【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與汽車技術(shù)的飛速發(fā)展,無人駕駛汽車也一步步成為現(xiàn)實(shí),主要的研究方向有環(huán)境感知、決策規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制,其中環(huán)境感知又可以進(jìn)一步分為檢測、跟蹤、識(shí)別等問題,而激光雷達(dá)以測量精度高、受光線影響小的優(yōu)勢,成為環(huán)境感知的主要傳感器。本文提出了基于激光雷達(dá)的物體檢測方法、基于匈牙利算法的多目標(biāo)跟蹤方法和基于最小轉(zhuǎn)彎半徑約束的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法,以期在復(fù)雜的城市結(jié)構(gòu)化道路中進(jìn)一步提高無人駕駛汽車的安全性和穩(wěn)定性。首先,針對(duì)物體檢測的運(yùn)算時(shí)間長、對(duì)噪聲敏感等問題,提出了基于激光雷達(dá)的檢測方法。本文選擇了VLP-16型號(hào)的激光雷達(dá),理解了它的工作原理并將點(diǎn)云按照空間順序重新排列。為了適應(yīng)激光雷達(dá)點(diǎn)云近密遠(yuǎn)疏的特點(diǎn),以角度作為檢測標(biāo)準(zhǔn),先驗(yàn)證了路面坡度的連續(xù)性進(jìn)行路面分割,再比較物體之間角度的差異性進(jìn)行聚類,采用廣度優(yōu)先遍歷的方法提升了算法的快速性。接著針對(duì)聚類后的點(diǎn)云,提取出帶有朝向的包圍框,并計(jì)算其中心點(diǎn)坐標(biāo)。最后編寫了可視化程序來驗(yàn)證物體檢測的準(zhǔn)確性。接著,針對(duì)漏檢、遮擋等現(xiàn)象,提出了基于匈牙利算法的多目標(biāo)跟蹤方法。先將上述物體檢測的中心點(diǎn)坐標(biāo)當(dāng)作瞄點(diǎn),以物體大小、位置、內(nèi)點(diǎn)個(gè)數(shù)、速度的累加權(quán)值作為判斷標(biāo)準(zhǔn),以二分圖的最大匹配思想,采用匈牙利算法進(jìn)行前、后幀的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。進(jìn)而采用卡爾曼濾波器對(duì)前一幀的預(yù)測值和這一幀的檢測值進(jìn)行濾波,得到這一幀物體的估計(jì)值。然后將估計(jì)值放入軌跡中,對(duì)未匹配成功的軌跡進(jìn)行持續(xù)預(yù)測從而爭取再次跟上漏檢的物體,對(duì)于未匹配成功的物體添加一條新的軌跡。最后進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。至此得到了環(huán)境中其他物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。最后,針對(duì)控制模塊難以跟蹤上軌跡的問題,提出了基于最小轉(zhuǎn)彎半徑約束的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。先通過veDYNA車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件,直觀了解了車輛不足轉(zhuǎn)向特性,通過建立車輛二自由度的橫向動(dòng)力學(xué)模型和Dugoff輪胎模型,定量分析了車輛最小轉(zhuǎn)向半徑與路面附著系數(shù)、縱向車速之間的關(guān)系。接著在理想結(jié)構(gòu)化道路的場景下做出簡單的決策指令。而后,將運(yùn)動(dòng)規(guī)劃分成路徑-速度解耦規(guī)劃,根據(jù)圓弧換道模型得出預(yù)瞄點(diǎn),再用三次樣條插值擬合路徑,在滿足約束的前提下規(guī)劃速度,從而得到軌跡序列點(diǎn)。最后在Udacity仿真平臺(tái)上驗(yàn)證了算法。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文研究現(xiàn)狀駕駛汽車研究現(xiàn)狀 80 年代，許多國家為了在保證人員生命安全的前提下對(duì)無人作戰(zhàn)系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的興趣。因此美國、法國等究機(jī)構(gòu)注入大規(guī)模資金。美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局于 2A 城市挑戰(zhàn)賽，在莫哈韋沙漠 11 輛無人駕駛車輛在有外賽，然而沒有一支車隊(duì)能安全到達(dá)終點(diǎn)，至此掀起了世潮[4]。緊接著第二屆比賽于 2005 年開始，共有世界各地其中表現(xiàn)最突出的是斯坦福大學(xué)的 Stanley 智能車。Sta，在第一代比賽用車的基礎(chǔ)上，有 1 個(gè)長距離毫米波雷達(dá)、1 個(gè) 360°激光雷達(dá)、1 個(gè)攝像頭和 1 個(gè) GPS/INS 設(shè)了超 5000 公里的測試。

圖 1-2 Waymo 無人駕駛汽車美國一家電動(dòng)汽車公司巨頭，，同時(shí)也是第一個(gè)量產(chǎn)3 所示是 Tesla 的硬件基礎(chǔ)，其中包括 8 個(gè)攝像頭、米波雷達(dá)[6]。然而特斯拉的無人駕駛汽車已經(jīng)造成多用激光雷達(dá)的廉價(jià)解決方案仍存在很大的安全隱患圖 1-3 Tesla 無人駕駛汽車研機(jī)構(gòu)對(duì)無人駕駛方向的研究起步較晚，1980 年，大學(xué)和沈陽自動(dòng)化研究所三個(gè)單位共同研發(fā)了遙控得了一些關(guān)鍵性的突破[7]。國內(nèi)無人駕駛汽車技術(shù)的
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U463.6;TN958.98

