摘 要

设计了一种基于红外检测的移动机器人避障路径规划方法。主要包括以下内容：

首先，采用4个红外模块用于障碍检测, 正前方30-150度范围内均布，红外传感器具有半径为15CM，圆心角为35°的扇形检测区，当有障碍物出现在检测区内时，会反射传感器发出的红外线，从而被传感器检测。根据4个传感器对障碍物检测产生的信号，可以对障碍物的方向进行判断。

其次，以障碍判断为基础，制定了避障策略，并提出了岔路的判断方法和相应的避障方法，综合以上内容建立了迷宫的路径规划。

最后，使用四轮驱动的样机机器人开展实验。实验结果表明，基于红外探测的移动机器人可实现对障碍的规避、对岔路类型的判断和迷宫行走的路径规划，所制定的避障策略和路径规划方法有效。

关键字：移动机器人；红外检测；避障路径规划；STC89C52RC

ABSTRACT

A method of obstacle avoidance path planning for mobile robots based on infrared detection is designed. Mainly include the following:

First of all, the use of four infrared modules for obstacle detection, respectively, at the front left side of the robot angle of 150 degrees, the left front side of the angle of 110 degrees, the right side of the angle of 70 degrees, the right side of the angle of 30 degrees, according to four sensors The output of different signal values to determine the location of obstacles.

Secondly, based on the obstacle judgment, the obstacle avoidance strategy is established, and the judgment method of the fork and the corresponding obstacle avoidance method are put forward, and the path planning of the maze is completed.

Finally, the use of keil5 build experimental platform to C language system to detect obstacle avoidance and maze walking procedures, to carry out experiments. The experimental results show that the mobile robot based on infrared detection can realize the avoidance of the obstacle, the judgment of the fork type and the path planning of the maze, the obstacle avoidance strategy and the path planning method are effective.

Keywords: Mobile robots；Infrared detection；Obstacle Avoidance Path Planning ；STC89C52RC

目录

第一章 绪论 1

1.1 移动机器人的国内外障碍检测和避障路径规划现状 1

1.1.1 障碍检测国内外现状 1

1.1.2 路径规划国内外现状 2

1.2 课题设计的目的及意义 3

1.3 主要内容 3

第二章 红外障碍检测方法 4

2.1 红外传感器阵列设计 4

2.2 障碍检测与判断策略 5

2.2.1 障碍检测 5

2.2.2 障碍方位判断 8

第三章 基于红外探测的移动机器人迷宫路径规划 9

3.1移动机器人迷宫路径规划 9

3.1.1 路径分析 9

3.1.2 移动机器人的直行及速度控制 10

3.1.3 岔路识别和路径规划 10

第四章 实验与分析 14

4.1 实验样机 14

4.1.1 机器人 14

4.1.2 红外传感器阵列 15

4.1.3 样机机器人的运动控制 15

4.1.4 检测与避障程序开发 16

4.2 实验 18

4.2.1 实验目的 18

4.2.2 实验内容 18

4.2.3 实验结果及分析 19

第五章 总结 23

致谢 24

参考文献 25

附录A 程序代码

第一章 绪论

1.1 移动机器人的国内外障碍检测和避障路径规划现状

随着科学技术的不断更新，机器人研究已经发展到了一个崭新的阶段。移动机器人是机器人研究发展的重要方向，近年来备受瞩目，目前移动机器人正向着自主智能化的方向飞速发展，各种新型移动机器人的出现如井喷之势，适用领域也更加宽广。目前，移动机器人已广泛用于农业生产、海洋开发、宇宙探索、社会服务、娱乐等领域^[1]。

障碍检测国内外现状

障碍检测方法是移动机器人重要的组成部分，机器人依靠其感知环境后，才能进行后续工作。常用的检测方法有以下几种：

（1）基于运动信息的障碍物检测技术，其中包括帧间差分法和光流法。帧间差分法是直接根据图像相邻两帧的差分运算来定位障碍物的方法，方法简单时效性好，适用于形变较大的障碍物的检测，但其全局性差。光流法是根据障碍物在光流场中引起的畸变检测障碍物，其计算量过大且时效性不好。

（2）基于立体视觉的障碍物检测技术，该方法较为常见，一般采用双目或三目摄像机，从不同视角获得图像，通过视差及图像计算障碍物距离和形状。

（3）基于多传感器综合的障碍物检测技术，通过雷达，摄像机，红外传感器，超声波传感器等多种传感器对障碍物信息进行检测，得到的信息较为全面。

目前国内的障碍物检测技术发展迅速，何少佳提出了一种基于色度、饱和度、亮度(HSI)颜色空间的单目镜视觉障碍检测方法，分割图像中的背景和障碍物，计算像素和投影变化来确定障碍物的位置。于春和基于四线激光雷达提出了一种新的障碍物检测算法，利用坡度信息检测障碍物，并使用卡尔曼滤波达到障碍检测的目的。

国外的障碍检测技术更为先进，Donggeun Cha^[2]提出了一种最小二乘法的3D障碍物检测技术，通过对基面的检测，来确定障碍物的位置。Hunjae Yoo^[3]引入可靠因子优化对视图差的正确评估，降低了障碍物的误检率。

1.1.2 路径规划国内外现状

目前，路径规划算法大体分为两大类：全局路径规划和局部路径规划。全局规划方法主包括构型空间法、拓扑法、栅格解耦法、自由空间法、神经网络法等。

局部路径规划的主要方法有：人工势场法、模糊逻辑控制法、混合法、滚动窗口法等^[4]。