【摘 要】
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无人驾驶技术在当今社会得到了极大的发展,无人车辆以及移动机器人的定位及导航技术也成为了重点研究方向。定位精度和导航准确性是无人驾驶车辆安全行驶的重要保障。在基于激光雷达和SLAM系统的无人驾驶技术中,定位精度和导航准确性取决于地图构建的准确性、路径规划技术的可靠性以及车辆硬件执行单元的性能。本文在分析特定结构化环境中无人驾驶车辆关键技术的基础上,主要从无人驾驶车辆的地图构建、路径规划、硬件执行单元
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无人驾驶技术在当今社会得到了极大的发展,无人车辆以及移动机器人的定位及导航技术也成为了重点研究方向。定位精度和导航准确性是无人驾驶车辆安全行驶的重要保障。在基于激光雷达和SLAM系统的无人驾驶技术中,定位精度和导航准确性取决于地图构建的准确性、路径规划技术的可靠性以及车辆硬件执行单元的性能。本文在分析特定结构化环境中无人驾驶车辆关键技术的基础上,主要从无人驾驶车辆的地图构建、路径规划、硬件执行单元等方面进行研究和设计:研究原有车辆的整体结构,并进行硬件系统和软件系统的设计。建立车辆的运动模型并进行坐标系的关联、进行激光雷达的选型和观测模型的建立;对地图构建使用的地图模型进行介绍,选择合适的地图模型并进行仿真测试。研究激光雷达对环境数据的采集;对基于图优化的SLAM算法进行介绍并进行算法设计,同时对该算法在特定结构化环境中的可行性进行仿真并对结果进行分析;对基于A*与DWA的路径规划算法进行介绍并进行算法设计;对SLAM最小系统进行设计。针对原有车辆的硬件单元进行研究,并使用基于BP神经网络PID复合控制算法来优化转向单元和驱动单元,对制动单元进行设计和改造以此来提高行车安全性。针对电动车辆的无人驾驶需求,构建SLAM最小系统和硬件控制系统,以电动车辆为载体搭建相关的软件和硬件平台。对于SLAM最小系统,以SLAMWARE Core和STM32单片机作为核心算法处理单元设计出地图构建单元和路径规划单元,SLAM最小系统能够根据激光雷达采集的环境信息、转角传感器采集的角度信息以及编码器采集的里程信息完成地图构建,对硬件系统进行控制并实现路径规划。对于硬件系统,以STM32单片机为核心设计了转向单元、制动单元和驱动单元。转向单元由转向电机驱动器、转向电机、转角传感器等组成,转向单元能够根据SALM最小系统获取的环境信息控制转向机构实现预期位置的转向;制动单元由激光测距传感器、继电器、直线电机等组成,制动单元能够根据车辆周围障碍物的距离进行紧急制动和缓慢制动;驱动单元由编码器、驱动电机、车速控制器等组成,驱动单元为SLAM最小系统提供里程信息,并能够根据SLAM最小系统获取的环境信息通过车速控制器调节车辆的行驶速度。图[83]表[4]参[66]
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