论文中文题名: | 矿用无人车路径规划方法研究 |
姓名: | |
学号: | 21205016036 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 0802 |
学科名称: | 工学 - 机械工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 智能矿用车辆 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-17 |
论文答辩日期: | 2024-06-02 |
论文外文题名: | Research on the Path Planning Method for Mine Unmanned Vehicles |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Unmanned mine vehicles ; A* algorithm ; Global path planning ; Fuzzy control DWA algorithm ; Local path planning |
论文中文摘要: |
随着煤矿智能化快速发展,矿用车辆无人驾驶技术已经成为研究热点方向,其技术关键是矿井巷道的实时定位与地图构建技术(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)和路径规划技术。但由于矿井环境特殊,存在巷道建图退化、路径规划效率低等问题,因此,本文对矿用无人车路径规划方法开展研究,主要内容如下: (1)研究多传感器融合SLAM系统框架。首先,针对矿井巷道建图退化问题,采用融合单目相机/激光雷达和惯性测量单元SLAM方法构建高精度地图;其次,对巷道三维点云地图进行栅格化处理;最后,提出一种路径融合方法来实现在三维点云地图上的全局路径规划,为后续研究矿用无人车路径规划方法奠定基础。 (2)以A*算法作为全局路径规划基础开展矿用无人车路径规划方法研究。首先,通过量化障碍物信息,将其引入A*算法,建立自适应式启发函数,提高算法的搜索效率;其次,提出一种关键节点选取策略,优化全局路径节点的选择方式;最后,利用3次Clamped-B样条曲线对路径进行平滑处理,提高路径平滑度。 (3)以动态窗口法(Dynamic Window Approach,DWA)作为局部路径规划基础开展矿用无人车路径规划方法研究。首先,基于模糊控制原理,定义模糊系统的输入/输出量;其次,通过建立模糊规则,利用重心法解模糊化,完成模糊推理;最后,通过设计的DWA模糊控制器,实时调整权重系数,提高改进DWA算法的鲁棒性。 改进A*算法和改进模糊控制DWA混合的矿用无人车路径规划方法研究及实验验证。首先,将全局路径关键节点作为DWA动态规划的局部目标点,实现改进A*算法和改进模糊控制DWA混合路径规划方法设计;其次,根据矿井巷道行车规则设计路径规划实验,通过自行搭建的智能车辆实验平台进行模拟巷道路径规划实验,对混合方法的可行性和有效性进行验证;最后,实验结果表明,混合路径规划方法的效率更高,路径长度更短,在动态环境下路径的安全性更好,满足矿用车辆的驾驶需求。 |
论文外文摘要: |
With the rapid development of intelligent coal mine construction, the exploration of unmanned driving technology for mine vehicles has become a hot spot. The simultaneous localization and mapping (SLAM) technology and path planning technology of mine tunnels are key to the research of unmanned driving technology for mine vehicles. However, due to the special environment of mines, there are problems such as degradation of tunnels mapping and low efficiency of path planning. Therefore, this paper conducts research on the path planning method of unmanned mining vehicles, and the main content is as follows: (1) The framework of multi-sensor fusion SLAM system is studied. Firstly, in order to solve the problem of degradation in mine roadway mapping, a high-precision map is constructed by using a fusion monocular camera / lidar, and inertial measurement unit SLAM method. Secondly, the 3D point cloud map of the roadway is rasterized. Finally, a path fusion method is proposed to achieve global path planning on 3D point cloud maps, laying the foundation for subsequent research on path planning methods for mining unmanned vehicles. (2) Research on path planning methods for mine unmanned vehicles by using A* algorithm as the basis for global path planning. Firstly, the obstacle information is quantified and introduced it into the A * algorithm, which an adaptive heuristic function is established to improve the search efficiency of the algorithm in different environments. Secondly, a strategy for selecting key nodes is proposed and the selection method of global path node is optimized. Finally, the path is smoothed by using 3 times Clamped-B spline to improve the smoothness of the path. (3) Research on path planning methods for mine unmanned vehicles by using the dynamic window approach (DWA) algorithm as the basis for local path planning. Firstly, based on the principle of fuzzy control, the input/output quantities of the fuzzy system are defined. Secondly, the fuzzy rules are by establishing and the centroid method is used to solve ambiguity, the fuzzy reasoning is completed. Finally, a DWA fuzzy controller is designed. The weight coefficients are adjusted in real-time, the robustness of the improved DWA algorithm can be improved. (4) Research and experimental verification of a hybrid path planning method for mining unmanned vehicles based on improved A * algorithm and improved fuzzy control DWA. Firstly, the global path key nodes are used as local target points for DWA dynamic planning, and the improved A * algorithm and improved fuzzy control DWA hybrid path planning method are designed. Secondly, a path planning experiment is designed based on the driving rules of the mine tunnel, and a simulated tunnel path planning experiment is conducted using a self-built intelligent vehicle experimental platform to verify the feasibility and effectiveness of the hybrid method. Finally, The experimental results show that the hybrid path planning method has higher efficiency, shorter path length, and better path safety in dynamic environments, which meet the driving needs of mine vehicles. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD525 |
开放日期: | 2024-06-17 |