超声波自主探路车的设计

论文摘要

设计中的超声波自主探路车系统,其本质上是自主导航的轮式移动机器人。系统通过超声波测距来获取周边的环境信息,通过对环境信息的处理分析,决定探路车每一步的行动。探路车的测距系统,采取了用步进电机驱动超声传感器做扇形扫描的办法。超声传感器在步进电机的驱动下,以固定的角度步进转动。每转到一个角度上,测距系统就测取该方向上的障碍物的距离,使系统获得兼有方向和距离的障碍物位置信息。进而依据连续的障碍物信息,对行驶环境做出准确判断,正确决定探路车每一步的行驶。转弯是轮式移动机器人最重要的运动形式。系统通过精确地计算车辆的转弯半径,增强了系统的转弯能力,提高了探路车转弯行驶的效率。探路车系统各方面的参数,是根据实际情况,动态设定的。并且各参数之间联系紧密,能使系统拥有更高的效率。行动决策是探路车系统中最重要的一个部分。系统设计了多种行驶模式,尤其设计了可以在无法预知通行路径的情况下使用的循线行驶模式,分别应对系统在不同环境下的决策和行动。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无人驾驶车辆
• 1.1.1 无人驾驶车的概念和发展意义
• 1.1.2 无人驾驶车辆技术的研究发展历程
• 1.1.3 无人驾驶车辆技术的关键技术
• 1.1.4 无人驾驶车辆的发展方向
• 1.2 特种机器人
• 1.2.1 特种机器人的概念和特点
• 1.2.2 特种机器人的研究发展状态
• 1.2.3 特种机器人的基本技术与基本科学问题
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 基于距离测量的环境信息获取
• 2.1 选用超声波测距方法获取环境信息
• 2.2 通过超声波测距获取环境信息的方法的缺陷
• 2.2.1 超声波测距的原理
• 2.2.2 超声波测距的有效探测范围
• 2.2.3 超声波测距的缺点
• 2.2.4 以往的设计方法的缺陷
• 2.3 使用扇形扫描方法获取准确的环境信息
• 2.3.1 扇形扫描方法
• 2.3.2 扇形扫描的优点
• 2.3.3 扇形扫描方法的探测效果
• 2.4 本章小结
• 第3章 探路车的转弯行驶办法
• 3.1 通过精确计算转弯半径提高系统的转弯能力
• 3.2 探路车的基本构造和转弯特性
• 3.3 探路车转弯半径的计算
• 3.3.1 外侧转弯半径的计算
• 3.3.2 外侧转弯半径计算结果的分析选用
• 3.3.3 内侧转弯半径的计算
• 3.3.4 内侧转弯半径计算结果的分析选用
• 3.3.5 转弯半径的最终决定
• 3.4 本章小结
• 第4章 探路车各方面性能参数的设定
• 4.1 影响系统参数设定的有关因素
• 4.1.1 超声测距系统的温度补偿
• 4.1.2 系统实时性的不足
• 4.2 系统在行进状态下各个参数的确定
• 4.2.1 由实时性不足决定的行驶状态下系统的探测角度范围
• 4.2.2 由超声波测距的特性决定的测距系统扫描角速度
• 4.2.3 由系统实时性不足决定的探路车行驶速度
• 4.2.4 在行驶状态下产生的测距误差的校正
• 4.3 本章小结
• 第5章 探路车的行动办法
• 5.1 探路车行驶大方向的确定
• 5.2 探路车系统的两种行驶模式
• 5.2.1 探路车的两种行驶模式
• 5.2.2 两种行驶环境的判别
• 5.3 系统在复杂环境下的循线行驶模式
• 5.3.1 选用循线行驶的复杂行驶环境
• 5.3.2 循线行驶的特点
• 5.3.3 探路车系统的循线行驶模式
• 5.3.4 系统对循线缺口的处理办法
• 5.4 系统在复杂环境下的一般行驶模式
• 5.5 系统的倒行模式
• 5.6 本章小结
• 第6章 超声测距系统的设计
• 6.1 超声测距系统的原理和基本结构
• 6.2 超声换能器的结构和原理
• 6.3 超声测距系统的两个特性
• 6.3.1 超声测距系统的探测死区
• 6.3.2 超声测距系统的温度补偿
• 6.4 测距系统收发电路的硬件实现
• 6.4.1 发射驱动电路
• 6.4.2 接收整形放大电路
• 6.4.3 比较触发电路
• 6.5 PIC 单片机的选用
• 6.5.1 PIC16F873 单片机的介绍
• 6.5.2 单片机测距电路
• 6.6 本章小结
• 第7章 电机的控制和驱动
• 7.1 步进电机驱动电路
• 7.1.1 步进电机的选用
• 7.1.2 步进电机的控制驱动
• 7.2 直流电机的驱动
• 7.3 本章小结
• 第8章 探路车可执行的任务
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录