论文摘要：基于虚拟柔性曲杆的车辆跟踪系统研究

本文围绕独立式自主跟踪系统展开研究，从独立式车辆跟踪的三个模块分别展开进行前车检测、后车运动控制、以及跟踪运动算法研究和探讨。通过对独立式车辆跟踪的各个模块的功能分析以及安全性考虑，容易得出无论前车是否有突然加速、转弯等现象出现，后车都应当在与前车保持一个合理距离的情况下尽可能的复现前车的轨迹。独立式车辆跟踪系统中，跟踪路径的规划起着至关重要的作用。本文在综合考虑了现实生活中的拖车系统的基础上，对虚拟拖车杆模型进行了优化，提出在前车与后车之间有一条虚拟的柔性曲杆相连.该柔性曲杆能够时刻贴合前车的轨迹，同时为了使后车在虚拟曲杆模型下能够及时的响应前车的动作，我们在规划了虚杆长度、位姿状态的基础上引入了内部力的概念，通过内部作用力前车的加减速等运动都能够立即作用到后车，使后车既能够进行速度调节又不会像传统拖车模型一样偏离了前车的轨迹。在虚拟曲杆模型的构建中，本文采用了三次样条函数，利用三次样条的连续性对虚拟柔性曲杆的状态进行解算，通过该算法计算出的曲杆模型能够保证曲杆上的任何一点不仅在位置上是连续的，其速度也保持连续，从而确保了后车运动的平滑性。在后车的控制算法部分，本文针对传统backstepping控制算法的局限性，在backstepping方法中引入了人工势场的概念，通过人工势场角的引入起到了平滑轨迹的作用，使后车在轨迹偏差比较大的情况下仍然能够平滑、快速的向目标位置运动，从而使轨迹误差迅速趋向于零。本文利用现有的P3-AT机器人为移动平台，设计了两个以ARM9为核心的运动控制板卡，通过两个板卡的共同作用完成车辆跟踪任务，同时为了方便调试和增强整个系统的人机交互性，整个系统设计了图像显示输出，能够将传感器采集到的周围环境信息实时的显示到液晶屏中。最后，在MATLAB仿真结果和轮式移动机器人实验的结果都表明，虚拟力延时柔性曲杆算法能得到较好的跟踪效果，其轨迹误差比传统的跟踪算法有很大的改善，能够很好的完成独立式车辆跟踪任务。

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