基于改进人工势场法的农机避障方法研究

发布时间：2025-01-14 00:13

　　 自主避障是保证农机自动导航应用可靠性与安全性的关键技术。本文以激光测距仪为主要传感器,通过对斥力势场函数进行改进,提出一种基于改进人工势场法的农机避障方法。以激光测距仪获取的障碍物距离信息为依据,实现了对监测范围内的障碍物避障绕行。基于ROS系统在Gazebo中搭建仿真环境进行仿真试验,结果表明车辆能够完成局部路径规划任务且在路径光滑度方面具有一定的优越性;以改装后的SH-GL型农用电动车为平台设计了PID控制器并进行实地避障试验。试验结果表明,当车辆以0.5 m/s的速度行进时,针对不同位置的障碍物,均可在半径为350 cm的避让区内完成最优局部路径规划,有效克服传统人工势场法目标不可达问题,实现自主避障作业。

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【部分图文】：

图1 人工势场法

人工势场法通过对引力场和斥力场进行模拟,引导物体朝目标点运动,避免与障碍物发生碰撞。物体在势场中每一点所受的合力等于该点所有斥力和引力之和。其中物体所受力的大小与距离有关,当距离目标点越近时,引力函数越大;当距离障碍物较近时,斥力函数则越大。相应的引力

图2 车辆与目标点和障碍物共线

针对传统人工势场法存在目标不可达问题,分两种情况进行讨论:(1)当目标点与障碍物相距较近时,存在斥力大于引力的情况,使车辆永远无法到达目标点。(2)当障碍物与目标点和车辆共线且位于二者之间时,如图2所示,在车辆向目标点运动的过程中,必然存在合力为零的情况,此时车辆将在该点停止运动....

图3 车辆运动学模型

不考虑轮胎与地面的侧向滑动,建立如图3所示的轮式车辆运动学模型。根据图3车辆运动学模型,可得

图4 导航控制系统框图

PID控制器是一种按照反馈偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行调节的控制器,因其结构简单、工作稳定、鲁棒性强且易于调控,被广泛应用于工业控制领域。本研究采用PID控制器实现农机自动避障。如图4所示,农机通过激光传感器检测到前方障碍物信息后,首先基于上述改进人工势场法完成局....

本文编号：4026115