小车自动避障及路径规划样本.doc

第3章系统总体构造及工作原理该系统重要以超声波测距为基本测距原理，并在相应硬件和软件支持下，达到机器人避障效果。3.1机器人总体硬件设计3.1.1传感器分布规定为了全方位检测障物分布状况，并及时为机器人系统提供全面数据，可将所需八个传感器均匀排列在机器人周边，相邻每对传感器互成45度角。为了避免互相干扰，八个传感器以程序运营周期为周期，进行循环测距。传感器排列示意图如下：d0d1d2d3d4d5d6d7图3.1.1传感器分布图3.1.2避障系统总体电路框架图设计红外传感器A/D转换单片机左侧电机超声波信号右侧电机LED显示LED显示图3.1.2硬件设计总体框架图上图为支持机器人运营实用程序硬件某些总体设计框架图，由负责有关任务同窗提供。在超声波信号输入单片机后来，由存储在单片机中主程序调用避障子程序，依照输入信号执行避障指令，并使有关数据返回主程序，转而提供应电机和LED显示屏驱动程序使用，最后，由电机执行转向指令，成果则显示在LED显示屏上。3.1.3避障系统总体软件框架图设计开始初始化，开中断有按键？键盘解决按下键值X？运营红外避障运营超声波避障电机解决程序电机解决程序输出显示结束返回运营显示解决图3.1.3软件总体框架图由上图可知，本文作者负责超声波避障程序为软件总体设计中子程序某些。在主程序运营过程中，若调用超声波避障程序，机器人在自行轨迹规划后，将程序解决所得数据送给电机解决成立程序，控制电机动作。详细避障程序设计将在第4章进行。3.2超声波测距原理测距原理：超声波是指频率高于20KHz机械波。为了以超声波作为检测手段，必要产生超生波和接受超声波。完毕这种功能装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接受器，但一种超声波传感器也可具备发送和接受声波双重作用。超声波传感器是运用压电效应原理将电能和超声波互相转化即在发射超声波时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波时候，则将超声振动转换成电信号。[8]超声波测距原理普通采用渡越时间法TOF（timeofflight）。一方面测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历时间，再乘以超声波速度就得到二倍声源与障碍物之间距离，即：[8]D=ct/2其中D为传感器与障碍物之间距离，以m计，c为超声波速度，这里以340m/s计，t为超声波从发送到接受总时间，以s计。据此原理可以用超声波传感器测得距离为避障程序提供所需数据。[8]第4章轨迹规划算法实现方案4.1轨迹规划算法层次化设计依照上述材料分析，可以将机器人轨迹规划算法设计分为基本控制层、行为控制层和坐标计算层，三个层次进行。4.1.1基本控制层设计基本控制层可定义为基本行为层，这层算法任务是寻找目的点，并保证机器人可以顺利到达指定目的位。在拟定目地位置状况下，为了达到上述目，计算机必要对机器人方位进行时实计算。应用人工势场法原理，可以将目的点设为引力极，牵引机器人运动。对此动作建立相应模型，可以使用建立平面坐标作为虚拟势场办法来给机器人定义方位，将机器人关于目的点时实偏角作为虚拟引力方向，以拟定机器人下一步所需转过角度，并时实检测，与否已到达目地，若已到达，则可以为虚拟引力此刻为0，并发出信号控制程序终结运营总体程序。由此，可拟定基本控制层所需各参数：机器人时实坐标x，y值，由专门坐标计算层提供，为了提高精准度，可以采用厘米为单位制。机器人速度v，测量后设为定值使用。周期T，直接设立为定值使用。偏转角de，可通过机器人与横坐标之间夹角pe，减去机器人到目的点连线与横坐标夹角E得到。终结信号last值先置为0，当到达目地时，将其置为1。基本控制层程序流程图如下：数据读入1计算偏转角de判断与否到达目的将last值置1数据输出2YN图4.1.1基本控制层程序流程图4.1.2行为控制层行为控制层是比基本控制层更复杂，更具备决定权层次。它存在决定了机器人智能避障行为可行性，是相称重要算法层。其重要任务是让机器人依照超声波传感器采集距离信息判断与否该进行避障行为，且给出避障转角值，及转向。这些都以左右综合距离大小决定，当左边综合距离不不大于友边综合距离时，可以为左边斥力值大与右边斥力值，机器人左转，反之，右转。当前方综合距离不大于设定最小容许接近距离，而左右综合距离又相等时，则需要设立专门转角，对机器人施行强制性转角动作。据此，可将各控制变量之间关系以数学公式形式列出，并做为“人工势场法”基本数学模型被运用于程序流程图设计。设声纳Si输出为di，转角de和速度v表达控制层行为输出，其中de表达机器人下一步运动方向，v表达机器人下一步运动速度。那么，基于势场控制行为可以表达如下。de=meL<Mmin∩R<Mminde=de0R>=Lde=-de0L>R上式中L表达机器人左边障碍物逼近限度，依照