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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/89103
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dc.contributor.advisor王立昇zh_TW
dc.contributor.advisorLi-Sheng Wangen
dc.contributor.author王威棣zh_TW
dc.contributor.authorWei-Ti Wangen
dc.date.accessioned2023-08-16T17:08:49Z-
dc.date.available2023-11-09-
dc.date.copyright2023-08-16-
dc.date.issued2023-
dc.date.submitted2023-08-08-
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-
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/89103-
dc.description.abstract本研究以勢能法輔助速度障區完成避障任務,以改良式速度障區算法獲得非碰撞區域,並由人工勢能場輔助找出非碰撞區中梯度最低的一條路徑。在實驗設計部分,結合傳感器實現自主定位,獲得位置、姿態、速度等資訊,再以模糊控制器計算對差速輪載具所需要輸出的左右輪轉速完成任務。
模擬與實驗結果顯示,加入勢能場修正了速度障區所計算出的路徑,使得選擇到的路徑能與障礙物保持適當距離,在複雜環境中更容易找出一條遠離可能碰撞區域的路線。在實驗部分,本研究使用視覺感測器及卡爾曼濾波器進行自主定位,再利用光達及視覺感測器判定障礙物的位置及行進方向,使得本研究所發展的避障策略得以順利完成任務。
zh_TW
dc.description.abstractIn this research, an Artificial Potential Field algorithm is designed to assist modified Velocity Obstacle algorithm to accomplish the tasks of obstacle avoidance. The non-collision zones are first obtained using the Velocity Obstacle algorithm, and then, with the aid of the Artificial Potential Field, the path with the lowest gradient in the non-collision zone is obtained. In the experimental work, various sensors are integrated to obtain information such as velocity, orientation, position, and other relevant data. Fuzzy controller is employed to calculate the required speeds of the left and the right wheels of a differential-drive vehicle to complete the task.
Simulation and experimental results show that incorporating the potential field method corrects the path computed by the modified Velocity Obstacle algorithm, ensuring that the selected path maintains a suitable distance from the obstacles. A route that stays away from potentially collision-prone areas in complex environments is designed. In the experiments, the visual sensors and Kalman filters are used for autonomous localization, while lidar and visual sensors are employed to determine the positions and the direction of motion of the moving obstacles. From the experimental results, it is seen that the developed obstacle avoidance strategy enables the mission be successful fulfilled.
en
dc.description.provenanceSubmitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2023-08-16T17:08:49Z
No. of bitstreams: 0
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-08-16T17:08:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0en
dc.description.tableofcontents誌謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言與研究動機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 文獻回顧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 論文架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
第二章 勢能輔助速度障區避障策略算法設計 4
2.1 人工勢能法 (Artificial Potential Field) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 動態人工勢能法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 速度障區法 (Velocity bstacle) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1 碰撞錐 (Collision Cone) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 速度障區 (Velocity Obstacle) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 最佳相互碰撞避免 (Optimal Reciprocal Collision Avoidance) . . . 12
2.2.4 多障礙物環境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 避障流程圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
第三章 運動模型與控制器 16
3.1 無人載具運動模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 模糊控制器介紹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.1 隸屬函數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2.2 模糊推論與 Sugeno 模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 規則庫設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
第四章 定位與障礙物捕捉算法 25
4.1 卡爾曼濾波器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.1 載具估測狀態方程式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2 DBSCAN 聚類算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
第五章 硬體架構與系統整合 34
5.1 硬體架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.1.1 無人實驗載具 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.1.2 AXIS M3006-V 網路攝影機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.1.3 障礙物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.1.4 雙眼鏡頭 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.1.5 工作站規格與使用軟體 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
第六章 模擬與實驗 39
6.1 模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.1.1 單障礙物避障過程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.1.2 多障礙物之複雜環境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6.2 實驗結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.2.1 天頂網路攝影機以標定板定位 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.2.2 車載感測器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.3 結果與討論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
第七章 結論與未來方向 51
參考文獻 53
-
dc.language.isozh_TW-
dc.title勢能輔助速度障區動態避障策略設計與實驗zh_TW
dc.titleDesign and Experiment of Potential-Assisted Velocity obstacle Avoidance Strategyen
dc.typeThesis-
dc.date.schoolyear111-2-
dc.description.degree碩士-
dc.contributor.oralexamcommittee張帆人;卓大靖;王和盛zh_TW
dc.contributor.oralexamcommitteeFan-ren Chang;Dah-Jing Jwo;He-Sheng Wangen
dc.subject.keyword人工勢能場,速度障區,動態避障,模糊控制,卡爾曼濾波器,zh_TW
dc.subject.keywordArtificial Potential Field,Velocity Obstacle,Dynamic Obstacle Avoidance,Fuzzy Control,Kalman Filter,en
dc.relation.page54-
dc.identifier.doi10.6342/NTU202302151-
dc.rights.note未授權-
dc.date.accepted2023-08-11-
dc.contributor.author-college工學院-
dc.contributor.author-dept應用力學研究所-
顯示於系所單位:應用力學研究所

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