基于偏转角抑制的改进人工势场法路径规划

针对传统人工势场法在实际应用中存在的局部最极小值、目标不可达以及路径震荡等问题,文种提出了一种基于偏转角抑制的改进人工势场法。该方法以传统人工势场法为基础,采用改进斥力势场函数保证目标点为全局势能最低点。在路径解算中引入偏转角抑制因子来抑制无人车行驶过程中过大的偏转角,在无人车陷入局部极小值点后每一步的路径解算中都添加新的虚拟目标点,直至无人车累积一定的偏转角摆脱障碍物群。仿真实验结果表明,该算法可以在不影响无人车避障的情况下减少规划路径的震荡性,并能够使无人车逃脱复杂障碍物群顺利到达目标点,规划出一条有效、简短以及震荡较少的路径。

基于含避障角人工势场法的机器人路径规划

针对基于距离的人工势场法(Artificial potential field, APF)存在的局部极小值问题,提出了一种含避障角的人工势场法的避障路径规划方法。在平面环境中,采用斜率判定路径规划过程中的位置关系,通过机器人当前点到障碍物的距离与障碍物的影响半径二者之差得出人工势场法中的排斥力,并对排斥力的偏转角进行调整;另外,在空间环境中利用圆弧插补理论将机器人平面避障问题转换为空间避障问题;基于机器人构型配置对改进人工势场法进一步完善以满足实际避障要求。仿真和实验研究结果表明,含避障角的人工势场法,在单个或多个障碍物环境中进行避障路径规划时解决了局部极小值的问题,同时实现了6自由度机器人末端在避障时的轨迹曲线平滑无振荡,验证了所提出避障路径规划方法的可行性。

工业机器人六自由度装配序列规划下避障研究

由于六自由度机器人在装配序列规划中存在顶角叶片重力矩差难以保证、叶片重力矩分布不够均衡的问题,以至于避障过程中出现碰撞。为此,提出工业机器人六自由度装配序列规划下避障研究。通过分析六自由度机器人装配序列中,顶角叶片重力矩差和叶片重力矩分布产生的干涉关系,将装配平稳性、方向调整次数及更换装配工具的频次作为约束条件,设置干涉关系矩阵和适应度函数,以判断装配序列方案是否达到最佳;在装配方案达到最佳后,通过离散化萤火虫算法获取六自由度机器人装配序列最优解;根据该结果检测六自由度机器人碰撞结果,并采用优化随机树节点扩展控制及扩展能力检测的改进快速搜索随机树算法(Rapidly-exploring Random Tree,RRT*)来对所得装配序列进行调整修正,实现工业机器人六自由度装配序列规划下避障研究。实验结果证明:该方法可获取装配效率高、成本小的六自由度机器人装配序列;可以快速规划出最佳六自由度机器人避障路径,有效地避开障碍物,且精度较高、误差较小、实用性较强。

基于LiDAR扫描角度修正的障碍目标定位方法

在二维激光雷达(LiDAR)用于障碍物检测时,移动机器人自身姿态变化导致LiDAR基准位置变化,对障碍目标进行定位计算时会产生较大误差。文中提出了一种基于LiDAR扫描角度修正的障碍目标定位方法,用K-means聚类算法对激光雷达点云数据进行聚类划分,然后对聚类后数据进行角度修正处理,使处理后的数据信息更符合真实值。最后包络每个聚类数据,从而提高LiDAR扫描数据的准确性。测试结果表明,文中所提方法能够提高定位精度,满足障碍物精准定位的需求。

基于分段随机和角度随机算法的无人机三维航路规划

提出了一种分段随机和角度随机(SRAR)的算法,用于复杂空间、多约束条件下的无人机三维航路规划。SRAR算法利用随机分段和随机角度确定航路点。同时,对有向线段角度进行规定,设计圆形障碍区避障方法、航路平滑方法以及多航路规划方法,提升航路规划质量,满足航路规划多样性要求。还提出了求解变长解的非关联迭代更新方法,实现对SRAR算法在多约束条件下的求变长解。通过对复杂空间下的航路规划质量验证,以及分别与蚁群算法、遗传算法和粒子群优化算法的比较,证明了SRAR算法的无人机航路规划的稳健性、高效性和通用性。

改进人工势场法机器人避障路径规划研究

针对机器人在复杂地形中采用传统人工势场法(Traditional Artificial Potential Field, TAPF)进行路径规划时会出现合力平衡导致目标不可达问题,提出改进传统斥力场函数,引入机器人与障碍物动态距离参数及调节因子系数解决目标不可达;针对遇到L形等复杂型障碍物出现振荡,易陷入局部最小值的问题,提出自适应切线偏转角法以最远距离障碍物为参照物在其另一侧引入虚拟障碍点提供额外斥力解决机器人因振荡易陷入局部最小值。通过MATLAB对改进算法进行仿真表明,改进后的APF法能够较好的解决目标不可达及易陷入局部极小值问题,同时,改进后的APF算法较基本APF算法而言,在时间和路径平滑度方面均有了明显的提升并进行了实物论证,从仿真和实际两个角度验证本文算法的有效性。

