矿用无轨胶轮车无人驾驶系统研究

摘要

近年来，随着科学技术的迅速发展，无人驾驶车辆已成为当今汽车领域研究的新热点，是未来汽车工业发展的主流方向。无人驾驶系统是集导航定位、环境感知、路径规划、行为决策控制等多种技术于一体的综合系统。早在二十世纪五十年代，国外就开始无人驾驶车辆的研制，而现今世界无人驾驶车辆主要的研究方向是在高速公路环境和城市道路环境下的无人驾驶车辆的研制，而针对于特殊环境下的无人驾驶车辆至今少有人提及。
　　矿用无轨胶轮车作为煤矿井下辅助运输的重要组成部分，是制约煤炭开采量及生产效率的瓶颈。矿井辅助运输的工作环境较为恶劣，属于高危环境，如何实现其无人驾驶，对于减少财产损失及人员伤亡率，降低运输成本，提高采矿工作效率，具有重大的应用前景和战略价值。本文所研究的矿用无轨胶轮车无人驾驶系统是针对地下巷道这一特殊环境进行的研究分析。
　　对现有无轨胶轮车进行机械结构的改造设计，涉及到转向机构、踏板机构和换挡机构三部分，使用电机来取代人为操作，实现无人驾驶的行为操作。由于井下工作环境恶劣，难以使用GPS对车辆位置进行定位，视觉传感器避障方案也难以实现，因此本文采用超声波传感器和激光雷达传感器实现对道路环境信息的检测，采用霍尔传感器测量车辆行驶速度，位置传感器检测换挡手柄位置信息，以51单片机作为控制系统的主控单元，实现对无轨胶轮车无人驾驶系统行驶操作的控制。
　　最后根据模糊控制和模糊自适应PID控制理论，使用MATLAB软件建立模糊控制和模糊自适应PID控制仿真模型，实现对转向电机的控制，结果表明本次设计能够实现车辆的快速平稳转向，满足无人驾驶车辆的行驶要求。