[发明专利]一种车辆沿边导航的七光电开关弧形阵列与方法

说明书

本发明公开了一种车辆沿边导航的七光电开关弧形阵列与方法，涉及自动导航技术领域。阵列由七个相同的光电开关按圆弧均匀布置构成。当路沿处于设定的理想目标带内时，车辆处于理想位姿而不需调节；当路沿跨出理想目标带时，根据由信号触发数N_d和触发中心序号N_f判定的七光电开关弧形阵列的高低电平状态自动选择相应导航轨迹曲线和确定导航轨迹的参数，通过调控使车辆回到理想目标带内，从而实现车辆的沿边导航控制。通过沿车辆侧面弧形布置的七个光电开关的高低电平变化，实现对车辆相对路沿的位姿准确检测和沿边导航，并适用于凸起路沿的防碰撞和下沉路沿的防跌落自动沿边导航，结构简单、控制简便且适应性强，具有良好的实用性。

技术领域

本发明涉及自动导航领域，特别涉及一种车辆沿边导航的七光电开关弧形阵列与方法。

背景技术

利用边沿特征进行导航在很多领域具有重要的价值和意义。现有沿边导航技术主要基于图像处理或距离感知来实现：

(1)通过机器视觉、红外、深度等获取环境的图像信息，进而提取道路边沿以进行车辆导航，其价格昂贵、受光影响大、算法复杂难以满足车辆行进的实时性要求；

(2)扫地机器人等设备具备简单的机械、红外光电或超声的距离或碰撞感知，但仅能实现边沿的防碰撞或防跌落控制，难以精确地确定自身与边沿的相对位置和姿态，因而难以实现准确地沿边快速行进控制，同时其应用场合有限；

(3)通过在车辆沿边一侧安装一个超声或红外光电传感器对墙体进行测距，从而实现沿边行走，但无法实现对车身长度方向的倾斜状态的感知判断，无法避免车头或车尾越过边界，因而不能保证安全可靠和平顺快速的沿边行进(周慧等，基于单超声波传感器的移动机器人沿边导航.声学技术，2014，33(S2)：243-246；查峰等，移动机器鼠沿墙导航策略与算法研究.计算机工程，2012,38(6)：172-174)；

(4)AS-R移动机器人在侧前方弧形布置多个距离传感器、Khepera移动机器人在前方弧形布置多个距离传感器对墙体进行测距，进而通过多个距离信号的模糊逻辑融合等来实现沿边行走，但其计算量大、和墙体间的角度稳定度不足(袁宇龙等，基于模糊逻辑的移动机器人沿墙行为精准控制.世界科技研究与发展，2013,35(6)：704-708；徐明亮等，移动机器人模糊Q-学习沿墙导航，电机与控制学报，2010,14(6)：83-88.)

(5)通过在车辆侧面平行安装若干个光电开关实现沿边行进，但只能通过不同光电开关的高低电平制定判断规则来了解车身偏离边沿的大致情况，而无法获得车身相对于边沿的具体位置和姿态，因而沿边导航的精度难以保证、运行轨平滑性差(杜利超等，大棚喷雾作业机器人的行为控制与路径规划.广东农业科学，2011,38(1)：185-188)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆沿边导航的七光电开关弧形阵列与方法，以实现车辆的单侧快速沿边自动行进，提高沿边导航的精度。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种车辆沿边导航的七光电开关弧形阵列，其特征在于：由七个相同的光电开关(1)按圆弧均匀布置构成，每一光电开关(1)沿圆弧的圆心线方向朝向外；

所述七光电开关弧形阵列(4)安装在车辆(3)靠路沿(2)的一侧，所述七光电开关弧形阵列(4)的弧顶朝向路沿(2)，所述七光电开关弧形阵列(4)的中心线与车辆(3)的纵向中心线方向垂直；

所述路沿(2)包括凸起路沿(7)和下沉路沿(8)两类，其中凸起路沿(7)是指道路侧边具有竖起的墙壁等障碍物，下沉路沿(8)是指道路侧边具有沟渠等下沉的空间。

如果所述路沿(2)为凸起路沿(7)，则