摘要：该智能小车设计采用双轮差速的机械结构，利用红外反射式光电传感器采集地面引导黑线信息。针对车体机械结构和巡线算法的设计与改进做出了详细的分析与论证。分析了车体的前瞻和车轮间距对转弯速度的影响，其控制算法采用加权扫描探寻黑线信息并辅以PID算法反馈控制小车的行进方向，使小车按照既定的路线前进。
0引言
智能机器人技术涉及电子、机械、传感器、计算机、自动化、信息处理等多门学科[1]。智能小车在仓库智能管理、高压线路除冰等领域有着广阔的应用前景[2]。机械结构作为小车的基础，在行走的稳定度、灵敏度等指标上起到了举足轻重的作用。本文将机械结构、加权扫描算法与PID算法相结合，使小车能够更快速、更稳定地按照既定的路线行驶，并且根据路况信息实时控制行进的速度与方向。
1车体结构设计
1.1车体结构简介
车体基本结构如图1所示。小车前端为8路单排红外对管巡线电路板，可以利用它获取地面引导黑线的信息；中间为一对直流减速电机和车轮，这是整个小车的动力来源，可以通过控制这两个车轮的转动方向和速度控制小车的前进、后退、转向等；车尾为两个可自由转动的万向轮，它们的主要作用是支撑小车，使车体稳定，由于万向轮拥有多个自由度[3]，它们不会对小车的运动造成明显影响。
1.2影响小车行进的因素
在设计小车基本结构时，很多人往往只注重功能的实现和外型的美观，其实车体各部分结构分布对小车运行效果的影响是相当大的。如果车体各部分布局进入误区，即使后面使用再好的控制方案也很难取得理想的效果；反之，如果车体各部分布局合理，在软件调试的过程中将达到事半功倍的效果。
1.2.1前瞻D1
如图1所示，红外巡线电路板与动力车轮的轮轴之间的距离为D1，这个距离通常被称为前瞻，它表示小车提前感知引导黑线的距离长度。在控制小车时控制电路和执行设备都需要相应的反应处理时间，适当的前瞻能使CPU提前获取导航黑线信息并及时地做出运动反应，从而达到减小甚至消除反应延迟的作用。
假设车体前瞻D1，电机最大转速wmax，车轮直径d。小车全速前进时，前瞻留给车体的反应时间T为：
T=D1 [wmax×（d÷2）]（1）
由式（1）可见，选择一个合适的前瞻D1可以为小车争取一定的反应时间，使小车循迹效果更好。但是D1值也不能过大，如果D1值过大，小车在转弯时，由于单片机检测到路况信息变化过早，小车可能提前转弯从而影响小车的正确行使。
1.2.2车轮间距D2
在设计车体结构时，两个驱动车轮的间距也是一个必须考虑的参数，它将关系到小车转弯角度的大小。实验小车采用差速转弯方式实现小车转弯功能，其具体转动的角度可由以下算法得到。
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