未知环境下基于行为的智能探测车避障控制研究

论文摘要

智能探测车属于智能移动机器人范畴。随着应用范围的不断拓宽,智能探测车所面临的工作环境也越来越复杂,往往是未知的、非结构化的,所以,智能探测车要在这种环境下实时地、安全地完成各种探测任务,避障控制系统的设计是智能探测车设计的关键部分之一,也是智能探测车智能化的重要体现。本文采用超声波传感器对智能探测车周围的障碍物环境进行了探测,并且利用DSP技术对超声波传感器所测得的障碍物距离信息进行了计算分析,最后通过基于行为的智能控制方法实现了智能探测车的避障控制。本文研究的主要内容如下:（1）采用三路超声波传感器对智能探测车周围的障碍物环境信息进行采集,设计了基于TMS320F2812 DSP控制器的整个超声波测距系统的软件和硬件,并且进行了超声波测距实验。（2）将模糊控制方法融入到基于行为的智能控制方法中,设计了智能探测车自主避障过程中的四个基本行为:趋向目标点行为、避障行为、追踪行为和解除死锁行为,并对四个基本行为分别进行了仿真,验证了所设计的模糊控制器的有效性。（3）设计了未知环境下基于行为的避障控制算法,主要包括两方面的内容:基于行为仲裁机制的避障控制算法以及基于两级BP神经网络行为融合的避障控制算法,通过仿真验证了两种避障算法的有效性和可行性,并开发了基于Visual C++和MATLAB混合编程的智能探测车避障仿真平台。（4）设计了智能探测车避障控制系统的串口通信控制软件,并以智能探测车模型做为被控对象,将硬件系统和软件系统进行了联合调试,在有障碍物的环境下,进行了实车避障试验。试验结果与仿真的避障过程相吻合,由此验证了所设计的避障控制系统的有效性。综上所述,本文主要对未知环境下智能探测车的避障控制系统进行了软、硬件设计,并对避障控制算法进行了仿真,最后进行了实车避障试验。试验结果表明所设计的避障控制系统能够满足未知环境下智能探测车的避障要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外智能探测车的发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 未知环境下避障技术的研究现状
• 1.3.1 基于行为的智能控制方法研究现状
• 1.3.2 其它避障控制方法研究现状
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 智能探测车外部环境信息获取
• 2.1 引言
• 2.2 超声波传感器及其测距原理
• 2.3 基于 DSP 的测距系统硬件设计
• 2.3.1 DSP 控制器
• 2.3.2 智能超声波传感器工作原理
• 2.3.3 三路超声波传感器发射接收控制电路
• 2.4 基于 DSP 的测距系统软件设计
• 2.4.1 下位机距离信息采集处理模块
• 2.4.2 串行通信模块
• 2.5 超声波测距实验
• 2.6 本章小结
• 第三章 智能探测车避障基本行为设计和仿真
• 3.1 引言
• 3.2 模糊控制理论
• 3.2.1 模糊控制系统的组成
• 3.2.2 模糊控制器的基本结构
• 3.2.3 模糊控制器的设计
• 3.3 智能探测车避障基本行为设计和仿真
• 3.3.1 环境坐标系和控制变量
• 3.3.2 趋向目标点行为的设计和仿真
• 3.3.3 避障行为的设计和仿真
• 3.3.4 追踪行为的设计和仿真
• 3.3.5 解除死锁行为的设计和仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于行为的避障控制算法
• 4.1 引言
• 4.2 BP 神经网络理论
• 4.2.1 BP 神经网络学习过程
• 4.2.2 隐含层数目确定方法
• 4.3 基于行为仲裁机制的避障控制算法设计及仿真
• 4.3.1 基于行为仲裁机制的避障控制算法概述
• 4.3.2 基于行为仲裁机制的避障控制算法仿真
• 4.4 基于行为融合机制的避障控制算法设计及仿真
• 4.4.1 基于行为融合机制的避障控制算法概述
• 4.4.2 基于BP 神经网络的环境分类器设计
• 4.4.3 基于BP 神经网络的权重调整器设计
• 4.4.4 基于行为融合机制的避障控制算法仿真
• 4.5 两种机制仿真结果对比分析
• 4.6 智能探测车避障仿真平台
• 4.6.1 Visual C++与MATLAB 混合编程方法
• 4.6.2 接口编译环境设置
• 4.6.3 智能探测车避障仿真平台功能设计
• 4.6.4 智能探测车避障仿真平台功能实现
• 4.7 本章小结
• 第五章 智能探测车避障控制试验
• 5.1 引言
• 5.2 智能探测车模型简介
• 5.3 智能探测车串口通信控制软件设计
• 5.3.1 MSComm 控件简介
• 5.3.2 串口通信控制软件设计
• 5.4 智能探测车避障控制试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间参与的科研工作及研究成果