改进DWA算法的移动机器人避障研究

针对传统动态窗口法(DWA)在稠密障碍物区域存在最优路径难以选取及生成路径不平滑等问题,提出了一种改进的DWA移动机器人避障算法。基于微分流形切向量选取与障碍物不相交的机器人预轨迹,引入障碍物数量因子与方向角变化因子来改进评价函数,提高机器人在障碍物密集区域运行的安全性,使用改进后的评价函数对选取的轨迹进行评价,进而确定最优轨迹对应的速度。通过多组仿真实验对比表明:改进的DWA算法在障碍物密集区域能规划出更合理、平滑的运行路径,在保证了机器人安全性的同时还具有更好的避障效果。

基于25%偏置碰撞工况下2000 MPa级热气胀成形A柱的轻量化研究

基于正面25%偏置碰撞工况,通过建立数学模型进行仿真分析,以2 000 MPa级热成形钢替代A柱1 500 MPa级热成形钢,对于材料结构成形方式以热气胀成形方式替代传统热成形方式,在某车型A柱结构上实现了轻量化设计。通过小偏置碰撞性能模拟分析,得出A柱使用2 000 MPa级热成形钢方案满足性能要求;通过成本对比分析,由于零件数量的减少,A柱使用2 000 MPa级热气胀成形整体方案的单车成本及零件质量均有下降。分析结果表明,基于2 000 MPa级热气胀的A柱轻量化设计方案具有可行性,可实现单车成本降低10.51元,与原A柱相比质量降低27.5%,具有良好的经济效益及轻量化效果,同时应用热气胀成形方法减小了A柱腔体截面,使A柱障碍角减小22.2%,有效改善了A柱视野盲区。

基于优化蚁群算法的机器人路径规划

路径规划是移动机器人设计中的关键环节,蚁群算法能高效解决路径规划问题,但它也存在一些弊端,如收敛速度慢、容易陷入局部最优解等.针对这些问题,本研究提出一种改进蚁群算法,在传统蚁群算法的基础上,改进状态转移规则,增加周围障碍物数量影响因子,令蚂蚁尽量避开障碍物;增加角度影响因子,使得蚂蚁行走的路径更加平滑;同时运用精英蚁群策略,来改进蚁群算法易陷入局部最优解的问题.仿真实验结果表明,该算法在多种环境下,都能找到最优路径,且有较快的收敛速度,本研究提出的优化蚁群算法具有一定的可靠性和高效性.

基于漂角估计的无人船局部动态避障方法

为了提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和稳定性,提出基于漂角估计的无人船局部动态避障方法。首先,根据国际海上避碰规则(COLREGS)选取动态窗口法(DWA)的速度空间;其次,根据预测的障碍物运动状态选择动态窗口法中无人船的无碰预测轨迹;最后,考虑海洋扰动,利用横向位置误差估计漂角,并在无人船的航向上进行补偿。仿真实验结果验证了所提方法的有效性。

多技术交叉融合的拟建机场测量方法研究

传统全野外数字化测图进行遮蔽角测量,存在制图周期长、工作量大,且无法满足拟建机场遮蔽角测量需求。本文以某民用机场初步设计勘查项目为例,将无人机倾斜摄影测量、超站仪无控制点测量和基于EPS三维测图系统等多技术交叉融合运用,结合优化后的内业分析工具和外业调查模式构建了一套适用于新建机场拟建导航台的场地环境调查测绘的方法,同时对各测量环节的成果精度进行了验证。结果表明:(1)无人机倾斜摄影测量技术获得三维模型精度满足地形测量精度要求;(2)多种技术交叉融合的方式不仅保证了勘查成果的质量,而且有效提高了工作效率;(3)优化后的内业数据处理和外业调查模式省时省力。本文采用的多种技术交叉融合方法,测定的障碍物遮蔽角成果可靠性高,可作为障碍物的限制高度评估、较大障碍物及时拆除和机场正式建设的基础数据。

基于CE-YOLOX的导盲系统障碍物检测方法

由于盲人对周围环境缺乏视觉感知力,出行一直是盲人生活中的困扰。本文提出一种基于YOLOX改进的导盲系统障碍物检测算法CE-YOLOX。首先,为了减少特征融合网络在特征通道缩减时带来的语义信息的丢失,以亚像素跳变融合模块SSF和亚像素上下文增强模块SCE来充分利用通道信息和不同尺度的语义信息,以通道注意力引导模块CAG减少多尺度特征融合带来的混叠效应。其次,为了使模型更加聚焦于有效特征,引入全局注意力机制GAM,通过减少信息弥散和放大全局交互表示来提高模型性能。然后,使用SIOU-LOSS替换原模型的位置回归损失函数IOU-LOSS,加快了边框的回归速度与精度。最后,搭建导盲系统检测平台,将所提算法移植到边缘计算设备NVIDIA Xavier NX上。实验结果表明,改进的导盲系统障碍物算法在服务器和NVIDIA Xavier NX平台上的mAP一致,提升至90.53%,相较原YOLOX模型算法提高了2.45%。在服务器上的检测速度达到75.93 FPS。本文模型在兼顾检测速度的同时提高了精度,显著优于对比算法,满足边缘计算设备的要求,具有实际的应用价值。

