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1 引言 ....................................................1
1.1 课题背景 ...........................................1
1.2 研究目的及意义 .....................................1
1.3 国内外研究现状及目的 ...............................2
1.3.1 国内外物流小车现状 ...............................2
1.3.2 研究目的 .........................................2
2 小车避障及路径规划系统原理 ..............................3
2.1 系统总体设计 ..........................................3
2.2 小车主要模块 .......................................3
2.2.1 电源模块 .........................................3
2.2.2 电机驱动模块 .....................................4
2.2.4 避障模块 ......................................8
2.3 本章小结 ...........................................9
3 PWM 算法控制小车避障与路径规划 ..........................9
3.1 小车避障与路径规划算法研究思路 .....................9
3.2.1 计算法和调制法 ...............................10
3.2.2 电压跟踪控制方式 .............................11
3.2.3 控制占空比改变电压 ...........................12
3.2.4 本章小结 .....................................14
4 实验过程及结果分析 .....................................14
4.1 前期准备工作 ......................................14
4.2 软件程序调试 ......................................16
4.3 硬件电路测试 ......................................17
5 总结 ...................................................18
参考文献 .................................................19
致谢 .....................................................20
附录 .....................................................20
智能小车避障与路径规划算法研究
)
摘 要:现如今智能化在生活中普遍存在。将智能化运用在生活各个领域中,能够节省大量的
人力物力。智能小车就是是智能化的其中一个体现。产线生产、物流运输等地方投入使用智
能小车可以带来极大的便利。本文主要研究智能小车的避障以及路径规划算法,以点带面,使
小车能够适应各种领域的运作方式此款简单且智能的小汽车采用了 STC89C51 微控制器作为
其主要的感知及管理部件,并有效地应用于自检技术、微控制器的最低配置、LCD 显示单元
的电子设备,同时还包括声音和灯光的调控、电机驱动的组件。经过使用 Keil C 和 PROTEUS
软件进行模拟测试,实际操作调整后,成功实现了车辆对路面的追踪、自主回转以及避免碰撞
的功能。该设计结合了微控制器技术、自动化控制原理、自我检查技巧等多种元素。使得这
辆汽车能够在无人工干预下,依靠传感器去识别地面情况,由微控制器操控行驶方向,从而达
到初级的人工智能驾驶状态。这个项目是以微控制器为中心,配合周边元件,使用反射式光电
探测仪执行跟踪任务,用光电传感器监测路上可能出现的阻碍物,然后利用微控制器的计算
能力和处理性能来完成汽车的所有功能,最后达到了基本的智能化目标。
关键词:智能化小车;自动避障;路径规划算法;单片机;检测与控制
Research on obstacle avoidance and path planning
algorithms for intelligent vehicles
Abstract:"Intelligent car" - the so-called intelligence refers to intelligence. Intelligence is a
new product of modern times and also a major development trend in the future. Through
intelligence, devices can operate autonomously according to pre-set modes, thereby reducing
manpower investment. Therefore, applying intelligence in various fields of life can save a lot of
manpower and material resources. Smart cars are one manifestation of intelligence. The use of
smart cars in production lines, logistics and transportation can bring great convenience. This
article mainly studies the obstacle avoidance and path planning algorithms of intelligent cars, from
point to surface, so that the car can adapt to various fields of operation. This simple and intelligent
car uses the STC89C51 microcontroller as its main perception and management component, and
effectively applies it to self inspection technology, the minimum configuration of
microcontrollers, electronic devices of LCD display units, as well as components for sound and
light control and motor drive. After simulation testing using Keil C and PROTEUS software, and
actual operation adjustments, the vehicle successfully achieved functions such as tracking the road
surface, autonomous turning, and collision avoidance. This design combines various elements
such as microcontroller technology, automation control principles, and self inspection techniques.
Enable this car to rely on sensors to recognize ground conditions without human intervention, and
control the driving direction through a microcontroller, thereby achieving a primary state of
artificial intelligence driving. This project is centered around a microcontroller, combined with
peripheral components, using a reflective photoelectric detector to perform tracking tasks, using
photoelectric sensors to monitor potential obstacles on the road, and then utilizing the computing
power and processing performance of the microcontroller to complete all functions of the car,
ultimately achieving the basic goal of intelligence.
