基于無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境建模.pdf

1、隨著移動(dòng)機(jī)器人工作領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,對(duì)機(jī)器人的智能化與自主化能力提出了新的要求,即能在未知環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的能力。這就要求移動(dòng)機(jī)器人首先能夠?qū)⑽粗沫h(huán)境進(jìn)行建模,創(chuàng)建環(huán)境地圖。本文給出了利用無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境建模的方法與實(shí)現(xiàn)方案。
　　為了實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_測(cè)距,本文設(shè)計(jì)了基于FPGA的無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)。首先,選擇了Gold序列結(jié)合二值頻移鍵控(BFSK)調(diào)制的方式來(lái)激勵(lì)超聲換能器;FPGA程序中采用了過(guò)零極化相關(guān)算法來(lái)處理回波

2、信號(hào)以捕獲渡越時(shí)間,減小了運(yùn)算量,提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性;搭建了測(cè)距系統(tǒng)的硬件平臺(tái),包括了六路超聲收發(fā)一體電路和信號(hào)調(diào)理電路,RS-232通訊模塊電路以便于上位機(jī)采集測(cè)距信息等。
　　為了實(shí)現(xiàn)無(wú)串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)在環(huán)境內(nèi)進(jìn)行360°全方位掃描,設(shè)計(jì)了特殊的超聲換能器陣列,并使用步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)該陣列進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描。在使用超聲測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境掃描的過(guò)程中,FPGA控制器通過(guò)串口通信將超聲測(cè)距信息傳送到上位機(jī)并存儲(chǔ)在文件中。對(duì)采集到的測(cè)距信息進(jìn)行

3、以下處理,包括坐標(biāo)變換,將其轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo);數(shù)據(jù)預(yù)處理,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)障礙物進(jìn)行分類,預(yù)先判斷超聲數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)自平面還是直角的反射;然后提取等距區(qū)域。
　　本文分別建立了幾何特征地圖和柵格地圖。在幾何特征地圖方面,使用了改進(jìn)后的基于三角測(cè)量法的數(shù)據(jù)融合算法來(lái)對(duì)直角模型進(jìn)行坐標(biāo)估計(jì),得到了更為準(zhǔn)確的直角坐標(biāo);對(duì)來(lái)自平面的超聲數(shù)據(jù)點(diǎn)使用最小二乘法進(jìn)行直線擬合,提高了幾何特征地圖的準(zhǔn)確性。在柵格地圖方面,將超聲數(shù)據(jù)信息使用到貝