基于多种传感器的自动导航小车避障的研究

论文摘要

本文使用了超声波传感器和红外开关对自动导航小车周围的环境进行探测,并且利用工控机对超声波传感器所探得的障碍物信息进行处理,最终通过一种改进的模糊神经控制算法来完成障碍物的识别,从而实现了自动导航小车的自主避障。针对自动导航小车行驶中的安全问题,设计了一种近距离障碍物实时检测系统,较好地实现了对自动导航小车周围障碍物的实时测距,并通过人机交互,将信息实时反馈给用户进行适当处理。论文具体内容如下所示:系统硬件包括超声波测距传感器、工控机和其它连接器件。超声波测距传感器用来探测障碍物,利用红外开关对超声波传感器的测距盲区进行补偿,工控机是系统的数据采集控制站,控制4组超声波测距传感器和红外开关,进行数据的处理,发出控制信号,驱动执行机构,实现障碍物智能判别,使自动导航小车自动避障。系统软件包括数据采集模块和数据处理模块。数据采集模块用来实现对超声波信号发射的控制,数据输入/输出通道的开闭。数据处理模块用来计算障碍物的距离,判断障碍物方位并发出控制指令。软件使用编程语言VC++来编写。经联机调试及部分功能的测试,所设计的超声波传感器系统可实现对周围环境里障碍物的探测;障碍物判别系统将能够保障自动导航小车的安全行驶,系统基本达到了设计要求,运行稳定。另外,设计并制作了语音控制小车系统。该设计以凌阳单片机SPCE061A为核心控制部件,减速直流电机LS17RU419i,电机驱动芯片L298N,红外线光电传感器TCRT5000,反射式红外传感器ST178等为主要元件,智能控制技术为理论基础,论证了该方案的可行性。系统紧紧抓住了凌阳单片机的优点,围绕它设计和编制了语音控制小车软件部分,并应用了凌阳单片机SPCE061A的语音模块。本方案充分利用了凌阳单片机的强大的编程,语音处理,中断以及多功能的输入输出口,并且操作简单,易于修改,经调试达到了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 机器人概述
• 1.1.1 机器人的发展历程回顾
• 1.1.2 机器人的现状
• 1.1.3 自动导航小车的发展及应用
• 1.2 自动导航小车研究中的关键技术
• 1.2.1 体系结构及其优化设计技术
• 1.2.2 多传感器信息融合技术
• 1.2.3 导航和定位技术
• 1.2.4 路径规划技术
• 1.3 论文选题的意义和研究内容
• 1.3.1 论文选题的意义
• 1.3.2 论文研究的主要内容及结构安排
• 2 自动导航小车硬件平台的分析与设计
• 2.1 AGV 系统
• 2.1.1 AGV 的定义及特点
• 2.1.2 AGV 系统的组成
• 2.2 AGV 平台简介
• 2.2.1 AGV 的车体结构
• 2.2.2 AGV 的控制原理
• 2.3 硬件系统
• 2.3.1 计算机模块
• 2.3.2 运动控制模块
• 2.3.3 传感器模块
• 2.3.4 电子罗盘模块
• 2.3.5 电源模块
• 2.3.6 机械结构
• 2.4 软件系统
• 2.5 本章小结
• 3 避障过程中信息的采集与处理
• 3.1 传感器技术
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 用于自动导航小车避障的传感器
• 3.2 传感器模块的分析与设计
• 3.2.1 超声波传感器的分析与设计
• 3.2.2 红外开关的分析与设计
• 3.2.3 陀螺仪的分析与设计
• 3.3 USB 采集卡的分析与设计
• 3.3.1 USB 采集卡概述
• 3.3.2 USB 采集卡的工作原理
• 3.3.3 USB 采集卡软件测试程序设计及其函数介绍
• 3.3.4 距离信息采集系统的软件设计
• 3.4 运动驱动一体化控制器的分析与设计
• 3.4.1 系统总体介绍
• 3.4.2 电源系统
• 3.4.3 系统连接
• 3.4.4 电机连接
• 3.4.5 系统参数设定
• 3.5 本章小结
• 4 自动导航小车避障系统的软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 编程软件Visual C++简介
• 4.3 避障软件的设计流程
• 4.3.1 总体设计过程及思想
• 4.3.2 各模块的功能及其实现
• 4.3.3 AGV 避障功能设计
• 4.4 自动导航小车避障的控制算法
• 4.4.1 自动导航小车避障控制算法概述
• 4.4.2 一种改进的模糊神经控制算法
• 4.5 避障软件的设计及实现
• 4.5.1 软件开发说明
• 4.5.2 系统初始化
• 4.5.3 具体功能实现
• 4.6 避障系统
• 4.6.1 自动导航小车避障的机械系统
• 4.6.2 自动导航小车避障的控制系统
• 4.7 本章小结
• 5 模拟AGV 的音控小车的设计与制作
• 5.1 概述
• 5.2 系统设计方案
• 5.3 主控芯片简介
• 5.4 声控小车设计
• 5.4.1 主要元器件介绍
• 5.4.2 硬件电路设计
• 5.4.3 软件设计
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间的研究成果及发表的学术论文