探測車自適應(yīng)障礙識(shí)別與路徑規(guī)劃研究.pdf

1、自主行駛車輛在軍事和民用高科技領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景,它的主要應(yīng)用包括偵察、監(jiān)視、目標(biāo)搜索、爆炸物處理、安全巡邏等。本文以自主行駛探測車的路徑規(guī)劃與避障技術(shù)為核心內(nèi)容,在參與設(shè)計(jì)和制造“EV-Ⅱ”號(hào)探測車原型車的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了障礙識(shí)別、路徑規(guī)劃算法、動(dòng)態(tài)避障算法,并將這些算法運(yùn)用到原型車的試驗(yàn)中,驗(yàn)證了本論文研究成果的正確性。論文的主要研究內(nèi)容和成果包括:
　　 (1)系統(tǒng)論述了各類輪式移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r及其特點(diǎn),系統(tǒng)分析了

2、輪式移動(dòng)機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)、多傳感器信息融合、路徑規(guī)劃等技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和不足之處。
　　 (2)自主設(shè)計(jì)了探測車軟、硬件系統(tǒng),并制造了“EV-Ⅱ”號(hào)探測車原型車。包括探測車本體機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)?；贒SP和PC104的開放式控制器搭建了控制系統(tǒng)硬件平臺(tái),并根據(jù)實(shí)際控制需要選取合適的操作系統(tǒng)；根據(jù)探測車的技術(shù)指標(biāo),計(jì)算驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要的動(dòng)力,根據(jù)動(dòng)力因素選擇了合適的驅(qū)動(dòng)電機(jī),并給出了電機(jī)調(diào)速的具體過程；根據(jù)探測車的控

3、制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)了探測車的供電系統(tǒng)。
　　 (3)設(shè)計(jì)了探測車障礙識(shí)別硬件系統(tǒng)并提出了一種新的基于信息融合的障礙識(shí)別算法。為了保證探測車在地面上安全自主行走,對(duì)比各種距離傳感器的優(yōu)、缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于DSP的多超聲波獲取距離信息的電路,給出了多個(gè)超聲波傳感器所測距離數(shù)據(jù)和嵌入式計(jì)算機(jī)PC104的串口通信過程,并采用視覺遠(yuǎn)程輔助導(dǎo)航。提出了一種基于模糊貼近度的數(shù)據(jù)融合新算法,縮短探測車導(dǎo)航中環(huán)境測量與數(shù)據(jù)處理的時(shí)間,提高了采

4、集數(shù)據(jù)的精度和效率。
　　 (4)基于粒子群優(yōu)化算法研究了可視全局路徑規(guī)劃問題。綜合利用人工勢場法及粒子群優(yōu)化算法的優(yōu)點(diǎn),針對(duì)靜態(tài)環(huán)境已知的探測車路徑優(yōu)化問題,運(yùn)用等分法進(jìn)行環(huán)境建模,在粒子群優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上,引入人工勢場法的斥力場函數(shù),提出一種基于路徑長度和路徑危險(xiǎn)度的適應(yīng)度函數(shù),根據(jù)全局最優(yōu)解和局部最優(yōu)解自動(dòng)在線調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)因子,從而在初始化及更新過程中能自動(dòng)避開障礙物,快速安全地實(shí)現(xiàn)全局靜態(tài)路徑規(guī)劃。
　　 (5)提出

5、了一種基于速度障礙、碰撞危險(xiǎn)度概念的動(dòng)態(tài)環(huán)境模型,結(jié)合新的模糊神經(jīng)控制算法,實(shí)現(xiàn)探測車在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中自主安全地行走。針對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境中難以解決的探測車路徑規(guī)劃問題,基于模糊神經(jīng)控制算法改進(jìn)控制器的輸入/輸出模式,新的算法增加了模式匹配和加權(quán)平均兩個(gè)要點(diǎn),去掉了繁瑣的模糊化和精確化過程。仿真實(shí)驗(yàn)表明,在提出的基于碰撞危險(xiǎn)度的神經(jīng)模糊算法控制下,探測車能夠自主避開復(fù)雜動(dòng)態(tài)障礙物,并且采用優(yōu)化策略使得探測車朝向目標(biāo)點(diǎn)行走,且不會(huì)陷入陷阱中。<