[发明专利]车辆Bug避障算法的Matlab仿真可视化平台

摘要

本发明公开了一种车辆Bug避障算法的Matlab仿真可视化平台，包括环境地图生成部分、Simulink算法仿真实现部分、GUI动画仿真效果界面，每一个部分均可由软件仿真或物理硬件实现，从而可应用到从纯软件仿真开始直至完整的物理机器人系统运行整个开发验证过程中。环境地图的生成可通过鼠标绘制、文件导入和外部传感器实时创建；Simulink算法仿真实现部分，依赖于Simulink循环运行模式，实现算法内部循环和触发条件停止；GUI动画仿真效果界面，主要实现车辆根据避障算法的运动模拟。通过对折线Bug与圆弧Bug算法，以及激光测距仪、全景相机等传感器实际验证，该平台操作简单友好，大大提高了车辆自主导航避障算法的研发效率。

主权项

车辆Bug避障算法的Matlab仿真可视化平台，其特征在于，包括：环境地图生成部分，用于生成仿真用的地图；Simulink算法仿真实现部分，算法实现依赖于Simulink循环运行模式，利用Simulink循环机制实现算法内部循环和触发条件停止，利用Simulink的自定义模块Matlab Function编写代码，分步实现算法的功能，封装成框图的形式，以供调用，Simulink每循环一次，代表一次激光传感器对周围环境的判断，更新仿真参数，决定车辆进行下一个动作，这个动作包括转向/转弯或者行走一个单位距离，直到车辆停止，跳出simulink循环；GUI动画仿真效果界面，主要实现车辆根据避障算法的运动模拟，能够输入各种仿真参数，提供开始、结束按钮，能够进行仿真动画显示，图例标识，提供帮助系统；所述Simulink算法仿真实现部分包括有车辆行驶定位模块、传感器探测模块、车身碰撞探测模块、虚拟触角探测模块、转弯路径预测模块、行动决策模块、绘图模块，分别通过Simulink中自定义函数模块封装起来，定义输入输出端口，各个模块分工合作，模块内部修改参数，模块之间相互传递参数，利用Simulink循环机制实现算法内部循环和触发条件停止；其中，所述车辆行驶定位模块，用于根据当前位姿和行动决策信息，确定下一个车辆的位姿；输入input：当前小车位姿，行动决策模块输出的转弯半径和车速数据；输出output：更新后的小车位姿；所述传感器探测模块，用于按照真实传感器特性在地图上提取传感区域的障碍物信息，把障碍物信息提供到其它探测模块；输入input：当前小车位姿、传感器范围信息、全局地图信息；输出output：传感器范围障碍物信息；所述车身碰撞探测模块，用于检测当前小车区域是否与地图环境中的障碍物发生碰撞，若发生碰撞将停止仿真；输入input：当前小车位姿、全局地图信息、小车车身范围信息；输出output：仿真运行状况标志，输出1则触发stop，模块停止仿真；所述虚拟触角探测模块，用于获取传感器探测模块的障碍物信息，检测当前各虚拟触角内是否出现障碍物及障碍物到车身的距离；输入input：当前小车位姿、传感器范围障碍物信息、虚拟触角范围信息；输出output：两个虚拟触角状态标志，虚拟触角内最近障碍物到车身的距离；所述转弯路径预测模块，根据BUG算法转弯路径选择机制，计算出车辆在各触角/触须，即转弯路线，行驶而脱离障碍物的时间，整合后提供给行动决策模块作分析；输入input：当前小车位姿、传感器范围障碍物信息、传感器范围障碍物信息、触须离散点信息、虚拟触角范围信息、小车车身范围信息；输出output：各触须的预测信息；所述行动决策模块，为避障主算法所在模块，用于获取定位、各种探测和预测模块数据进行综合分析，决定车辆下一步应进入趋向目标还是绕障碍物模式，后者区分为避开转弯、接近转弯和直线行走方式，两种转弯方式都配合转弯路线选择机制确定转弯方向和转弯半径大小，获得的行动决策数据提供到车辆行驶定位模块以更新下一个车辆的位姿；输入input：当前小车位姿、目标点信息、虚拟触角状态标志、障碍物距离、各触须的预测信息、部分初始化信息；输出output：转弯半径、车速、仿真运行状况标志；所述绘图模块，用于获取车辆行驶状态信息，以绘制车身、虚拟触角、待转弯路线和运动轨迹，每采样周期更新车辆位置信息后，坐标转换得到各顶点或点集，再重新在地图上显示，需要注意的是车辆在转弯过程中选择的转弯路线将实时显示，方便观测小车转弯状态，同时记录和绘制起始点、目标点、碰撞点和脱离点；输入input：当前小车位姿，起始点、目标点、碰撞点和脱离点信息，需要绘制的图形模块信息，部分初始化信息；输出output：无。