器人的应用案 例分析
案例一:自主导航在家庭服务中的应用
01
自主导航技术
自主导航技术是轮式移动机器人的核心技术之一,包括定位、建图、
、传感器等组成。
WMR可以自主移动,也可以通 过遥控器或计算机进行控制。
WMR的设计和应用范围非常广 泛,包括家庭、商业、工业、
医疗等领域。
轮式移动机器人的发展历程
WMR的发展始于20世纪80年代,当时由于计算机、传感器、电池等技术的快速 发展,人们开始尝试制造能够自主移动的机器人。
随着技术的不断进步,WMR逐渐从实验室走向市场,成为一种实用的自动化设备 。
路径规划和避障等。在家庭服务中,轮式移动机器人可以用于自动巡
逻、监控、送物等功能,提高家庭安全性和便利性。
02
家庭应用场景
例如,家庭监控机器人可以实时监控家庭安全状况,及时发现异常情
况并通知主人。同时,轮式移动机器人还可以承担家庭巡逻任务,定
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段区。赛道上最多出现两段虚线区域。
5)
直径
0.1-0.8mm
漆包线,其中通有
20kHz
,
100
mA
的交变电流。频率范
围
20k
±
1k
,电流范围
(100
±20
mA)
。
6)
跑道中心线最小曲率半径不小于
50cm
。
7)
在三个组别的赛道
直线区
会有长度不超过
在赛道中的小S弯1)
赛道路面用专用白色
KT
基板制作,在初赛阶段时,跑道所占面积在
5m
×
7m
左右,决赛阶段时跑道面积可以增大。
赛道宽度不小于
45cm
。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于
60cm
。
如
下图所示:
赛道中心线
距离不小于60cm
赛
道
宽
度
不
小
于
4
5
c
m
赛
道
宽
度
不
小
于
45
cm
赛道中心线
距离不小于60cm
尽管我们作了很大的努力,但是由于时间紧迫以及缺乏经验等原因,本系统仍然存在着一些问题,主要有以下几点:
1、赛车底盘以及速度检测装置的机械安装部分为人工完成,没有使用精密的检测仪器辅助安装,安装精度受限。
2、系统控制算法采用经典的PI算法。但基本参数还不是太精确,有时会出现车身抖动。
3、由于外加了MC33886驱动模块,导致在小车上出现连线过多,电路不够整洁的情况。
图6赛道颜色及边线
4)在赛道中的小S弯道上会出现虚线赛道。每段虚线赛道的长度不超过2米。小S弯道由若干段圆弧组成。圆弧的半径范围在50至60厘米,圆弧的对应的角度小于60°。虚线由长度为10厘米,宽度2.5厘米的黑线段相间10厘
5)12
1
米的路障区域。
赛道上最多出
道上会出现虚线赛道赛道路面用专用白色KT基板制作,在初赛阶段时,跑道所占面积在5m×7m左右,决赛阶段时跑道面积可以增大。
赛道宽度不小于45cm。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于60cm。如下图所示:
1)赛道路面用专用白色KT基板制作,在初赛阶段时,跑道所占面积在5m×7m左右,决赛阶段时跑道面积可以增大。
赛道宽度不小于45cm。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于60cm。如下图所示:
赛道中心线
距离不小于60cm
赛道宽度不
小于45cm赛道宽度不小于45
cm赛道中心线
距离不小于60cm
小S弯虚线赛道
图5赛道宽度及间距
2)铺设赛道地板颜色不作要求,它和赛道之间可以但不一定有颜色差别。3)跑道表面为白色,赛道两边有黑色线,黑线宽25mm±5,沿着赛道边缘粘贴。
小S
弯虚
线赛
道
图
5
赛道宽度及间距
2)
铺设赛道地板颜色不作要求,它和赛道之间可以但不一定有颜色差别。
3)
跑道表面为白色,
赛道两边有黑色线,
黑线宽
25m
m±5,
沿着赛道边缘粘
贴。
图
6
赛道颜色及边线
4)
在赛道中的小
S
弯道上会出现虚线赛道。每段虚线赛道的长度不超过
2
米。
小
S
弯道由若干段圆弧组成。
圆弧的半径范围在
50
至
60
厘米,
圆弧
的对应的角度小于
60
°。虚线由长度为
10
厘米,宽度
2.5
厘米的黑线段
相间
10
厘米组成。虚线赛道的规格参见下图:
12≤30°≤30
°
半
径
:
5
0
~
6
0
c
m
边缘虚线赛道长度≤2米
赛
道
宽
度
4
5
c
m
1
0
c
m
1
0
c
m
1
0
c
m
1
0
c
m
2
.
5
c
m
小S弯道的参数
虚线赛道参数
小S虚线弯道
图
7
小
S
虚线赛道
智能车又叫轮式移动机器人,是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统,集中地运用到自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多学科,是典型的高新技术综合体.随着社会的发展智能控制已经融入到了我们的学习和生活之中,“智能车”给我们带来了很多的方便,它的应用领域扩大而且工作条件也变得多样化,因此,新的导向方式和技术得到了更广泛的研究与开发,研究它对于我们的有着重要的意义。