复杂动态环境下智能汽车局部路径规划与跟踪算法研究

路径规划及路径跟踪控制是智能汽车研究的关键技术，而复杂、时变的交通环境给智能汽车的路径规划与跟踪提出严苛要求。针对现有局部路径规划方法只适用于较为简单的工况，无法应对多车道、多静/动态障碍等复杂工况的问题，提出一种基于离散优化思想的动态路径规划算法。该算法利用样条曲线曲率变化均匀的特性，在s-ρ曲线坐标系中生成了一组参数化候选路径簇；考虑动态碰撞安全影响，在碰撞带约束下结合道路法规限制及车辆动态安全要求，规划车辆速度；此外，综合考虑静态安全性、舒适性、目标车道、道路占用率等影响因素，以选择最优路径。在路径跟踪层面，基于预瞄理论设计鲁棒性好、跟踪精度高的分数阶PID路径跟踪控制器，以跟踪误差最小为目标，采用粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定。最后，基于Simulink/CarSim建立联合仿真平台，设计多车道，多静/动态障碍的复杂工况以验证该算法的有效性。研究结果表明：由于在评价函数中引入动态安全评价指标、目标车道评价指标以及道路占用率指标，极大地提升了规划器性能，使车辆在行驶过程中根据驾驶环境自主调整速度，降低换道次数，从而保证智能汽车的主动安全性能，提升了通行效率，使该算法能够较好地处理复杂动态环境下的避障问题。     

基于动态交通分配的应急路径规划

为了提高在应急救援与疏散工作中的应急交通效率,针对已有相关算法未考虑交通问题动态性的不足,提出了1个基于动态交通分配的应急路径规划算法。给出了问题的定义,设计了1个基于仿真的动态交通分配模型,给出了基于动态交通分配的算法求解步骤。通过北京市路网数据对算法进行验证,证明了算法的可行性与有效性。     

不同焊接路径下的弧焊机器人焊接实验研究

为提升焊接机器人的焊接效率与柔性水平,本文通过结合激光视觉模块与焊接路径规划模块,将焊接路径算法融入路径规划系统中,从而实现焊接零件多规格、多品种的柔性焊接.     

基于动态窗口和绕墙走的自动垂直泊车轨迹规划

针对现有自动垂直泊车轨迹规划因需要轨迹数学模型而灵活性差和采用开环离线规划而无法动态调整路径的问题,提出一种基于动态窗口和绕墙走策略的垂直泊车轨迹规划方法.将轨迹规划问题解耦为与时间无关的路径规划和与时间相关的速度规划,并在分析车辆阿克曼转向特性的基础上,通过绕墙走策略实现无先验轨迹模型的路径规划.同时将绕墙走路径作为全局启发信息,用于驱动基于模型预测控制的动态窗口法进行速度规划,其反馈优化特点能够对路径进行局部动态调整.仿真实验结果表明,该方法能够在控制、定位精度0.2 m的情况下,安全有效地完成车辆垂直泊车,且能动态地对车辆路线进行局部调整.      

基于DBSCAN与二分法的混合A*路径规划方法EI北大核心CSCD

在多障碍物非结构化场景中,传统混合A*算法存在计算效率低、路径平滑性差的问题。针对该问题,本文提出了一种基于密度聚类算法(density-based clustering,简称DBSCAN)与二分法的混合A*路径规划方法。首先,设计基于DBSCAN算法的障碍物聚类方法,简化多障碍物非结构化场景,避免混合A*算法在类U形障碍物群附近的无效节点拓展,有效提高算法效率。然后,提出基于二分法的状态节点拓展策略,能够在不显著增加混合A*算法计算复杂度的前提下,搜索出一条更平滑的路径。最后,基于MATLAB进行仿真。结果表明,在多障碍物非结构化场景中,本文提出的改进混合A*算法可以显著提升计算效率并改善路径平滑性。     

基于采集路网地图的路径规划算法分析

自动驾驶系统一般由感知,决策规划和控制等模块组成,随着研究的深入,决策规划在系统中的作用越来越明显,在规划过程中首先需要解决的是针对各种交通场景做出合理的决策方案。文章提出将路径规划和速度规划分开的设计思路用于自动驾驶的实时路径规划。首先基于封闭场景下采集的高精地图,利用采样方法生成若干可供选择的路径,并结合碰撞检测选择最佳路径;其次基于舒适度对生成的路径进行速度规划;最后通过实车测试验证该方法的有效性。     

面向交通枢纽的车辆三维真实感实时仿真

为分析和解决城市交通拥挤问题并提高城市道路利用率提供可行的途径,提出了一种面向交通枢纽的车辆运行仿真方法,通过场景、道路与车辆的三维动态建模,实现交通枢纽交通状况的实时真实感仿真.首先,提出了基于道路关键点连接网络模型表示交通枢纽的通行道路.其次,基于粒子系统实现车辆的动态运行实时仿真,并采用基于空间剖分的车辆碰撞检测方法对车辆运动控制算法进行了优化.最终,通过对路段的动态观测和反馈机制实现车辆行驶路线的规划和调度.实验结果表明,本文提出的方法可以生动直观地呈现实际路面的交通状况,并且能以较为流畅的帧速率实现交通场景的动态仿真.     

