本文關(guān)鍵詞：智能車輛越野環(huán)境路徑規(guī)劃

  更多相關(guān)文章： 越野環(huán)境 路徑規(guī)劃 高安全性 維諾圖 可行路徑單元集

【摘要】：移動(dòng)機(jī)器人自從19世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái),得到了研究者們的廣泛關(guān)注。特別是隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展,移動(dòng)機(jī)器人逐漸從實(shí)驗(yàn)室開始走向社會(huì)生活,應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)、社會(huì)服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域。而隨著技術(shù)的進(jìn)步和不斷增長(zhǎng)的減少人員傷亡的需求,無(wú)人車在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸得到了各國(guó)的高度重視,許多國(guó)家紛紛加大了對(duì)軍用無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的研究力度。90年代后,自主式車輛技術(shù)及其他關(guān)鍵技術(shù)有突破性進(jìn)展,使自主式無(wú)人車得到了快速發(fā)展,美、俄、英、法等國(guó)已經(jīng)開展了不同水平的無(wú)人車輛研發(fā)計(jì)劃。與運(yùn)行在城市結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的移動(dòng)機(jī)器人不同,軍用無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境大都是非結(jié)構(gòu)化的越野環(huán)境。越野環(huán)境路面情況復(fù)雜,地形多樣,包括陡坡、凹坑、水體等各類障礙,這給無(wú)人車輛的運(yùn)行帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。首先在環(huán)境建模方面,如何正確地識(shí)別環(huán)境中這些危險(xiǎn)的路面區(qū)域是一個(gè)基本的問(wèn)題。其次在路徑規(guī)劃方面,如何在已有環(huán)境模型的基礎(chǔ)上,正確規(guī)劃一條適合車輛行駛的安全最優(yōu)路徑,并且滿足實(shí)時(shí)性需求也是一個(gè)令人關(guān)注的問(wèn)題。在現(xiàn)有的關(guān)于無(wú)人車路徑規(guī)劃技術(shù)的研究中,絕大部分都基于平面環(huán)境,并大都采取路徑長(zhǎng)度最短或時(shí)間最短為最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)。在越野環(huán)境中,復(fù)雜的地形情況使得繼續(xù)采用平面環(huán)境簡(jiǎn)單的路徑最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)將無(wú)法獲得令人滿意的結(jié)果。本文針對(duì)智能車在越野環(huán)境中的應(yīng)用需求,簡(jiǎn)要分析了無(wú)人車環(huán)境建模的方法。并且在環(huán)境模型準(zhǔn)確獲取的基礎(chǔ)上重點(diǎn)闡述路徑規(guī)劃的解決方法。在環(huán)境建模方面,針對(duì)陡坡、凹坑、水體等各類路面障礙的地形特點(diǎn),利用三維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)建立環(huán)境的柵格地圖。在該柵格地圖的基礎(chǔ)上,采用全局規(guī)劃與局部規(guī)劃相結(jié)合的路徑規(guī)劃策略進(jìn)行路徑搜索。全局規(guī)劃中,針對(duì)環(huán)境龐大而使得搜索算法收斂緩慢的問(wèn)題,提出使用維諾圖提取全局路網(wǎng),大大減小算法的搜索空間;同時(shí)針對(duì)路網(wǎng)搜索過(guò)程中可能出現(xiàn)的最優(yōu)性失效問(wèn)題,引入維諾不平度地圖充分考慮路網(wǎng)周圍區(qū)域的路面情況,從而保證算法能夠找到真正有利于車輛行駛的全局路徑。局部規(guī)劃跟蹤全局路徑,為保證局部規(guī)劃在跟蹤時(shí)具有更大靈活性,基于全局路徑提取了安全走廊;為保證局部規(guī)劃結(jié)果的可執(zhí)行性,采用單車模型生成可行路徑單元集進(jìn)行路徑組合;為進(jìn)一步提高局部規(guī)劃應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物的快速反應(yīng)能力,采用動(dòng)態(tài)窗口法縮小規(guī)劃考慮范圍。通過(guò)全局加局部的規(guī)劃策略,使得車輛能避開環(huán)境中危險(xiǎn)的路面區(qū)域,同時(shí)高效地進(jìn)行局部跟蹤,實(shí)現(xiàn)無(wú)人車在越野環(huán)境安全、有效地行駛。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),證明了該方法能夠快速的在越野環(huán)境中生成一條全局安全路徑,同時(shí)局部規(guī)劃能夠正確生成可行路徑并引導(dǎo)車輛進(jìn)行精確跟蹤,從而保證了車輛能夠安全準(zhǔn)確的到達(dá)目標(biāo)點(diǎn),很好的解決了無(wú)人車輛在越野環(huán)境中的路徑規(guī)劃問(wèn)題。
