基于視覺(jué)的智能車(chē)編隊(duì)控制研究.pdf

1、機(jī)器人相互協(xié)調(diào)工作在軍用和民用方面都有很多優(yōu)點(diǎn),近年來(lái),多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)調(diào)合作成了研究學(xué)者廣泛研究的內(nèi)容之一。編隊(duì)是機(jī)器人之間可以協(xié)作的一個(gè)主要問(wèn)題。機(jī)器人編隊(duì)是一群機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行為,由于系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)器人數(shù)量增加,機(jī)器人要準(zhǔn)確檢測(cè)其他機(jī)器人狀態(tài),唯一的方法是增加傳感器,但會(huì)使機(jī)器人個(gè)體的復(fù)雜度增加。為減少每個(gè)機(jī)器人所攜帶的傳感器數(shù)量,本文采用圖像傳感器計(jì)算機(jī)器人之間的相對(duì)角度及相對(duì)距離。結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展,本文除了引入一種新的控制算法之外

2、,論文還將多機(jī)器人編隊(duì)控制算法從理論仿真上升到實(shí)際硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn),即從軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)兩方面驗(yàn)證本文引入算法的正確性。本文主要做了以下幾方面工作:
　　(1)本文研究了基于視覺(jué)的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨(Leader-Follower)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過(guò)推導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相對(duì)位姿,得到了編隊(duì)系統(tǒng)的非線(xiàn)性模型。常用的非線(xiàn)性控制方法有以下兩種:一種是反饋線(xiàn)性化,它是通過(guò)反饋或狀態(tài)變換的形式將非線(xiàn)性系統(tǒng)代數(shù)的變?yōu)榫€(xiàn)性系統(tǒng);另一種是控制方法滑模變

3、結(jié)構(gòu),它是通過(guò)設(shè)計(jì)滑模面,使系統(tǒng)狀態(tài)在一定特性下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡做小幅度、高頻的上下震動(dòng)。對(duì)比兩種控制算法的優(yōu)缺點(diǎn),本文將基于線(xiàn)性反饋的滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用到編隊(duì)控制模型中。并通過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證系統(tǒng)模型應(yīng)用基于線(xiàn)性反饋的滑模變結(jié)構(gòu)方法控制的正確性與抗干擾性。
　　(2)本文將圖像顏色空間轉(zhuǎn)換到HSV空間,利用視覺(jué)三角測(cè)量原理計(jì)算得到智能車(chē)之間的相對(duì)位姿。
　　(3)本文開(kāi)發(fā)了智能車(chē)編隊(duì)硬件平臺(tái)。硬件平臺(tái)包括三輛智能車(chē),智

4、能車(chē)處理芯片為ST公司的F4系列DSC處理芯片;主傳感器選用ov7670彩色圖像傳感器;輔傳感器分別為超聲波測(cè)距傳感器及紅外傳感器;智能車(chē)測(cè)速模塊由光電對(duì)管和碼盤(pán)組成。此外,本文還在智能車(chē)后方安裝了紅色正方形,以此作為參照物來(lái)獲得智能車(chē)之間相對(duì)位姿。
　　(4)對(duì)本文提出的控制算法進(jìn)行軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)其進(jìn)行軟件仿真,在領(lǐng)航者圓形仿真軌跡中加入噪聲,并將仿真結(jié)果分別與反饋線(xiàn)性化控制結(jié)果作對(duì)比,來(lái)驗(yàn)證本文算法的優(yōu)越性。其次,