视觉导航中局部路径规划方法研究及嵌入式实现

摘要

智能车辆在军事、民用领域有着广泛的应用前景,目前仍处于探索性阶段。而局部路径规划方法是移动机器人、智能车辆等自动引导装置中的重要研究内容。本文以基于视觉导航的智能车辆局部路径规划方法为核心,在自主设计模型试验车的基础上,重点研究了行驶控制模块、局部路径规划算法,并进行了相关的实验,研究结果在相关领域中有一定的应用价值。本文的主要研究内容归纳如下:
　　 第一,根据本文的研究主题,广泛地检索了相关技术领域中已有的研究成果,并对这些文献进行了较为深入的研究和分析,对前人的研究结果进行了归类和总结,详细的阐述了国内外技术现状和发展趋势。
　　 第二,介绍了智能模型车基础平台的相关设计与制作过程。采用按比例缩放的模型车作为研究平台来完成控制器的测试。详细地介绍了硬件平台的设计细节,包括传感器模块、决策模块和控制模块三个部分。并以实时操作系统μC/OS-Ⅱ为基础搭建了系统软件平台,有针对性的设计了层次化程序构架,从而最大程度保证了系统运行的实时性以及程序开发的可继承性。
　　 第三,提出了基于“S”型的路径规划方法,采用虚拟路径的概念,使得算法能够综合考虑车辆侧向运动规律和参考车道曲率的关系；并将预瞄理论和车辆运动学相结合,建立了轨迹跟踪的车辆运动学模型。设计了单神经元自适应PID校正环节、舵稳定回路；分析了车辆二自由度线性模型；并在此基础上构建了基于校正环节、舵稳定回路、车辆动力学模型的侧向控制器。
　　 最后,实现了本文设计的所有硬件电路,并进行了测试。结果表明所设计的行驶控制系统,传感器测量系统能够稳定的工作；提出的控制规律,利用Matlab进行了仿真验证,实验结果同样说明提出的基于“S”型虚拟轨迹的局部路径规划方法能有效的实现轨迹跟踪任务。

目录

文摘

英文文摘

图表目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究的技术现状分析

1.2.1 结构化道路环境(智能车辆的典型环境)

1.2.2 非结构化道路环境(移动机器人的典型环境)

1.2.3 导航方式

1.2.4 路径规划

1.3 研究方案

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究方法

1.4 论文的组织安排

第二章 模型车基础平台设计

2.1 引言

2.2 基础平台设计思想

2.3 硬件平台的设计

2.3.1 模型车的设计

2.3.2 传感器模块

2.3.3 决策模块

2.3.4 执行模块

2.3.5 接口部分

2.4 软件平台的设计

2.4.1 操作系统的移植

2.4.2 软件层次化架构

2.5 本章小结

第三章 局部路径规划及跟踪算法研究

3.1 引言

3.2 基于行为的局部路径规划

3.2.1 驾驶员行为控制模型

3.2.2 虚拟轨迹的规划

3.2.3 轨迹跟踪的运动模型

3.3 基于状态的侧向控制

3.3.1 控制对象的数学模型

3.3.2 基于单神经元自整定的PID控制

3.3.3 舵控制回路的阻尼增稳

3.3.4 标准评估系统

3.4 本章小结

第四章 仿真与试验

4.1 引言

4.2 评估系统仿真

4.3 视觉参数环境构建

4.4 轨迹规划与跟踪试验

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文