CN109557923B - 智能车自动避障装置及控制方法 - Google Patents

智能车自动避障装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了智能车自动避障装置及控制方法，所述避障装置包括控制器，以及分别连接到控制器的测距传感器A、测距传感器B、测距传感器C、测距传感器D、测距传感器E和测量车轮角位移的编码器，其中，测距传感器A位于车头的中间位置且朝向正前方，测距传感器B位于车头偏右侧位置且朝向右前方，测距传感器C位于车头偏左侧位置且朝向左前方，测距传感器D和测距传感器E设置在车身左右两侧且朝向道路的两侧。控制器获取车身上的传感器信号，综合分析测距传感器状态信息和编码器数据，从而判断障碍物所处位置及智能车的运行状态，控制智能车转向角度及转向后的行驶距离，实现避障功能。

Description

智能车自动避障装置及控制方法
技术领域
本发明属于机器人自动避障技术领域，具体涉及智能车自动避障装置及控制方法。
背景技术
随着科技的飞速发展，小车在自动行驶时，若能自动识别障碍物的位置并采取相应的手段来避开障碍物，这对于未来小车智能化具有重要的意义。目前，小车避障还停留在需要人为操控的阶段，小车避障成功率及小车能否完美的避开障碍物多与操控者的操控技术有关，对于地形比较复杂或环境比较恶劣的条件下，操控者往往很难实现小车成功避开障碍物。
发明内容
本发明一方面的目的在于提供一种智能车自动避障装置，包括控制器，以及分别连接到控制器的测距传感器A、测距传感器B、测距传感器C、测距传感器D、测距传感器E和测量车轮角位移的编码器，其中，测距传感器A位于车头的中间位置且朝向正前方，测距传感器B位于车头偏右侧位置且朝向右前方，测距传感器C位于车头偏左侧位置且朝向左前方，测距传感器D和测距传感器E设置在车身左右两侧且朝向道路的两侧。控制器获取车身上的传感器信号，综合分析测距传感器状态信息和编码器数据，从而判断障碍物所处位置及智能车的运行状态，控制智能车转向角度及转向后的行驶距离，实现避障功能。
本发明另一方面的目的在于提供一种智能车自动避障装置的控制方法，包括以下五种状态：
状态一，测距传感器A检测到障碍物，而测距传感器B和测距传感器C均未检测到障碍物，即A＝1，B＝0，C＝0，执行以下步骤：步骤1-1，控制智能车向左或右转向角度γ行驶；步骤1-2，编码器测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向相反方向偏转角度γ，从而避开障碍物。
状态二，若测距传感器A和测距传感器C检测到障碍物，测距传感器B未检测到障碍物，即A＝1，B＝0，C＝1，执行以下步骤：步骤2-1，控制智能车向右转向角度γ行驶；步骤2-2，编码器测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向左偏转角度γ，从而避开障碍物。
状态三，若测距传感器A和测距传感器B检测到障碍物，测距传感器C未检测到障碍物，即A＝1，B＝1，C＝0，执行以下步骤：步骤3-1，控制智能车向左转向角度γ行驶；步骤3-2，编码器测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向右偏转角度γ，从而避开障碍物。
状态四，若测距传感器C检测到障碍物，测距传感器A和测距传感器B未检测到障碍物，即A＝0，B＝0，C＝1，执行以下步骤：若测距传感器C与障碍物的距离LC先递减再增大，控制智能车继续直线行驶，即不需要避障；若测距传感器C与障碍物的距离LC一直递减到
Figure BDA0001918359940000021
时仍不出现递增情况，则按以下步骤进行：步骤4-1，控制智能车向右转向角度γ行驶；步骤4-2，编码器测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向左偏转角度γ，从而避开障碍物。
状态五，若测距传感器B检测到障碍物，测距传感器A和测距传感器C未检测到障碍物，即A＝0，B＝1，C＝0，执行以下步骤：若测距传感器B与障碍物的距离LB先递减再增大，控制智能车继续直线行驶，即不需要避障；若测距传感器B与障碍物的距离LB一直递减到
Figure BDA0001918359940000022
时仍不出现递增情况，则按以下步骤进行：步骤5-1，控制智能车向左转向角度γ行驶；步骤5-2，编码器测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向右偏转角度γ，从而避开障碍物。
在上述的控制方法，在所述状态一中的步骤1-2之后，测距传感器D的探测的距离LD和测距传感器E探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000023
时，控制智能车向道路较宽一侧偏转角度γ，当编码器测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向相反方向偏转角度γ，使智能车回到避障之前的线路上；其中，L2和γ的取值与步骤1-1～1-2中的一致。
在上述的控制方法，在所述状态二中的步骤2-2之后，测距传感器D的探测的距离LD和测距传感器E探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000031
时，控制智能车向左偏转角度γ，当编码器测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向右偏转角度γ，使智能车回到避障之前的线路上；其中，L2和γ的取值与步骤2-1～2-2中的一致。
在上述的控制方法，在所述状态三中的步骤3-2之后，测距传感器D的探测的距离LD和测距传感器E探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000032