喷浆机器人自适应喷涂路径规划研究

为解决目前喷涂作业过程中环境精确感知难、喷涂效果评价难、喷涂路径规划复杂等问题，针对感知识别与路径规划技术进行研究。由于传统喷浆设备喷涂误差累计及不确定性，造成每环喷涂质量参差不齐及回弹量、剥落量居高不下，采用基于轴线归一法的隧道模型构建和多工序扫描策略，实现隧道环境识别、车体定位和喷涂质量感知，提高喷浆机器人外部环境感知能力； 针对传统喷浆设备对多变复杂异构隧道适应能力差，导致无法灵活调整喷涂轨迹问题，提出多工况感知识别及路径规划策略，研究设计最优喷涂路径规划、减少直喷拱架的连续喷涂路径规划方法，降低喷浆机器人与隧道开挖工法的耦合性。在郭达山隧道、任家沟隧道等项目应用，感知识别断面拱架准确率达93%，定位精度、臂姿解算补偿误差控制在50 mm以内，验收质量合格情况下综合回弹率降低至11.9%。     

基于电子海图矢量数据建模的无人船路径规划

栅格地图在自主船路径规划领域应用广泛.为解决栅格地图在表示多种类型障碍物共存的复杂环境时所存在精度不高及路径可靠性不足的问题,提出一种基于电子海图矢量数据——点、线、面要素建立精确环境势场的方法,可用于描述不同类型障碍物及狭窄水域.在此基础上,改进了基于静态环境势场及动态环境引力和斥力的混合路径规划算法,并结合M ariner典型船型及比例微分控制,进行了多船多障碍动态环境和狭窄水域静态环境的仿真测试.试验结果表明,该算法实现了《国际海上避碰规则》约束下的船舶实时自主避碰,并兼顾多种形状和类型的障碍物.建模方法简单实用,具有与电子海图显示与信息系统相结合的潜力.      

机器人在汽车制造领域中的应用分析

随着科学技术进步与发展,当前制造业已经进入智能化时代,汽车制造领域中逐步应用工业机器人,机器人发展呈现智能化.通过合理利用机器人,可以改善传统制造方法的不足,提高汽车制造质量与效率.文中以汽车制造领域为着手点,分析机器人的优势,探讨汽车制造领域中如何有效应用机器人,推动汽车制造产业的稳步发展.     

基于改进人工势场法的汽车弯道超车路径规划与跟踪控制

本文中针对无人驾驶汽车弯道超车工况,提出一种基于改进人工势场法的汽车弯道超车路径规划算法,以及一种基于线性鲁棒控制理论的汽车弯道超车路径跟踪最优保性能控制策略。首先,分别基于螺旋下降函数、斜坡正弦函数和指数函数构建弯道引力势能场、同车道行驶较慢车辆斥力势能场和弯道边界斥力势能场,三者构成汽车弯道超车路径的搜索空间。随后,设计一种可应用于动态环境的增量搜索算法,逐步搜索汽车弯道超车路径搜索空间的最快下降方向,进而规划出汽车弯道超车路径。为执行规划出的汽车弯道超车路径,以线性2自由度汽车动力学模型为基础建立包含参数摄动的汽车弯道超车路径跟踪误差动态模型,并基于线性鲁棒控制法设计汽车弯道超车路径跟踪最优保性能控制策略。最后,仿真验证所提出的汽车弯道超车路径规划算法和路径跟踪最优保性能控制策略的可行性和有效性,结果表明:所提出的路径规划算法和跟踪控制策略可安全、舒适地引导汽车完成弯道超车工况。     

基于图优化的室外无人车多图层地图构建

地图构建是实现无人驾驶的重要前提,针对传统单一地图无法准确实现无人车自主导航的问题,本文中提出一种低成本的室外多图层地图,分轨迹层-静态层-动态层.轨迹层为GNSS拓扑地图,静态层为基于图优化构建的点云-栅格地图,动态层为实时激光点云信息.首先轨迹层的绝对位置信息用于实现无人车的全局路径规划,然后基于动态层实时信息与静...     

基于预测模型的无人赛车路径规划算法研究

针对无人驾驶电动方程式赛车极限工况下的路径规划问题，提出一种基于预测模型的无人赛车路径规划算法。通过目标函数设计将路径规划问题转化为最优化问题，并将车辆动力学预测模型作为等式约束，依据赛车的稳态行驶特性，构建赛车行驶稳定性组合约束，并综合考虑边界约束，生成满足赛车行驶要求的路径。在不同附着条件下进行了仿真测试，结果表明，在满足实时性要求的前提下，所提出的算法能够有效减小车辆前、后轴侧滑的风险，且在多项指标上优于RRT*算法以及基于三次自然样条曲线的最优二次轨迹规划方法。     

