自主避障是保證農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航應(yīng)用可靠性與安全性的關(guān)鍵技術(shù)。本文以激光測(cè)距儀為主要傳感器,通過(guò)對(duì)斥力勢(shì)場(chǎng)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn),提出一種基于改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法的農(nóng)機(jī)避障方法。以激光測(cè)距儀獲取的障礙物距離信息為依據(jù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的障礙物避障繞行�；赗OS系統(tǒng)在Gazebo中搭建仿真環(huán)境進(jìn)行仿真試驗(yàn),結(jié)果表明車輛能夠完成局部路徑規(guī)劃任務(wù)且在路徑光滑度方面具有一定的優(yōu)越性;以改裝后的SH-GL型農(nóng)用電動(dòng)車為平臺(tái)設(shè)計(jì)了PID控制器并進(jìn)行實(shí)地避障試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)車輛以0.5 m/s的速度行進(jìn)時(shí),針對(duì)不同位置的障礙物,均可在半徑為350 cm的避讓區(qū)內(nèi)完成最優(yōu)局部路徑規(guī)劃,有效克服傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)自主避障作業(yè)。

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【部分圖文】：

圖1 人工勢(shì)場(chǎng)法

人工勢(shì)場(chǎng)法通過(guò)對(duì)引力場(chǎng)和斥力場(chǎng)進(jìn)行模擬,引導(dǎo)物體朝目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng),避免與障礙物發(fā)生碰撞。物體在勢(shì)場(chǎng)中每一點(diǎn)所受的合力等于該點(diǎn)所有斥力和引力之和。其中物體所受力的大小與距離有關(guān),當(dāng)距離目標(biāo)點(diǎn)越近時(shí),引力函數(shù)越大;當(dāng)距離障礙物較近時(shí),斥力函數(shù)則越大。相應(yīng)的引力

圖2 車輛與目標(biāo)點(diǎn)和障礙物共線

針對(duì)傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法存在目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題,分兩種情況進(jìn)行討論:(1)當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)與障礙物相距較近時(shí),存在斥力大于引力的情況,使車輛永遠(yuǎn)無(wú)法到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。(2)當(dāng)障礙物與目標(biāo)點(diǎn)和車輛共線且位于二者之間時(shí),如圖2所示,在車輛向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,必然存在合力為零的情況,此時(shí)車輛將在該點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)....

圖3 車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

不考慮輪胎與地面的側(cè)向滑動(dòng),建立如圖3所示的輪式車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。根據(jù)圖3車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,可得

圖4 導(dǎo)航控制系統(tǒng)框圖

PID控制器是一種按照反饋偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制器,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、魯棒性強(qiáng)且易于調(diào)控,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。本研究采用PID控制器實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)避障。如圖4所示,農(nóng)機(jī)通過(guò)激光傳感器檢測(cè)到前方障礙物信息后,首先基于上述改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法完成局....

本文編號(hào)：4026115