时，控制智能车向右偏转角度γ，当编码器测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向左偏转角度γ，使智能车回到避障之前的线路上；其中，L2和γ的取值与步骤3-1～3-2中的一致。
在上述的控制方法，在所述状态四中的步骤4-2之后，测距传感器D的探测的距离LD和测距传感器E探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000033
时，控制智能车向左偏转角度γ，当编码器测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向右偏转角度γ，使智能车回到避障之前的线路上；其中，L2和γ的取值与步骤4-1～4-2中的一致。
在上述的控制方法，在在所述状态五中的步骤5-2之后，测距传感器D的探测的距离LD和测距传感器E探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000034
时，控制智能车向右偏转角度γ，当编码器测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向左偏转角度γ，使智能车回到避障之前的线路上；其中，L2和γ的取值与步骤5-1～5-2中的一致。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1示出了本发明智能车自动避障装置的结构图。
图2示出了障碍物位于道路正中间时智能车的避障行驶路线图。
图3示出了障碍物位于道路中间偏左时智能车的避障行驶路线图。
图4示出了障碍物位于道路中间偏右时智能车的避障行驶路线图。
图5示出了障碍物位于道路左边时智能车避障行驶路线图，其中(a)障碍物与道路中心线的距离大于半个车身宽度时的避障行驶路线图，(b)障碍物与道路中心线的距离小于或等于半个车身宽度时的避障行驶路线图。
图6示出了障碍物位于道路右边时智能车避障行驶路线图，其中(a)障碍物与道路中心线的距离大于半个车身宽度时的避障行驶路线图，(b)障碍物与道路中心线的距离小于或等于半个车身宽度时的避障行驶路线图。
图7示出了本发明智能车自动避障装置的控制流程图。
具体实施方式
图1示出了智能车自动避障装置，包括控制器6，以及分别连接到控制器6的测距传感器A4、测距传感器B3、测距传感器C5、测距传感器D7、测距传感器E1和测量车轮角位移的编码器2。其中，测距传感器A4位于车头的中间位置且朝向正前方，测距传感器B3位于车头偏右侧位置且朝向右前方，测距传感器C5位于车头偏左侧位置且朝向左前方，测距传感器D7和测距传感器E1设置在车身左右两侧且朝向道路的两侧。测距传感器B3和测距传感器C5对称设置，且与智能车的对称中心线呈夹角θ(0＜θ＜π/2)。本实施例中，测距传感器A～E可采用红外传感器。编码器2测量车轮角位移，可安装在智能车的转向轮上，根据该角位移可换算得到智能车的行驶距离。
参考图2，智能车沿道路中心线行驶，若测距传感器A4检测到障碍物，而测距传感器B3和测距传感器C5均未检测到障碍物，表明障碍物位于车的正前方，即道路中间位置。为了避开该障碍物，控制方法如下：步骤1-1，控制智能车向左或右转向角度γ行驶；步骤1-2，编码器2测量到智能车首次转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向相反方向(相对于首次转向的方向)偏转角度γ回到直线线路上继续向前行驶；步骤1-3，为了使智能车回到避障之前的线路上，在测距传感器D7的探测的距离LD和测距传感器E1探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000041
时，控制智能车向道路较宽一侧偏转角度γ继续向前行驶，当编码器2测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向相反方向(相对于第三次转向的方向)偏转角度γ。
上述步骤1-1～1-3中，
Figure BDA0001918359940000051
Figure BDA0001918359940000052
式中，L1为测距传感器A4到障碍物的距离，d为道路宽度，L0为前轮中心点与测距传感器A的水平距离；
参考图3，智能车沿道路中心线行驶，若测距传感器A4和测距传感器C5检测到障碍物，测距传感器B3未检测到障碍物，表明障碍物位于道路中间偏左位置。为了避开该障碍物，控制方法如下：步骤2-1，控制智能车向右转向角度γ行驶；步骤2-2，编码器2测量到智能车首次转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向左偏转角度γ回到直线线路上继续向前行驶；步骤2-3，为了使智能车回到避障之前的线路上，在测距传感器D7的探测的距离LD和测距传感器E1探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000053
时，控制智能车向左偏转角度γ继续向前行驶，当编码器2测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向右偏转角度γ。
参考图4，智能车沿道路中心线行驶，若测距传感器A4和测距传感器B3检测到障碍物，测距传感器C5未检测到障碍物，表明障碍物位于道路中间偏右位置。为了避开该障碍物，控制方法如下：步骤3-1，控制智能车向左转向角度γ行驶；步骤3-2，编码器2测量到智能车首次转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向右偏转角度γ回到直线线路上继续向前行驶；步骤3-3，为了使智能车回到避障之前的线路上，在测距传感器D7的探测的距离LD和测距传感器E1探测的距离LE满足式关系式
Figure BDA0001918359940000054
