基于视觉的自平衡小车协同行进控制研究

《基于视觉的自平衡小车协同行进控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于视觉的自平衡小车协同行进控制研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：张阳指导教师：李斌副教授兼职导师：赵新权高级工程师学位类别：工程硕士（控制工程领域）重庆大学自动化学院二O一六年四月TheResearchonCoordinatedandTrackingControloftheTwo-WheeledSelf-BalancingVehicleBasedonMachineVisionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirement

2、forProfessionalDegreeByZhangYangSupervisedbyAssoc.Prof.LiBinPluralisticSupervisedbySen.Eng.ZhaoXinquanSpecialty:ME(ControlEngineeringField)CollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要自平衡小车作为双轮自平衡机器人中的经典代表，是仿人智能机器人中典型的研究对象之一，其自1986年被

3、日本学者提出来后逐渐被人们淡忘，近些年来随着“Segway”热潮的兴起，其强大的军用和民用实用意义才渐渐被人们发现，使得越来越多的国内外研究学者加入对其研究的行列。但是目前关于其的大部分研究及科研成果主要是集中在对其单个个体行为上的研究，而鲜有国内外研究学者对于其多个个体之间的群体性行为进行研究，比如协同性、跟踪性、模仿性、合作性等。据此，本文从相对简单的研究方向切入，以两台自平衡小车组成的多自平衡小车系统作为研究对象，尝试通过采用基于机器视觉的方法来研究实现其内部两台车之间的协同跟踪行进这一群体特性。值得注意的是本文所指协同跟踪性

4、是通俗字面意义上的理解，即跟随车对沿直线行走的目标车完成直线跟踪与协同直线行进的过程，而并不是多智能体领域内所专指的控制器设计只需采用局部信息而不是全局信息的含义。在缺乏多自平衡小车群体性问题研究的国内外资料情况下，本文对其衍生问题自平衡小车的国内外发展现状以及目前主流的多四轮智能车协同跟踪行进控制方法进行了总结归纳，以便指导本文的研究工作。同时本文的研究工作主要从四个部分进行展开讨论：第一部分是系统内部模型的分析与研究。主要工作有：1.自平衡小车系统的二维动力学模型及其状态空间表达形式的分析与推导；2.系统内部自平衡小车多体间的波

5、动性模型研究；3.系统在协同跟踪行进过程中车距判断模型的建立；4.系统内部波动性模型对图像采集过程以及车距、车速的影响分析。第二部分是机器视觉方面的图像理论研究与仿真分析。主要工作有：1.图像增强与处理方面的理论研究，包括图像灰度值修正方法、滤波平滑处理效果对比、jpeg图像数据流的编解码过程；2.图像区域描述研究，包括图像上有效区域描述、距离描述以及形状描述；3.Matlab仿真分析。通过仿真分析了不同车距、光照情况下的图像增强处理效果，同时确定了一系列的相关参数值。第三部是系统控制决策设计与实验结果仿真分析。主要工作有：1.自平

6、衡小车自身系统零输入响应分析；2.自平衡小车自身平衡的PID控制仿真分析；3.系统在协同跟踪行进过程中车距决策方案的设计、车速控制率的设计以及行驶方向的矫正设计；4.系统内部两台自平衡小车在协同跟踪行进过程中车距和车速变化趋势的Matlab仿真实验结果分析。第四部分是系统实验平台的搭建介绍以及实验结果的归纳总结。主要工作有：1.整体实验方案的设计与介绍；2.系统硬件环境的搭建与软件程序的编写调试；3.I重庆大学硕士学位论文中文摘要具体实验结果的归纳与总结。关键词：自平衡小车、群体性、协同跟踪、机器视觉、图像处理II重庆大学硕士学位论

7、文英文摘要ABSTRACTAsatypicalrepresentativeofthetwo-wheeledself-balancingrobot,thetwo-wheeledself-balancingvehicleisoneofthetypicalresearchobjectoftheimitationofHumanIntelligentRobotics.Butitwasforgottenbypeoplesinceitscreationin1986gradually,untiltheriseof“Segway”inthisyear

8、s,itspowerfulandpracticalsignificanceinmilitaryandcivilianfieldhasbeenfoundbymoreandmorepeople.Anditattractsmoreandmo