自主避障系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、自主避障的能力是移動機(jī)器人智能化程度的重要指標(biāo)，也是智能型車輛安全行駛的重要保障。自主避障算法是避障功能的靈魂所在，傳統(tǒng)的控制算法通常依賴于被控對象精確的數(shù)學(xué)模型和完整全面的環(huán)境信息。當(dāng)控制過程相對復(fù)雜，參數(shù)眾多，環(huán)境信息不全，被控對象的數(shù)學(xué)模型難以確定時，避障效果往往不能令人滿意。 基于上述情況，本文進(jìn)行了自主避障系統(tǒng)的研究和設(shè)計，該系統(tǒng)主要包含前端采集模塊，中央處理模塊，控制執(zhí)行模塊和被控對象四個部分。前端采集模塊包含了超聲

2、波測距系統(tǒng)和偽距差分GPS定位系統(tǒng)，分別用于檢測行駛過程中障礙物到被控對象的距離以及實現(xiàn)被控對象的自身定位，數(shù)據(jù)通過RS232串行接口傳送給中央處理模塊中的上位計算機(jī)；中央處理模塊根據(jù)前端采集到的數(shù)據(jù)，采用相應(yīng)的避障控制算法得出控制信號發(fā)送給控制執(zhí)行模塊；控制執(zhí)行模塊接收到控制信號后，通過觸發(fā)無刷電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，改變被控對象的行駛方向，從而實現(xiàn)避障。 避障控制算法設(shè)計上引入了模糊控制理論，將避障行為劃分為尋蹤和避障兩大行為模式

3、，兩種行為模式在相應(yīng)條件下可相互切換。分別建立了兩種模式的模糊控制器，對被控對象的轉(zhuǎn)向角進(jìn)行控制，通過轉(zhuǎn)向角大小控制步長，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎過程中的自然減速。文中分析了幾種典型的陷阱環(huán)境，通過設(shè)置虛擬目標(biāo)點(diǎn)的方法進(jìn)行陷阱避讓，給出了具體實現(xiàn)方案。在Visual Basic集成開發(fā)環(huán)境下，設(shè)計了控制仿真平臺用于仿真避障導(dǎo)航的控制過程，通過幾種典型障礙物環(huán)境下的避障實驗，驗證了該算法具有很好的避障效果。 前端采集模塊中完成了基于AT89C5

4、1單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計，并進(jìn)行了測距實驗，結(jié)果表明該系統(tǒng)的測量誤差為±2％。借助偽距差分GPS定位系統(tǒng)來實現(xiàn)自身的定位，以彌補(bǔ)單純由傳感器檢測環(huán)境信息的不足。文中介紹了偽距差分GPS的定位原理，以及GPS信號的接收和處理的實現(xiàn)過程。 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用了無刷電機(jī)和電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，被控對象采用了智能避障、越障概念車，組成了完整的自主避障系統(tǒng)，設(shè)置了真實情況下的不同障礙物環(huán)境，進(jìn)行實車自主避障實驗。實驗的結(jié)果跟仿真的