时，控制智能车向右偏转角度γ继续向前行驶，当编码器2测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向左偏转角度γ。
上述步骤2-1～3-3中，
Figure BDA0001918359940000061
Figure BDA0001918359940000062
式中，L1为测距传感器A4到障碍物的距离，d为道路宽度，L0为前轮中心点与测距传感器A的水平距离。
参考图5，智能车沿道路中心线行驶，测距传感器C5检测到障碍物，测距传感器A4和测距传感器B3未检测到障碍物，表明障碍物位于道路中心线左侧。为使车不与障碍物发生碰撞，车向右转向时车头与障碍物间的水平距离应不小于
Figure BDA0001918359940000063
d1为智能车车身宽度，即传感器C与障碍物间距离最短为
Figure BDA0001918359940000064
时就得向右偏转。为了避开该障碍物，控制方法如下：如图5(a)，若测距传感器C与障碍物的距离LC先递减再增大，表明障碍物与道路中心线的距离大于
Figure BDA0001918359940000065
即车左侧与障碍物间存在间隙，智能车继续沿道路的中心线行驶，而不会与障碍物发生碰撞；如图5(b)，若测距传感器C与障碍物的距离LC一直递减到
Figure BDA0001918359940000066
时仍不出现递增情况，则按以下步骤进行：步骤4-1，控制智能车向右转向角度γ行驶；步骤4-2，编码器2测量到智能车首次转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向左偏转角度γ回到直线线路上继续向前行驶；步骤4-3，为了使智能车回到避障之前的线路上，在测距传感器D7的探测的距离LD和测距传感器E1探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000067
时，控制智能车向左偏转角度γ继续向前行驶，当编码器2测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向右偏转角度γ。
上述步骤4-1～4-3中，
Figure BDA0001918359940000068
Figure BDA0001918359940000071
Figure DA00019183599452231583
式中，L0为前轮中心点与测距传感器A的水平距离，L3为前轮中心点与测距传感器C5的水平距离，L4为前轮中心点与障碍物的水平距离，d为道路宽度。
参考图6，智能车沿道路中心线行驶，测距传感器B3检测到障碍物，测距传感器A4和测距传感器C5未检测到障碍物，表明障碍物位于道路中心线右侧。为使车不与障碍物发生碰撞，车向左转向时车头与障碍物间的水平距离应不小于
Figure BDA0001918359940000073
d1为智能车车身宽度，即测距传感器B3与障碍物间距离最短为
Figure BDA0001918359940000074
时就得向左偏转。为了避开该障碍物，控制方法如下：如图6(a)，若测距传感器B3与障碍物的距离LB先递减再增大，表明障碍物与道路中心线的距离大于
Figure BDA0001918359940000075
d1为智能车车身宽度，即智能车右侧与障碍物间存在间隙，智能车继续沿道路的中心线行驶，而不会与障碍物发生碰撞；如图6(b)，若测距传感器B3与障碍物的距离LB一直递减到
Figure BDA0001918359940000076
时仍不出现递增情况，则按以下步骤进行：步骤5-1，控制智能车向左转向角度γ行驶；步骤5-2，编码器2测量到智能车首次转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向右偏转角度γ回到直线线路上继续向前行驶；步骤5-3，为了使智能车回到避障之前的线路上，在测距传感器D7的探测的距离LD和测距传感器E1探测的距离LE满足关系式
Figure BDA0001918359940000077
时，控制智能车向右偏转角度γ继续向前行驶，当编码器2测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向左偏转角度γ。
上述步骤5-1～5-3中，
Figure BDA0001918359940000078
Figure BDA0001918359940000079
Figure BDA0001918359940000081
式中，L0为前轮中心点与测距传感器A的水平距离，L5前轮中心点与测距传感器B3的水平距离，L6前轮中心点与障碍物的水平距离，d为道路宽度。

Claims (6)

1.一种智能车自动避障装置控制方法，所述自动避障装置包括控制器(6)，以及分别连接到控制器(6)的测距传感器A(4)、测距传感器B(3)、测距传感器C(5)、测距传感器D(7)、测距传感器E(1)和测量车轮角位移的编码器(2)，其中，测距传感器A(4)位于车头的中间位置且朝向正前方，测距传感器B(3)位于车头偏右侧位置且朝向右前方，测距传感器C(5)位于车头偏左侧位置且朝向左前方，测距传感器D(7)和测距传感器E(1)设置在车身左右两侧且朝向道路的两侧，其特征在于，所述控制方法包括：
若测距传感器A(4)检测到障碍物，而测距传感器B(3)和测距传感器C(5)均未检测到障碍物，执行以下步骤：步骤1-1，控制智能车向左或右转向角度γ行驶；步骤1-2，编码器(2)测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向相反方向偏转角度γ；
上述步骤1-1～1-2中，
Figure FDA0003260061230000011
Figure FDA0003260061230000012