【關(guān)鍵詞】：越野環(huán)境 路徑規(guī)劃 高安全性 維諾圖 可行路徑單元集
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-36
• 1.1 無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的研究背景及研究現(xiàn)狀12-22
• 1.1.1 無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的研究背景12-13
• 1.1.2 美國(guó)無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.1.3 歐洲無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.1.4 無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.2 環(huán)境建模方法介紹22-25
• 1.2.1 可視圖法22-23
• 1.2.2 柵格法23-24
• 1.2.3 拓?fù)浞?/span>24
• 1.2.4 構(gòu)型空間法24-25
• 1.3 路徑規(guī)劃方法簡(jiǎn)介25-34
• 1.3.1 圖搜索法26-27
• 1.3.2 人工勢(shì)場(chǎng)法27-30
• 1.3.3 隨機(jī)地圖法30-32
• 1.3.4 智能化算法32-34
• 1.4 本文研究的主要工作34-36
• 1.4.1 本文研究的目的和意義34
• 1.4.2 本文研究的主要內(nèi)容和方法34-36
• 第2章 越野環(huán)境建模36-42
• 2.1 三維激光雷達(dá)介紹36-38
• 2.1.1 激光雷達(dá)的測(cè)量模型37-38
• 2.2 越野環(huán)境地形要素檢測(cè)38-41
• 2.2.1 坡面障礙檢測(cè)38-39
• 2.2.2 凹障礙檢測(cè)39-40
• 2.2.3 水體障礙檢測(cè)40-41
• 2.3 本章總結(jié)41-42
• 第3章 基于維諾圖的全局路徑規(guī)劃42-55
• 3.1 維諾圖簡(jiǎn)介43-47
• 3.1.1 維諾圖定義及其應(yīng)用43-45
• 3.1.2 維諾圖的生成方法45-47
• 3.2 維諾路網(wǎng)47-49
• 3.3 路網(wǎng)搜索的缺陷49-50
• 3.4 維諾不平度地圖50-53
• 3.5 基于安全性的搜索代價(jià)函數(shù)53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第4章 基于可行路徑單元集的局部路徑規(guī)劃55-72
• 4.1 全局路徑的跟蹤55-61
• 4.1.1 Pure-pursuit跟蹤方法55-58
• 4.1.2 安全走廊58-61
• 4.2 可行路徑單元集61-69
• 4.2.1 單車模型61-64
• 4.2.2 基本集與擴(kuò)展集64-69
• 4.3 動(dòng)態(tài)窗口法69-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 第5章 仿真實(shí)驗(yàn)72-92
• 5.1 仿真平臺(tái)介紹72-76
• 5.2 全局規(guī)劃實(shí)驗(yàn)76-83
• 5.2.1 維諾不平度地圖實(shí)驗(yàn)77-79
• 5.2.2 全局規(guī)劃對(duì)比實(shí)驗(yàn)79-82
• 5.2.3 全局規(guī)劃實(shí)驗(yàn)總結(jié)82-83
• 5.3 局部規(guī)劃實(shí)驗(yàn)83-90
• 5.3.1 規(guī)劃程序與Vrep仿真環(huán)境的對(duì)接83-85
• 5.3.2 動(dòng)態(tài)窗口局部規(guī)劃85-90
• 5.3.3 局部規(guī)劃總結(jié)90
• 5.4 本章總結(jié)90-92
• 第6章 總結(jié)與展望92-95
• 6.1 本文的研究成果92-93
• 6.2 本文的研究創(chuàng)新點(diǎn)93
• 6.3 未來(lái)工作展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-101
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單101-102
• 致謝102

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本文編號(hào)：533749