霍佳佳 柳鈺 張宣妮 田青

摘 要：我國(guó)科技正在不斷的迅速發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)成了科學(xué)研究的新方向。機(jī)器人技術(shù)日新月異，從二十世紀(jì)六十年代第一代機(jī)器人的“示教-再現(xiàn)”技術(shù)到第二代機(jī)器人的傳感技術(shù)的運(yùn)用再到第三代智能機(jī)器人的問(wèn)世，機(jī)器人技術(shù)與世界高端技術(shù)不斷的進(jìn)行融合，不斷的進(jìn)行提高，但是在機(jī)器人技術(shù)提高的同時(shí)也要注重機(jī)器人避障能力的提高。

關(guān)鍵詞：輪式小車(chē)；視覺(jué)跟蹤；避障方法；研究

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，智能化漸漸成為人們生活中必不可少的一項(xiàng)新技術(shù)，而智能化生活也是人們科學(xué)研究的熱點(diǎn)。移動(dòng)機(jī)器人在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全中都起著重要的作用，移動(dòng)機(jī)器人最終的目的是要投入到實(shí)際生活中，而自主避障能力是移動(dòng)機(jī)器人從構(gòu)想投入實(shí)際運(yùn)用的關(guān)鍵，因此對(duì)移動(dòng)機(jī)器人避障方法的研究是科技研究的重點(diǎn)，如何讓移動(dòng)機(jī)器人精準(zhǔn)的進(jìn)行道路避障一直是困擾科技人員的難題，這也是當(dāng)下科技研究者急需要解決的問(wèn)題。

一、整體考慮輪式小車(chē)的設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行輪式小車(chē)避障研究中需要把輪式小車(chē)設(shè)計(jì)方案的選擇放在首要位置，任何一項(xiàng)新型技術(shù)的研究必須要選擇正確有效的設(shè)計(jì)方案，因?yàn)榉桨冈O(shè)計(jì)的優(yōu)劣會(huì)直接影響后期研究的整體過(guò)程。對(duì)輪式小車(chē)避障方法優(yōu)中擇優(yōu)的選擇，能夠讓后期的研究沿著正確的方向進(jìn)行，讓智能化輪式小車(chē)更快的進(jìn)入人們的生活中，更好的為人們服務(wù)。例如在輪式小車(chē)避障方法的兩個(gè)方案中，方案一：設(shè)計(jì)方案是使用三個(gè)支撐點(diǎn)來(lái)使小車(chē)運(yùn)行得到穩(wěn)定，但是只有一個(gè)輪子是用來(lái)控制前進(jìn)和轉(zhuǎn)向的，如果輪式小車(chē)想要沿直線(xiàn)行駛，就必須要將小車(chē)的前輪定位在中間位置并且在移動(dòng)的時(shí)候按照規(guī)定的速度進(jìn)行移動(dòng)；如果想要沿曲線(xiàn)移動(dòng)，就需要事先進(jìn)行曲線(xiàn)移動(dòng)角度的計(jì)算，然后將輪式小車(chē)的前輪定位在事先計(jì)算好的角度上；方案二：第二種方案與第一種方案不同的是采用了差速驅(qū)動(dòng)，在小車(chē)的兩側(cè)安裝了兩個(gè)電機(jī)，這樣就可以分別獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪子，而且驅(qū)動(dòng)輪不能安裝在小車(chē)的中間部位，這樣會(huì)使小車(chē)失去平衡性。

兩種方案進(jìn)行對(duì)比，會(huì)優(yōu)先選擇方案二，因?yàn)榉桨敢坏膯屋嗱?qū)動(dòng)是沒(méi)有辦法進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向的，差速驅(qū)動(dòng)比單輪驅(qū)動(dòng)在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中要簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候是不需要進(jìn)行從動(dòng)輪中心軸旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)考慮的。

二、輪式小車(chē)避障方法的研究

（一）傳統(tǒng)小車(chē)避障方法的優(yōu)劣分析

1.人工勢(shì)場(chǎng)法

輪式小車(chē)避障方法的研究必然離不開(kāi)對(duì)避障路徑的規(guī)劃，傳統(tǒng)的人工勢(shì)場(chǎng)法是最簡(jiǎn)單的避障方法，采用虛擬力的方法，在輪式小車(chē)在模擬環(huán)境中進(jìn)行行走的時(shí)候，虛擬出障礙物給小車(chē)周身所帶來(lái)排斥力和小車(chē)對(duì)目標(biāo)地點(diǎn)的吸引力，以此來(lái)確定輪式小車(chē)避障路線(xiàn)，雖然人工勢(shì)場(chǎng)法簡(jiǎn)單易行，但是它無(wú)法解決輪式小車(chē)在行駛的時(shí)候與障礙物、目標(biāo)點(diǎn)的斥力的大小和方向隨著距離的改變而改變的問(wèn)題，同時(shí)也因?yàn)槿斯?shì)場(chǎng)法所選取的區(qū)域極小，無(wú)法確定小車(chē)行駛的最短路徑，這樣必然會(huì)給小車(chē)避障帶來(lái)一定的影響。為了能夠適應(yīng)輪式小車(chē)的避障路徑標(biāo)準(zhǔn)，研究者在人工勢(shì)場(chǎng)法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用了新的一種方法—避障最優(yōu)控制方法，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠在進(jìn)行避開(kāi)障礙物的同時(shí)完成原先預(yù)定的工作目標(biāo)，但是這種方法對(duì)路徑的起點(diǎn)的要求十分嚴(yán)格。

