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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 王立昇 | zh_TW |
| dc.contributor.advisor | Li-Sheng Wang | en |
| dc.contributor.author | 莊祐誠 | zh_TW |
| dc.contributor.author | Yo-Cheng Chuang | en |
| dc.date.accessioned | 2025-08-18T01:04:26Z | - |
| dc.date.available | 2025-08-18 | - |
| dc.date.copyright | 2025-08-15 | - |
| dc.date.issued | 2025 | - |
| dc.date.submitted | 2025-08-05 | - |
| dc.identifier.citation | J. Ackermann, A. Bartlett, D. Kaesbauer, W. Sienel, and R. Steinhauser. Robust control: Systems with uncertain physical parameters. Springer, 1993.
E. W. Dijkstra. A Note on Two Problems in Connexion with Graphs, page 287–290. Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 1 edition, 2022. D. Dolgov, S. Thrun, M. Montemerlo, and J. Diebel. Practical search techniques in path planning for autonomous driving. ann arbor, 1001(48105):18–80, 2008. L. E. Dubins. On curves of minimal length with a constraint on average curvature, and with prescribed initial and terminal positions and tangents. American Journal of mathematics, 79(3):497–516, 1957. Z. Han, Y. Wu, T. Li, L. Zhang, L. Pei, L. Xu, C. Li, C. Ma, C. Xu, S. Shen, and F. Gao. An efficient spatial-temporal trajectory planner for autonomous vehicles in unstructured environments. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 25(2):1797–1814, 2024. P. E. Hart, N. J. Nilsson, and B. Raphael. A formal basis for the heuristic determination of minimum cost paths. IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics, 4(2):100–107, 1968. S. M. LaValle. Planning algorithms. Cambridge university press, 2006. E. H. Mamdani. Application of fuzzy algorithms for control of simple dynamic plant. In Proceedings of the institution of electrical engineers, volume 121, pages 1585–1588. IET, 1974. R. M. Murray, M. Rathinam, and W. Sluis. Differential flatness of mechanical control systems: A catalog of prototype systems. In ASME international mechanical engineering congress and exposition, pages 349–357. Citeseer, 1995. J. Reeds and L. Shepp. Optimal paths for a car that goes both forwards and backwards. Pacific journal of mathematics, 145(2):367–393, 1990. P. J. Tenuousness. Least-squares estimation of the integer gps ambiguities. In Invited lecture, section IV theory and methodology, IAG general meeting, Beijing, China, pages 1–16, 1993. L. Zadeh. Fuzzy sets. Inform Control, 8:338–353, 1965. 葉乃綸. 符合阿克曼轉向模型之汽車避障策略. Master’s thesis, 臺灣大學應用力學研究所, 中華民國一百一十三年七月. 黃力法. 倒車入庫之最優路徑規劃及控制演算法. Master’s thesis, 臺灣大學應用力學研究所, 中華民國一百一十三年七月. | - |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98611 | - |
| dc.description.abstract | 本研究旨在設計阿克曼(Ackermann)無人載具於戶外環境中的即時避障路徑 規劃與控制系統。首先提出一套改良式 Hybrid A* 演算法，透過遞迴搜尋與優化 節點擴展方式，提升搜尋效率與可行路徑品質，使其能有效產生符合載具轉向條 件的最短無碰撞路徑。接著，本研究進一步設計一套結合改良式 Hybrid A* 概念 與微分平(Differential Flatness, D.F.)理論之路徑規劃演算法，透過 D.F. 將阿克曼 載具模型從高維空間映射至低維空間輸出，並引入最佳化約束，得到滿足阿克曼 載具之非完整約束(Non-holonomic Constraint)之路徑，並進一步結合光達等感測器即時偵測障礙物，透過模糊控制器追蹤路徑，實現具備即時避障能力的無人阿克曼載具自動駕駛系統。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | This study aims to develop a real-time obstacle avoidance path planning and control system for Ackermann unmanned vehicles in outdoor environments. First, an improved Hybrid A* algorithm is proposed to enhance search efficiency and path quality through recursive search and optimized node expansion, producing the shortest collision-free paths that satisfy vehicle steering constraints. Next, a path planning method combining improved Hybrid A* and Differential Flatness (D.F.) is designed. D.F. maps the Ackermann vehicle model from a high-dimensional space to a low-dimensional trajectory output, and optimal constraints are introduced to generate paths that meet non-holonomic constraints. Real-time obstacle detection using LiDAR and other sensors is also integrated, and a fuzzy controller is employed for path tracking, achieving a real-time obstacle avoidance autonomous Ackermann vehicle system. | en |
| dc.description.provenance | Submitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2025-08-18T01:04:26Z No. of bitstreams: 0 | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2025-08-18T01:04:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 | en |
| dc.description.tableofcontents | 口試委員審定書 i