汽车驾驶员前方视野测量及评价

介绍了汽车驾驶员前方视野检测中的主要环节,对测量中易于出现的问题进行了分析,给出了相应的解决方案。针对驾驶员前方视野测试程序、三角窗问题的界定、双目障碍角的判断及我国的人体特点等进行了阐述,指出了进口汽车对于我国消费者人群存在的安全隐患。

不同室内布局对安全疏散的影响研究

使用Pathfinder软件分析建筑物室内布局对安全疏散的影响。根据安全出口的宽度、位置、数量的不同设置实验,分析安全出口对疏散的影响。设定不同的走廊转角和障碍物进行疏散模拟,观察疏散时间、出口平均人流量和人员路径选择的变化。结果表明:转角是影响人员疏散的主要因素;在某些特殊区域,障碍物的存在能够起到一定分流作用,提高疏散效率。

基于激光雷达的室外移动机器人避障与导航新方法

提出了一种应用于室外移动机器人避障与导航的新方法———角度势场法.此方法将当前视场极坐标系的二维障碍物信息转换到一维的角度域内,综合评估视场内的障碍物在角度域内产生的阻力效应,以及目标点在角度域内产生的引力效应,计算得出当前目标角度及通行函数,确定移动机器人驾驶角和速度的控制输出,做到兼顾移动机器人的安全与向目标点的行进.此方法已应用于室外移动机器人THMR-V.

汽车避障工况下稳定性控制研究

为改善车辆紧急避障工况下的稳定性,建立滑模控制系统。设计七自由度非线性整车动力学模型和人车路闭环模型,运用滑模变结构理论,以车辆实际横摆角速度和理想的横摆角速度之差为输入变量,以前轮转角响应紧急避障要求为控制目标,以跟踪理想横摆角速度为目的进行控制计算。结果表明,紧急避障工况下采用滑模控制系统设计的路径跟踪控制器,能够控制车辆跟踪规划的理想避让路径,横摆角速度幅值为0.234 rad/s,小于未加控制车辆的横摆角速度,响应速度更快;经过滑模控制的车辆在路径跟踪过程中质心侧倾角最大值为0.037 rad,小于未受控制的车辆的相应值。

多策略蚁群算法在机器人路径规划中的应用

在二维环境中,蚁群算法规划路径时易出现收敛慢,搜索得到的路径是次优路径等问题。针对这些问题,提出一种新式多策略改进的蚁群算法以提高路径寻优性能和搜索效率。根据当前栅格相对于起始点的位置采用非均匀信息素的分布方式,使得优势栅格的初始信息素浓度较高,避免蚂蚁盲目搜索;采用定向邻域扩展策略重新定义蚂蚁移动规则,进一步缩短路径并提高搜索效率;利用角度引导因子增加终点的指导作用,增加障碍物影响因子避免路径陷入死锁以及降低曲折路径的出现率;采用双层精英蚁策略加大最佳路径的信息素含量,防止算法陷入局部最优,提升算法收敛性。实验结果表明,经过改进后,算法的寻优性和收敛能力都得到了极大的提升。

基于相对速度的选择性避障方法的研究

从运动学的角度分析了碰撞的原因,从碰撞问题的根本上着手解决避障问题。利用相对速度和机器人前进方向的夹角对避障区内的障碍物进行筛选,很大程度上避免了不必要的避障动作,增加了机器人接近目标的机会。实践证明了该方法的可用性和有效性。

串联式履带机器人越障性能研究

为应对在自然灾害、煤矿井下事故发生后的搜救工作,提出了一种新型的串联式履带搜救机器人结构,该机器人由3个双履带机器人模块通过铰接连接构成.通过双履带机器人模块的俯仰改变机器人的质心位置,从运动学的角度研究该机器人攀爬台阶的过程及性能,采用数值计算方法分析该机器人的越障高度与仰角、关节角的关系.通过与双履带机器人最大越障高度比较,验证了串联式履带机器人具有较强的攀爬台阶能力.

激光测距雷达距离图障碍物实时检测算法研究及误差分析

本文在首先阐述陆地自主车（ＡＬＶ）中利用激光测距成像雷达所获取的距离图实时检测障碍物的坐标变换法的基础上，着重深入研究了雷达垂直扫描中心角的误差与自主车３个姿态角的误差及激光测距成像雷达多义性间距对障碍物检测结果的影响．本文提出了利用无障平坦地面距离图反推垂直扫描中心角的大小再用最小二乘法进行拟合的方法．另外，为降低障碍物检测的误差。