基于图像识别的智能小车路径跟随系统设计

发布时间：2017-08-13 13:18

  本文关键词：基于图像识别的智能小车路径跟随系统设计

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【摘要】：汽车智能驾驶系统要实现车道线检测、障碍物检测、路径规划及路径跟随等几项基本功能。路径跟随控制作为智能车辆研究的关键问题,近年来受国内外学者的广泛关注。本文研究基于图像识别的路径跟随控制算法,并以STM32F103为核心控制模块,搭建20:1的嵌入式智能小车模型,通过实验对路径跟随及其控制效果进行验证。论文主要内容包括以下几个方面:(1)根据智能小车路径识别及路径跟随的需求,设计智能小车系统。以STM32F103开发板为开发平台构建嵌入式硬件控制系统,包括局域网摄像头模块、蓝牙串口通信模块、电源模块、电机驱动模块、测速模块及各个模块间的接口电路设计。(2)研究智能小车实现路径跟随的算法。为了高效稳定地实现智能小车路径跟随,避免复杂的运算,借鉴模糊控制算法的定性输入思路,根据路径走向偏离中线角度的大小划分集合,根据所在集合输出小车双轮转速以实现转向,采用快速调整行车方向和行车方向微调相结合的方法,实现智能小车路径跟随。(3)研究了智能小车电机的PID调节方法,以及小车车速的测量方法。智能小车为三轮模型,包括两个驱动轮和一个万向轮,转向由双驱动轮差速旋转实现。电机调节采用闭环PID调节,测速采用适用与低速测量场合的测周期法。(4)通过仿真实验将本文算法与传统的通过最小二乘法拟合路径中心线获取路径信息的预瞄控制算法作对比,比较两种算法的计算量和准确度。使用搭建的智能小车进行实验,结果表明,小车可以按给定路径稳定行驶。这证明基于STM32F103开发板所建立的嵌入式平台,及基于图像识别的路径跟随算法是正确可行的。
【关键词】：智能小车 路径跟踪 图像识别 模糊控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 路径图像识别研究现状13-14
• 1.3 本文研究目标14-15
• 1.4 本文组织结构15-16
• 第2章 智能小车体系结构与建模16-21
• 2.1 智能小车系统结构16-18
• 2.2 智能小车运动学建模18-20
• 2.2.1 智能小车的坐标系18-19
• 2.2.2 智能小车位姿描述19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 图像处理与摄像机标定21-27
• 3.1 图像处理基本原理21-24
• 3.1.1 图像灰度化21
• 3.1.2 最优阈值分割21-23
• 3.1.3 数学形态学操作23-24
• 3.2 二维平面的投影变换及标定方法24-27
• 第4章 路径特征提取与路径跟随控制27-43
• 4.1 方向码盘27-29
• 4.1.1 方向码盘概念的提出27-28
• 4.1.2 方向码盘透视变化28-29
• 4.2 模糊控制器的设计29-32
• 4.2.1 输入量与输出量的确定30-31
• 4.2.2 模糊规则31-32
• 4.3 小车运动控制32-35
• 4.3.1 智能小车指令执行时间32-34
• 4.3.2 小车左右轮速度34
• 4.3.3 小车偏航复位34-35
• 4.4 模糊控制规则的补充35-36
• 4.5 上位机（ PC）控制软件功能设计36-40
• 4.5.1 上位机（ PC）软件开发环境37-38
• 4.5.2 图像接收处理的实现38-40
• 4.5.3 串口数据收发40
• 4.6 实验仿真40-42
• 4.7 本章小结42-43
• 第5章 智能小车路径跟随试验43-60
• 5.1 硬件系统布置43-44
• 5.2 智能小车平台搭建44-53
• 5.2.1 上位机配置44
• 5.2.2 移动端设计与搭建44-53
• 5.3 小车轮速调节53-56
• 5.3.1 驱动电机调试53-55
• 5.3.2 轮速PID调节55-56
• 5.4 指令延时及方向修正56-58
• 5.5 实验58-60
• 总结与展望60-62
• 1 主要的研究工作和创新点60
• 2 工作展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的论文目录67-68
• 附录B 实验数据68-69

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本文编号：667478