致謝 ii 摘要 iii Abstract iv 目次 v 圖次 ix 表次 xii 第一章 緒論 1 1.1 前言與研究背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 文獻回顧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 研究內容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 論文架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第二章 無人載具避障演算法 5 2.1 A* 路徑規劃演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 A* 路徑規劃演算法流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 符合載具約束曲線模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1 Dubins Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2 Reeds–Shepp Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3 Hybrid A* 演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.1 Hybrid A* 演算法流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.2 節點擴展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.3 啟發式函數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.4 解析擴展（Analytical Expansion） . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4 改良式 Hybrid A* 演算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 第三章 阿克曼載具與微分平架構 24 3.1 微分平系統理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 阿克曼載具運動模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3 阿克曼載具之微分平性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3.1 阿克曼載具之微分平輸出路徑 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3.2 阿克曼載具之微分平最佳化控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 第四章 符合阿克曼載具約束之避障路徑演算法 34 4.1 基於微分平法之改良式 Hybrid A* 優化機制 . . . . . . . . . . . . . 34 4.2 碰撞檢測方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.3 即時避障路徑規劃演算法設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.4 即時避障演算法流程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 第五章 實驗設備與系統介紹 40 5.1 實驗設備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.1.1 實驗用阿克曼載具 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.1.2 GNSS 接收器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.1.3 光達 LiDAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.1.4 九軸 IMU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.1.5 無線電通訊模組模組 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.1.6 主控站與使用軟體 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 5.2 即時動態定位技術 (Real Time Kinematic, RTK) . . . . . . . . . . . . 45 5.3 光達與障礙物建立 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.3.1 建立點雲座標 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.3.2 點雲座標分群 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.3.3 障礙物邊界建立與膨脹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.4 控制系統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.4.1 模糊控制理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.4.2 隸屬函數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.4.3 模糊規則庫 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.5 系統整合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 第六章 模擬與實驗結果 54 6.1 已知障礙物位置之模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 6.1.1 凹字型障礙物-前進 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 6.1.2 凹字型障礙物-倒車 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 6.2 未知障礙物位置之即時避障模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 6.2.1 單凹字型障礙物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 6.2.2 雙凹字型障礙物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 6.3 已知障礙物位置之實驗結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.3.1 凹字型障礙物-前進 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 6.3.2 凹字型障礙物-倒車 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6.4 未知障礙物位置之即時避障實驗結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.4.1 單凹字型障礙物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6.4.2 雙凹字型障礙物一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.4.3 雙凹字型障礙物二 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.5 模擬與實驗結果討論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 第七章 結論與未來方向 71 參考文獻 72 | - |
| dc.language.iso | zh_TW | - |
| dc.subject | Hybrid A* 路徑規劃演算法 | zh_TW |
| dc.subject | 阿克曼轉向幾何 | zh_TW |
| dc.subject | 微分平 | zh_TW |
| dc.subject | 模糊控制 | zh_TW |
| dc.subject | Ackermann steering geometry | en |
| dc.subject | HybridA* algorithm | en |
| dc.subject | Fuzzy control | en |
| dc.subject | Differential Flatness | en |
| dc.title | 基於微分平法之 Hybrid A* 路徑規劃與無人載具控制系統實現 | zh_TW |
| dc.title | Differential Flatness-Based Hybrid A* Path Planning and Control System Implementation for Unmanned Vehicles | en |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.date.schoolyear | 113-2 | - |
| dc.description.degree | 碩士 | - |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 王和盛;卓大靖;張帆人 | zh_TW |
| dc.contributor.oralexamcommittee | He-Sheng Wang;Dah-Jing Jwo;Fan-ren Chang | en |
| dc.subject.keyword | Hybrid A* 路徑規劃演算法,阿克曼轉向幾何,微分平,模糊控制, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | HybridA* algorithm,Ackermann steering geometry,Differential Flatness,Fuzzy control, | en |
| dc.relation.page | 73 | - |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202501015 | - |
| dc.rights.note | 同意授權(全球公開) | - |
| dc.date.accepted | 2025-08-11 | - |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | - |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | - |
| dc.date.embargo-lift | 2025-08-18 | - |
| 顯示於系所單位： | 應用力學研究所 | |
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