式中，L1为测距传感器A(4)到障碍物的距离，d为道路宽度，L0为前轮中心点与测距传感器A(4)的水平距离；
若测距传感器A(4)和测距传感器C(5)检测到障碍物，测距传感器B(3)未检测到障碍物，执行以下步骤：步骤2-1，控制智能车向右转向角度γ行驶；步骤2-2，编码器(2)测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向左偏转角度γ；
若测距传感器A(4)和测距传感器B(3)检测到障碍物，测距传感器C(5)未检测到障碍物，执行以下步骤：步骤3-1，控制智能车向左转向角度γ行驶；步骤3-2，编码器(2)测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向右偏转角度γ；
上述步骤2-1～3-2中，
Figure FDA0003260061230000021
Figure FDA0003260061230000022
式中，L1为测距传感器A(4)到障碍物的距离，d为道路宽度，L0为前轮中心点与测距传感器A(4)的水平距离；
若测距传感器C(5)检测到障碍物，测距传感器A(4)和测距传感器B(3)未检测到障碍物，执行以下步骤：若测距传感器C(5)与障碍物的距离LC先递减再增大，控制智能车继续直线行驶；若测距传感器C(5)与障碍物的距离LC一直递减到
Figure FDA0003260061230000023
时仍不出现递增情况，则按以下步骤进行：步骤4-1，控制智能车向右转向角度γ行驶；步骤4-2，编码器(2)测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向左偏转角度γ；
上述步骤4-1～4-2中，
Figure FDA0003260061230000024
Figure FDA0003260061230000025
Figure FDA0003260061230000026
式中，L0为前轮中心点与测距传感器A(4)的水平距离，L3为前轮中心点与测距传感器C(5)的水平距离，L4为前轮中心点与障碍物的水平距离，d为道路宽度；
若测距传感器B(3)检测到障碍物，测距传感器A(4)和测距传感器C(5)未检测到障碍物，执行以下步骤：若测距传感器B(3)与障碍物的距离LB先递减再增大，控制智能车继续直线行驶；若测距传感器B(3)与障碍物的距离LB一直递减到
Figure FDA0003260061230000027
时仍不出现递增情况，则按以下步骤进行：步骤5-1，控制智能车向左转向角度γ行驶；步骤5-2，编码器(2)测量到智能车转向后的行驶距离达到L2时，控制智能车向右偏转角度γ；
上述步骤5-1～5-2中，
Figure FDA0003260061230000031
Figure FDA0003260061230000032
Figure FDA0003260061230000033
式中，L0为前轮中心点与测距传感器A(4)的水平距离，L5前轮中心点与测距传感器B(3)的水平距离，L6前轮中心点与障碍物的水平距离，d为道路宽度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤1-2之后，测距传感器D(7)的探测的距离LD和测距传感器E(1)探测的距离LE满足关系式
Figure FDA0003260061230000034
时，控制智能车向道路较宽一侧偏转角度γ，当编码器(2)测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向相反方向偏转角度γ；其中，L2和γ的取值与步骤1-1～1-2中的一致。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤2-2之后，测距传感器D(7)的探测的距离LD和测距传感器E(1)探测的距离LE满足关系式
Figure FDA0003260061230000035
时，控制智能车向左偏转角度γ，当编码器(2)测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向右偏转角度γ；其中，L2和γ的取值与步骤2-1～2-2中的一致。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤3-2之后，测距传感器D(7)的探测的距离LD和测距传感器E(1)探测的距离LE满足关系式
Figure FDA0003260061230000036
时，控制智能车向右偏转角度γ，当编码器(2)测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向左偏转角度γ；其中，L2和γ的取值与步骤3-1～3-2中的一致。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤4-2之后，测距传感器D(7)的探测的距离LD和测距传感器E(1)探测的距离LE满足关系式
Figure FDA0003260061230000041
时，控制智能车向左偏转角度γ，当编码器(2)测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向右偏转角度γ；其中，L2和γ的取值与步骤4-1～4-2中的一致。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤5-2之后，测距传感器D(7)的探测的距离LD和测距传感器E(1)探测的距离LE满足关系式
Figure FDA0003260061230000042
时，控制智能车向右偏转角度γ，当编码器(2)测量到智能车第三次转向后的行驶的距离达到L2时，控制智能车再向左偏转角度γ，其中，L2和γ的取值与步骤5-1～5-2中的一致。
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