2.柵格法

柵格法是運(yùn)用四叉樹(shù)或者八叉樹(shù)來(lái)表示輪式小車(chē)的工作環(huán)境的，能夠?qū)⒄麄€(gè)工作環(huán)境劃分為有二值信息的柵格，然后再通過(guò)算法進(jìn)行避障路徑的確定。柵格法中關(guān)鍵之處就在于柵格的大小選擇上，柵格的大小是影響環(huán)境信息存儲(chǔ)量和路徑規(guī)劃時(shí)間的直接因素。當(dāng)柵格選取的越大，周?chē)h(huán)境的分辨率就會(huì)越小，在進(jìn)行小車(chē)避障路徑的規(guī)劃時(shí)因?yàn)榄h(huán)境存儲(chǔ)信息量小，所以規(guī)劃時(shí)間就會(huì)較短；如果柵格選取的越小，則反之，但是在避障路徑規(guī)劃時(shí)間上就會(huì)比小范圍柵欄所用的時(shí)間長(zhǎng)。

3.位姿空間法

在進(jìn)行輪式小車(chē)避障道路規(guī)劃的時(shí)候如果將輪式小車(chē)當(dāng)做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行研究則會(huì)方便很多，而位姿空間法就是將輪式小車(chē)視作質(zhì)點(diǎn)的常用避障算法。雖然位姿空間法能夠大大簡(jiǎn)化輪式小車(chē)的避障路徑的選擇，但是位姿空間法的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，由于將輪式小車(chē)視作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，就會(huì)忽略輪式小車(chē)的體型和構(gòu)造，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候障礙物可能會(huì)碰到輪式小車(chē)的頭頂或者周身的觸角等。

（二）區(qū)域分割法

傳統(tǒng)的輪式小車(chē)避障方法雖然有很多優(yōu)點(diǎn)但是同時(shí)也存在著缺點(diǎn)，在新時(shí)代技術(shù)的不斷發(fā)展下，傳統(tǒng)的避障算法漸漸被摒棄或者被不斷的改進(jìn)，在不斷的研究改進(jìn)中，新的避障算法應(yīng)時(shí)而生。區(qū)域分割法，根據(jù)輪式小車(chē)運(yùn)行的軌跡特點(diǎn)進(jìn)行特定的區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)軌跡，保證在規(guī)定區(qū)域內(nèi)，輪式小車(chē)在進(jìn)行無(wú)障礙物阻擋的情況下能夠進(jìn)行直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，當(dāng)輪式小車(chē)在直行前進(jìn)的時(shí)候遇到障礙物能夠選擇左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)的方式來(lái)躲避障礙物。視覺(jué)效應(yīng)能夠?qū)⒈臼侨S的障礙物抽象變?yōu)槎S平面，小車(chē)在進(jìn)行前進(jìn)的時(shí)候，能夠運(yùn)用傳感器系統(tǒng)測(cè)出二維平面中的障礙物與輪式小車(chē)的實(shí)際距離，然后小車(chē)能夠及時(shí)進(jìn)行方向改變，從而避開(kāi)障礙物。

（三）避障控制系統(tǒng)軟件的提升

無(wú)論輪式小車(chē)的避障路徑設(shè)計(jì)的多么完美最終都需要避障控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行小車(chē)運(yùn)行的控制，以往的避障控制系統(tǒng)軟件已經(jīng)滿(mǎn)足不了新型輪式小車(chē)的避障方法，用新的技術(shù)手段進(jìn)行新的避障控制系統(tǒng)軟件的提升，能夠讓小車(chē)在自主行駛的過(guò)程中對(duì)圖像、信息進(jìn)行采集和處理，進(jìn)行自主避障。

三、結(jié)語(yǔ)

新時(shí)代在不斷的發(fā)展中，輪式小車(chē)漸漸進(jìn)入社會(huì)的各項(xiàng)行業(yè)中，無(wú)論是在農(nóng)業(yè)、軍事還是工業(yè)等領(lǐng)域都占據(jù)著重要的地位，它們?cè)谄渲邪l(fā)揮的作用不容忽視。對(duì)輪式小車(chē)的避障方法的研究越來(lái)越重要，也是科技研究者一直關(guān)注的研究重點(diǎn)。雖然我國(guó)的科技在飛速的發(fā)展，但是輪式小車(chē)的避障方法還有待繼續(xù)提高，在科技研究者不斷的研究和改善下，我國(guó)的輪式小車(chē)將會(huì)在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮其特有的作用和價(jià)值。

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項(xiàng)目名稱(chēng)：咸陽(yáng)師范學(xué)院國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016011）

作者簡(jiǎn)介：霍佳佳（1995-），男，陜西榆林人，就讀于咸陽(yáng)師范學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)三年級(jí)。