基于視覺(jué)非完整自主車的道路避障.pdf

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1、第24卷第2期東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）VOI.24，NO.22003年2月JOurnaIOfNOrtheasternUniversit（yNaturaIScience）Feb.2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章編號(hào)：1005-302（62003）02-0107-04基于視覺(jué)非完整自主車的道路避障司秉玉，呂宗濤，宿國(guó)軍，徐心和（東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110004）摘要：就四輪非完整自主車提出了一種基于圓軌跡的道路避障策略·道路上的障礙按照障礙距離自主車的遠(yuǎn)近可以劃分層次，一個(gè)

2、層次的障礙能在自主車視場(chǎng)中全部出現(xiàn)·然后給出基于圓軌跡的避障算法，即自主車沿由自主車出發(fā)位姿和子目標(biāo)點(diǎn)確定的圓弧軌跡走行·提出了移動(dòng)光心得到的深度信息原理并推導(dǎo)了四輪非完整車的運(yùn)動(dòng)模型，為提出避障策略的基礎(chǔ)作準(zhǔn)備·基于圓軌跡避障策略能夠很好地滿足非完整自主車的運(yùn)動(dòng)特性，體現(xiàn)了方法的優(yōu)越性·關(guān)鍵詞：非完整自主車；單目視覺(jué)；運(yùn)動(dòng)模型；道路避障；圓軌跡中圖分類號(hào)：TP242.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A近些年來(lái)自主車（ALV）在國(guó)外被廣泛應(yīng)用方程于機(jī)器視覺(jué)和控制理論的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)［1~10］，非完整ZXZ'X=，=，Z'=Z+d四輪自主車與汽車相似的運(yùn)動(dòng)模型有著廣泛的應(yīng)fafa'用·但是國(guó)內(nèi)對(duì)非完整四輪自主車

3、避障模型以及解得，Z=da，X=aa'd，a-a'（fa-a'）自主車的道路避障的研究并不多見·這主要：!自點(diǎn)P到光心0的距離為主車的非完整約束對(duì)路徑的曲率有非常嚴(yán)格的要［4］［9］1d（2a2+f2）a'2求；"其缺乏精確的導(dǎo)航方法·（Z2+X2）2="（2a-a'）2f本文提出了一種基于圓軌跡的避障策略，提通過(guò)平移光心得到了點(diǎn)P到視場(chǎng)光心的距離，也出的路徑軌跡完全符合四輪非完整車的運(yùn)動(dòng)學(xué)要［8，9］就獲得了障礙對(duì)自主車的距離信息·求·該方法與Tsai等人提出的基于直線軌跡的避障策略相比，更符合四輪非完整車的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)·本文應(yīng)用了一種基于單目視覺(jué)獲取目標(biāo)物體深度信息的方法，避免了雙目視

4、覺(jué)自身帶來(lái)的問(wèn)題·1視覺(jué)模型圖1移動(dòng)光心可以獲得深度信息在自主車避障過(guò)程中，視覺(jué)系統(tǒng)要獲得障礙Fig.1Depthinformationobtainedbymovinglens的位置信息，包括障礙相對(duì)自主車的距離、角度和高度·為了簡(jiǎn)化模型，把三維空間問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維2非完整自主車運(yùn)動(dòng)模型空間問(wèn)題·這樣障礙對(duì)于自主車的信息只有障礙對(duì)自主車的距離和角度·機(jī)器人坐標(biāo)系下，0i點(diǎn)坐標(biāo)（xoc，yoc）為根據(jù)射影幾何學(xué)和視覺(jué)原理，靜止的單目視x=（tan!-tan"）l，y=loc2（tan!+tan"）octan!+tan"·（1）覺(jué)是不能獲得目標(biāo)物體的深度信息，平移光心可其中，"，為標(biāo)量·以獲得

5、關(guān)于目標(biāo)點(diǎn)P更多的信息·如圖1所示，!點(diǎn)P在視場(chǎng)內(nèi)成像在點(diǎn)（a，6），再平移光心0到世界坐標(biāo)系下，0i點(diǎn)坐標(biāo)（xo，yo）為0'，此時(shí)點(diǎn)P在視場(chǎng)內(nèi)成像在點(diǎn)（a'，6'）·列出xo=xoc+xc，yo=yoc+yc·（2）收稿日期：2002-07-19基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目（RL200203）·作者簡(jiǎn)介：司秉玉（1974-），男，吉林省吉林市人，東北大學(xué)博士研究生；徐心和（1940-），男，河北臨榆人，東北大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師·108東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）第24卷如圖2所示，這時(shí)，自主車的運(yùn)動(dòng)軌跡是一段自主車穿過(guò)避障時(shí)，障礙之間的最小距離必須要圓

6、弧，圓方程為滿足l2D（G，）>0（7）（x-x）2+（y-y）2=()（3）min-WSB00tanB+tanG約束條件（7）可以決定在避障時(shí)自主車G，的選B取·當(dāng)自主車運(yùn)動(dòng)軌跡為直線時(shí)，有Dmin-2b>0·3非完整自主車的道路避障策略事先約定假設(shè)條件：自主車與障礙都處在同一平面內(nèi)；所有障礙在世界坐標(biāo)系中相對(duì)靜止；自主車起點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)已知·3.1障礙層次的劃分圖2非完整自主車的運(yùn)動(dòng)模型在道路避障過(guò)程中，自主車要到達(dá)的目標(biāo)較Fig.2Modelofmovingnonholonomicrobot遠(yuǎn)或被障礙所擋，障礙不可能每一時(shí)刻都出現(xiàn)在方程（1）是一個(gè)不同轉(zhuǎn)向模型的一般形式·當(dāng)視場(chǎng)中，采用

7、KaichunJiang等人［4］提出的方法將G=0時(shí)，后輪為舵輪，當(dāng)B=0時(shí)，前輪為舵輪；當(dāng)?shù)缆飞系恼系K按照障礙距離自主車的遠(yuǎn)近劃分層G=0且B=0時(shí)，自主車運(yùn)動(dòng)的軌跡是直線；當(dāng)G次，一個(gè)層次的障礙在視場(chǎng)中全部出現(xiàn)·根據(jù)自主=B=90時(shí)，自主車在以它自身的質(zhì)心為圓心自車出發(fā)位姿和這一層次的障礙能確定一個(gè)子目標(biāo)轉(zhuǎn)·在平面運(yùn)動(dòng)中，非完整自主車的運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)約點(diǎn)，自主車根據(jù)出發(fā)點(diǎn)與子目標(biāo)點(diǎn)以及自主車位束條件：姿確定軌跡路徑；當(dāng)自主車運(yùn)動(dòng)到