桥梁检测的爬壁机器人足力优化方法设计

为了解决当前桥梁裂缝检测中人工检测效率低安全性差等问题,设计了一种六足爬壁机器人。文章提出了桥梁检测多足爬壁机器人的总体设计方案,采用真空吸附的电机驱动的六足爬壁机器人,并且完成了部分运动控制系统的设计。其次,对机器人控制系统的硬软件系统进行了设计,确定CAN总线的控制系统,利用蚁群算法进行路径规划,选择三角步态规划和末端轨迹曲线等。最后,提出多足爬壁机器人足力优化分配方法。     

基于RGB-D SLAM的智能车自主避障与路径规划试验研究

针对GPS信号弱、导航数据缺失场景下自主移动车辆难以精准定位的问题,采用即时定位与地图构建(SLAM技术实现未知环境下无人小车地图构建与自主定位功能,采用动态A*算法实现了无人小车的避障与路径规划。分别进行了验证试验和未知环境下局部路径规划及全局路径规划试验,结果表明,提出的方案能有效地控制小车自主规划路径,避开障碍物到达目的地。     

基于遗传算法的工业机器人时间最优轨迹规划及仿真研究

“中国制造2025”战略的提出,给工业自动化的发展与应用带来了更加广阔的空间。工业机器人作为智能化工业生产的重要组成部分之一,其作业质量与工作效率,直接影响到我国工业现代化的实现速度。本文以工业机器人的轨迹规划作为研究方向,首先概述了工业机器人技术发展状况和应用前景;然后详细分析了遗传算法的工作原理与工业机器人轨迹规划时间最优问题;并以PUMA560工业机器人作为课题的研究对象,通过数学遗传算法函数规划的方式,探究工业机器人时间轨迹规划的最优计算方法;最后利用MATLAB实现程序代码编程、优化与仿真,建立规范化的最优轨迹方案。仿真结果证明,PUMA560工业机器人能够在特定遗传算法下高效完成工业制造任务。     

基于单线激光雷达的SLAM系统功能优化设计

地图与导航是无人驾驶与机器人领域的关键点,针对单线激光SLAM(同步定位与地图构建)系统功能优化问题,利用DOE(实验设计),提出了基于单线激光雷达的SLAM系统功能优化方法。首先,基于SLAM小车平台,利用Gmapping、Hector、Karto、Cartographer四种算法对室内环境进行建图,分析建图结果,提出最优建图方法。其次,依据AMCL定位算法,分别利用A*和Dijkstra两种路径规划方法,通过对比定位导航效果,提出基于参数匹配的定位导航功能优化方法。在此基础上,提出系统功能匹配优化方法,完成SLAM系统功能优化设计。     

基于多影响因素RDMA*算法的无人驾驶动态路径规划

无人驾驶汽车的路径规划面临着复杂多变的交通环境,为了更全面的评价路径选择指标以规划更合理的路径,以及更好的解决路段环境动态变化对规划结果造成的影响,研究了一种考虑多影响因素的动态路径规划算法——RDMA*(Real-time Dynamics of Multiple influencing factors AStar)算法.以A*(AStar)算法为核心,通过加入多影响因素的交通评价因子对其代价函数进行改进,综合考虑距离,交通拥堵程度,道路平整度和其他影响因素,应用层次分析法确定各影响因素的相对权重,以综合代价值为评价指标进行路径规划.通过GPS,雷达和摄像头等设备,利用融合感知技术获取相关道路环境信息,根据获取的全局和局部交通环境数据信息,利用实时动态更新策略解决动态环境下的路径规划问题,实时规划最优路径.通过对实际案例进行模拟,结果表明,应用RDMA*方法规划的路径相比基础A*方法规划的路径出行总体耗时减少了15.75%.并且在遇到特殊事件的状况下,通过RDMA*动态规划可为无人驾驶车辆即时提供一条综合代价值最小,耗时最少的可行路径,与改进的A*动态路径规划方法相比减少了10.63%的二次规划综合代价值的损耗,提高了7.83%的时间效率.该方法能更好的适应复杂的道路和交通系统,即时应对动态变化的交通状况,具备更强的实用性.      

恶劣天气下多航空器改航路径的仿真优化算法

针对恶劣天气下区域管制区内,多航空器改航路径规划中缺乏降低管制员工作总负荷的考虑.以贵阳区域管制区为例,研究了恶劣天气下多航空器改航路径的仿真优化算法.采用灰色模型预测飞行受限区的动态影响范围;利用几何算法预先规划可供选择的改航路径;改进离散粒子群优化算法的运算规则;以整个区域管制区内改航总路径最短和管制员工作总负荷最...     

自适应路径规划系统研究

针对目前的路径规划系统普遍采用距离最短或时间最少等单一指标,不能自动识别驾驶员路径选择习惯,为驾驶员自适应地提供符合驾驶员偏好的诱导路径的问题,设计了自适应路径规划系统的框架,提出了一种基于驾驶员路径选择偏好的自适应路径规划算法。算法中设计了基于驾驶员路径选择偏好的多目标路阻函数、基于主成分分析和加权评分分析的评价指标确定方法以及驾驶员路径选择偏好权重的确定方法。最后,利用Mapx、VisualC＋＋和Access数据库联合开发出了自适应路径规划系统,并用长春市驾驶员的实例数据验证了系统的有效性和算法模型的正确性。