Keywords:Intelligent car,Automatic obstacle avoidance,Path planning algorithm,Microcontroller,
Detection and Control
1
1 引言
1.1 课题背景
(1)目前货物输送已成为人们生活中必不可少的部分,互联网购物的不断发
展,快递分拣成为快递运输工作的一个大头,为了节省人力物力,能够智能识别路
径分拣快递的小车成为了快递行业不可或缺的一项产品。除此之外,国内许多工
厂的大型货物、货架也需要搬运,这些工作如果再投入更多的人力只会降低工厂
的生产效率,因此智能小车运用在工业的运输中也是必要的。在这种现状下,如何
高效便捷的完成收派工作,是当前快递、工业运输等行业亟需解决的问题。
(2)作为一款四轮驱动的机器人,智能小车具备灵活的移动性和便捷的操作
性,并且其车身内部可以集成各式的电路元器件。通过元器件功能与单片机软件
程序协同配合形成完整的感知系统,具有路径规划、自动循迹、货物输送、超声
波测距等功能智能车辆可以执行各种复杂环境的数据收集、转换和发布等任务。
其避障功能确保了智能车在运行过程中的自动调整,防止碰撞事故,这是智能车
辆的关键组成部分。
(3)为了让车辆能独立行进并避免障碍物,首先需要考虑的是怎样去识别周
围的环境。确保车辆获得足够的周边数据是其执行任务的基础条件,这就像人体
的视网膜一样。因此,选择何种传感设备及如何收集这些环境资料成为了我们在
处理机器人的路线规划问题的关键所在。
1.2 研究目的及意义
随着现代科技的发展及科学技术的提高,各个领域各个行业的竞争加剧使得
节省成本保障安全成为不可缺失的一环。例如:
一、工业化生产公司的产线流水线生产效率不断挺高,需要耗费的人力物力
也随之攀升,而货物货架的搬运不可能一昧利用人力,寻找更便捷高效的搬运技
术,可以腾出更多的人力投入到流水线的生产中,而且也使得人力成本可以大大
降低。这时候能够承重载重的能够智能规划路线避障的小车就非常必要,小车可
以通过所制定的路线将货物运输到指定的位置,运输的路途中若遇到障碍物也能
及时避让以防对货物造成损伤。
二、随着网络零售业的持续发展和广泛应用,越来越多的人倾向于通过在线
购买商品而非亲自前往商店。这导致了近年来快递业务量的快速上升。仅依靠人
2
工方式对大量包裹进行分拣和发送会耗时且效率低下,所以生产线上的自动化设
备——能自动识别、分类并将包裹放入相应输送口的小型车辆变得至关重要。此
外,由于需要处理的大量包裹,单个机器无法满足需求,多个小型车辆在一个平面
上运行的情况也是常见的。为了保护货物免受损坏,避免碰撞及合理安排路线等
智能化操作显得非常关键。
三、随着我国全面小康政策的实施,人们的生活品质也在逐渐提升。现如今,
每个家庭都离不开汽车,路上的车流量也在增加。在这种情况下,例如追尾和恶劣
天气下的行驶等问题是无法避免的。为了更加提升人们驾车的安全感,也为了千
家万户的安全,汽车研发企业要着重关心此类问题,提出解决方案,减少此类问题
的出现。在恶劣天气的环境下,光凭人眼很难做到安全驾驶,此时汽车的智能识别
车身旁边状况、避障以及做到避障的路径规划就显得尤为重要。为了应对前述列
出的问题以及日常生活中需要智能化小车的其他挑战,研究小车的智能避障系统
是主要的任务。精确定位信息在智能小车的使用中是一个基础性的难题。
本课题的研究意义主要是为了通过研究小车自动避障寻迹的算法,由小及大,
由浅及深,先着重于简单小车的避障算法,衍生投入到工业生产、物流货运、交通
安全智能车的智能避障系统,从而解决上述在生活中此类常见的问题,营造更高
效的生产环境、更安全的社会。
1.3 国内外研究现状及目的
1.3.1 国内外物流小车现状
现阶段,部分日产车型已经开始使用夜视及后视警报装置,而三菱与尼桑两
家企业则发布了他们即将推出的碰撞预防装备。预计在前方碰撞避免和车道偏移
方面,可以在未来一两年内看到实际的进展。此外,本田、尼桑和丰田也在他们的
高级安全驾驶车辆项目中开发了许多行车安全电子系统,其中包含:车道识别系
统、前车间距管理器、自适应调控模块、障碍物警示系统、司机疲劳提醒功能以
及夜间行人大脑预警系统等等。在日本智能道路规划方案中,提倡车辆运用例如:
车道维持、交叉口碰撞防止、人行道回避以及车距维护等多种技术。预期至 2025
年,该项计划会在全日本范围得到全面执行。
1.3.2 研究目的
上述国内外两个例子中,都是通过对车辆加入智能避障以及路径规划的算法
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