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱經(jīng)緯;芮挺;李決龍;方虎生;張金林;;基于蟻群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械手自組織逆運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[J];廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年02期

2 馬晨宇,李偉;機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題[J];電子技術(shù)應(yīng)用;1996年12期

3 張彭;蔣賢志;彭軍;;多機(jī)械手系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)[J];計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化;1989年02期

4 潘佳;Dinesh Manocha;;運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的高效配置空間構(gòu)建與優(yōu)化[J];Engineering;2015年01期

5 郝瑞;孟云鶴;郭勝鵬;;多約束航天器飛越式接近的兩級(jí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法[J];上海航天;2015年03期

6 段群杰;張銘鈞;;一種自適應(yīng)神經(jīng)模糊運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器設(shè)計(jì)[J];傳感器與微系統(tǒng);2007年02期

7 熊寧;邵世煌;;機(jī)器人在時(shí)變環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[J];中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào);1992年05期

8 藍(lán)夢露;賴叔朋;陳本美;;度量區(qū)間時(shí)序邏輯下四旋翼的集成任務(wù)與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃（英文）[J];控制理論與應(yīng)用;2019年11期

9 楊莉莉;;跳躍機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的數(shù)值算法研究[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2013年13期

10 王文博;;仿人機(jī)器人基本運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[J];硅谷;2010年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李偉;馬晨宇;陳祖舜;曹琦;;多自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[A];1996年中國智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];1996年

2 趙金剛;戈新生;;自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解空間雙臂機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的最優(yōu)控制問題[A];第九屆全國多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)暨第四屆全國航天動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2015年

3 孫寧;方勇純;馬博軍;;基于迭代策略的橋式吊車運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[A];第二十九屆中國控制會(huì)議論文集[C];2010年

4 張鑫辰;張軍;劉元盛;王慶閃;;智能車決策路徑規(guī)劃的研究進(jìn)展[A];中國計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會(huì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分會(huì)2019年第二十三屆網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)與應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2019年

5 吳思凡;杜煜;楊碩;杜晨;;基于A~*及其擴(kuò)展算法的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法研究[A];中國計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會(huì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分會(huì)2018年第二十二屆網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)與應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2018年

6 趙金剛;戈新生;;基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的輪式移動(dòng)機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的最優(yōu)控制研究[A];中國力學(xué)大會(huì)-2015論文摘要集[C];2015年

7 史先鵬;張波濤;劉士榮;吳秋軒;;面向任務(wù)的冗余移動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[A];第二十七屆中國控制會(huì)議論文集[C];2008年

8 董雪仰;陳凱捷;戈新生;;基于Gauss偽譜法的輪式移動(dòng)機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[A];中國力學(xué)大會(huì)-2015論文摘要集[C];2015年

9 陳振滿;趙娜;鄧宏彬;王超;;彈跳機(jī)器人最佳跳躍方式分析[A];第三屆中國指揮控制大會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2015年

10 肖軍;賈寧宇;于淼;席寧;;小型爬壁機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的研究[A];2007中國控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 首席記者 李榮;西安出臺(tái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃[N];各界導(dǎo)報(bào);2018年

2 記者 劉義;黔西南州多措并舉推進(jìn)旅游業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[N];貴州日?qǐng)?bào);2015年

3 本報(bào)記者 楚超;我國約半數(shù)老年人從不鍛煉[N];保健時(shí)報(bào);2018年

4 深圳特區(qū)報(bào)記者 匡天放;讓機(jī)器人更加“耳聰目明”[N];深圳特區(qū)報(bào);2013年

5 記者 陳姝;優(yōu)必選Walker本領(lǐng)變大了[N];深圳商報(bào);2020年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 盧興國;工業(yè)機(jī)器人模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 劉毅;6R型工業(yè)機(jī)器人裝配操作軌跡與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D];大連理工大學(xué);2018年

3 廖建峰;移動(dòng)機(jī)器人冗余特性下的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與協(xié)調(diào)控制[D];浙江大學(xué);2019年

4 陳楊;基于軌跡片段的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法及其在自主車輛中的應(yīng)用[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

5 王梅;多關(guān)節(jié)自治機(jī)器人系統(tǒng)分布式協(xié)作運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[D];浙江大學(xué);2007年

6 林怡青;自主機(jī)器人分布式結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[D];華南理工大學(xué);1998年

7 焦立男;地面移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的若干算法研究[D];南京理工大學(xué);2008年

8 閆慶輝;障礙環(huán)境下非完整輪式移動(dòng)操作機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

9 白有盾;面向高速精密定位的宏微復(fù)合直線平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[D];廣東工業(yè)大學(xué);2017年

10 劉爽;多機(jī)器人編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)則[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李明樵;基于激光雷達(dá)的智能汽車檢測跟蹤與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 代雪涵;基于高斯混合模型的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和路徑優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 徐文質(zhì);裝卸貨物機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2019年

4 杜哲;基于軌跡單元的水面無人艇運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

5 胡泰然;基于ROS的仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究與實(shí)現(xiàn)[D];武漢工程大學(xué);2018年

6 馬冀桐;非結(jié)構(gòu)環(huán)境下柑橘采摘機(jī)器人避障運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D];重慶理工大學(xué);2019年

7 王天舸;智能駕駛汽車運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制方法研究[D];吉林大學(xué);2019年

8 陳欣;自重構(gòu)衛(wèi)星的重構(gòu)路徑規(guī)劃算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

9 于振華;航天器近距離接近采樣運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

10 杜偉松;高速公路環(huán)境下的無人駕駛汽車運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D];重慶交通大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2604261