基于视觉非完整自主车的道路避障.pdf

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1、第24卷第2期东北大学学报（自然科学版）VOI.24，NO.22003年2月JOurnaIOfNOrtheasternUniversit（yNaturaIScience）Feb.2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：1005-302（62003）02-0107-04基于视觉非完整自主车的道路避障司秉玉，吕宗涛，宿国军，徐心和（东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110004）摘要：就四轮非完整自主车提出了一种基于圆轨迹的道路避障策略·道路上的障碍按照障碍距离自主车的远近可以划分层次，一个

2、层次的障碍能在自主车视场中全部出现·然后给出基于圆轨迹的避障算法，即自主车沿由自主车出发位姿和子目标点确定的圆弧轨迹走行·提出了移动光心得到的深度信息原理并推导了四轮非完整车的运动模型，为提出避障策略的基础作准备·基于圆轨迹避障策略能够很好地满足非完整自主车的运动特性，体现了方法的优越性·关键词：非完整自主车；单目视觉；运动模型；道路避障；圆轨迹中图分类号：TP242.6文献标识码：A近些年来自主车（ALV）在国外被广泛应用方程于机器视觉和控制理论的实验平台［1~10］，非完整ZXZ'X=，=，Z'=Z+d四轮自主车与汽车相似的运动模型有着广泛的应fafa'用·但是国内对非完整四轮自主车

3、避障模型以及解得，Z=da，X=aa'd，a-a'（fa-a'）自主车的道路避障的研究并不多见·这主要：!自点P到光心0的距离为主车的非完整约束对路径的曲率有非常严格的要［4］［9］1d（2a2+f2）a'2求；"其缺乏精确的导航方法·（Z2+X2）2="（2a-a'）2f本文提出了一种基于圆轨迹的避障策略，提通过平移光心得到了点P到视场光心的距离，也出的路径轨迹完全符合四轮非完整车的运动学要［8，9］就获得了障碍对自主车的距离信息·求·该方法与Tsai等人提出的基于直线轨迹的避障策略相比，更符合四轮非完整车的运动学特点·本文应用了一种基于单目视觉获取目标物体深度信息的方法，避免了双目视

4、觉自身带来的问题·1视觉模型图1移动光心可以获得深度信息在自主车避障过程中，视觉系统要获得障碍Fig.1Depthinformationobtainedbymovinglens的位置信息，包括障碍相对自主车的距离、角度和高度·为了简化模型，把三维空间问题简化为二维2非完整自主车运动模型空间问题·这样障碍对于自主车的信息只有障碍对自主车的距离和角度·机器人坐标系下，0i点坐标（xoc，yoc）为根据射影几何学和视觉原理，静止的单目视x=（tan!-tan"）l，y=loc2（tan!+tan"）octan!+tan"·（1）觉是不能获得目标物体的深度信息，平移光心可其中，"，为标量·以获得

5、关于目标点P更多的信息·如图1所示，!点P在视场内成像在点（a，6），再平移光心0到世界坐标系下，0i点坐标（xo，yo）为0'，此时点P在视场内成像在点（a'，6'）·列出xo=xoc+xc，yo=yoc+yc·（2）收稿日期：2002-07-19基金项目：中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室资助项目（RL200203）·作者简介：司秉玉（1974-），男，吉林省吉林市人，东北大学博士研究生；徐心和（1940-），男，河北临榆人，东北大学教授，博士生导师·108东北大学学报（自然科学版）第24卷如图2所示，这时，自主车的运动轨迹是一段自主车穿过避障时，障碍之间的最小距离必须要圆

6、弧，圆方程为满足l2D（G，）>0（7）（x-x）2+（y-y）2=()（3）min-WSB00tanB+tanG约束条件（7）可以决定在避障时自主车G，的选B取·当自主车运动轨迹为直线时，有Dmin-2b>0·3非完整自主车的道路避障策略事先约定假设条件：自主车与障碍都处在同一平面内；所有障碍在世界坐标系中相对静止；自主车起点与目标点已知·3.1障碍层次的划分图2非完整自主车的运动模型在道路避障过程中，自主车要到达的目标较Fig.2Modelofmovingnonholonomicrobot远或被障碍所挡，障碍不可能每一时刻都出现在方程（1）是一个不同转向模型的一般形式·当视场中，采用

7、KaichunJiang等人［4］提出的方法将G=0时，后轮为舵轮，当B=0时，前轮为舵轮；当道路上的障碍按照障碍距离自主车的远近划分层G=0且B=0时，自主车运动的轨迹是直线；当G次，一个层次的障碍在视场中全部出现·根据自主=B=90时，自主车在以它自身的质心为圆心自车出发位姿和这一层次的障碍能确定一个子目标转·在平面运动中，非完整自主车的运动有两个约点，自主车根据出发点与子目标点以及自主车位束条件：姿确定轨迹路径；当自主车运动到