[发明专利]一种基于ROS的通信、导航、避障的多智能车的协同运动控制

说明书

本发明提供了一种基于Robot Operating System，简称ROS(即机器人操作系统)的通信、导航、避障的多智能车之间的协同运动控制算法。所有智能车均能通过双目摄像头模块处理路况信息，得到由路况照片形成的数据集，并且以python代码的形式传递给jetson TX2主板，jetson TX2主板进行Simultaneous Localization and Mapping，简称SLAM(即定位与地图搭建)环境搭建。当领航者智能车(简称领航者)遇到障碍，主板接收到异常数据集信息，通过ROS节点中的python代码向主控制器发出避障指令，智能车控制器接收指令改变舵机转速和双电机转速，完成避障。同时，跟随者智能车(简称跟随者)的jetson TX2主板通过TCP/IP协议订阅到领航者的速度和位姿信息，跟随者通过协同运动控制算法，计算电机和舵机转速实现协同运动，并根据领航者本身特征区分开障碍物和领航者，实现避障。本发明的关键在于设计了一种智能车避障算法以及多智能车的协同运动控制算法，可以用于实现军用小型无人战车避障和协同运动控制。

技术领域

本发明涉及智能车技术领域，尤其涉及一种基于Robot Operating System(即 机器人操作系统)的通信、导航、避障智能车。

背景技术

多车协同运动控制的研究成为当前智能交通系统的研究热潮，其协同原理技术的相关研究是当前开发研究的热点和难点问题之一，多车协同系统由于其具有单车系 统无法比拟的优越性已越来越受到重视。多车协同系统并不只是单个智能车的简单组 合，实现协同过程涉及多个学科技术的融合，其功能和特性是远远优于单车系统的线 性叠加。

和单智能车相比，多车协同系统具有许多优点：(1)多车协同系统具有更高 的工作效率。(2)多车协同系统可以获得更精确和丰富的信息。(3)多车协同系统 的协作成员通过分工合作，很大程度上提高系统的鲁棒性。(4)多车协同系统可扩展 性和灵活性较高。

发明内容

本发明的目的是：提供一种ROS系统智能车，实现智能车的通信、导航、避 障以及多个智能车之间的协同运动控制，进一步提升智能化。

为了解决上述技术问题，本发明的所有智能车采用一种ROS系统智能车，包 括四轮小车以及安装在所述四轮小车上的jetson TX2的主板和stm32单片机、电机驱 动模块、电机驱动模块两个直流电机、舵机、激光雷达和双目摄像头。

根据权利要求1所述的智能车底盘，其特征在于：所述的所有智能车的通信 系统使用搭载ROS系统的jetson TX2主板。所述的智能车底盘控制系统，其特征在 于：所述视觉模块由两个摄像头组成，所述Optor双目相机通过USB接口与jetson TX2 主板连接。所述智能车底盘控制系统，其特征在于：所述SLAM导航定位模块包括 RPLIDAR A1激光雷达，所述激光雷达通过USB接口与jetson TX2主板连接。

根据权利要求1所述的智能车是基于阿克曼运动学分析，设u₁、u₂分别为前 内轮转速和前外轮转速；u₃、u₄分别为后内轮转速和后外轮转速，u为当前车速； R₁、R₂分别为前后轮与的智能车转动中心垂直。

车辆模型决定了u₃+u₄＝2u，经联立方程组得，

据权利要求2所述的领航者的避障算法如下：

设小车长宽依次为l，w(已知)。设小车质心与障碍物垂直距离为s(已知)， 小车质心与障碍物最左侧点间距为m(用户自设)。小车通过时的姿态为障碍物端点 在小车前后轮交线的垂线上。设小车通过时障碍物端点距离小车前后轮交线距离名为 防撞间距，设为y。小车质心与障碍物的垂直距离为x。小车舵机达到应有转角所需时 间为舵机反应时间，设为T。