毕设纪实录[8]-整体架构设计

既然要用的软件与硬件信息已经明确，那么下一步就该理清：整个设计的架构是什么？最后的目的是什么？因为整体来说，这些实践都是之前未有过的，那么应当设定一个最低目标，以及部分进阶目标。

1.整体设计目标

整体而言，本设计依托图漾M811型号RGB-D传感器，通过对其双目视觉信息的处理并与小车结合起来，实现小车在室内环境下的实时障碍物检测，动态路径规划，自主决策前进。考虑到未来投入到实际使用中的情形，本设计增添了特定交通标志识别，危险情形制动，PC端可视化等创新。
具体而言，本设计将会获取RGB-D传感器尽可能多的原始数据，如RGB图像，深度图像，IR图像（红外传感器数据，包含左右两个）；通过多种方法获得障碍物信息，包括获取视差图并处理，获取深度信息寻找凸包，世界坐标变换获得点云信息等三种。并比较其实时性与准确性，选择最符合设计预期的方案；从障碍物信息中构建动态地图，从安全性，平滑性，连续性三个角度考虑构建代价函数并得到最优局部路径规划；将路径规划的决策信号转换成Arduino单片机对应的控制信号，进而通过步进电机实现对小车的控制，使其能够躲避障碍物并实现既定路径下行驶；通过SVM训练，使得小车能够识别部分交通标志，并能够按照标志指令运动；开发一款基于Windows平台的可视化软件，能够尽可能多地展示小车前进过程中收集/处理的数据，使得调试更加方便，同样利于今后的功能拓展与大规模应用。

2.具体指标

室内环境以走廊为目标环境，应实现：

• 小车能够从走廊一端顺利自动行驶至走廊另一端，不应与静态障碍物发生碰撞。不应与慢速运动的障碍物发生碰撞。
• 当小车遇到无法穿越的障碍时（即整个通道为障碍物占据），应立即停止。
• 当小车穿越障碍物到达安全区域时，能够回到原有的既定路径上行驶。
• 如小车识别到特定的地标/墙标（左转，右转，禁止通行），应根据标志的具体内容发起对应的行为。
• 小车能够实时获取环境信息，得到道路边缘，障碍物所在位置，并做出决策。整个流程应当尽快完成，保证实时性。
• 为了便于调试，也为了使其在实际场景中得到应用。本设计将建立一个基于Windows平台的可视化软件。包括三个方向，一为“观众模式”，展现设备实时拍摄到的图像信息。二为“驾驶模式”，展现设备如何将周围的环境信息进行障碍物获取/地图构建/路线规划。三为“调试模式”，通过串口控制Arduino单片机，进而控制小车，用于调试。

3.验证方法

• 将小车放置在具有障碍物的室内环境，观察小车行进路线，考察其可否预期功能。测试环境为寝室走廊（包括暗光环境，人造光源环境）。
• 在小车前进路线上放置伞，椅等静态障碍物，观察小车能否顺利躲开。
• 在小车前进路线上有静止或慢速行走的行人，观察小车能否顺利躲避。
• 当小车完成避障后，能够回到既定路线（在实验中设定为走廊中线）继续行驶。
• 在转弯处摆放交通标志，小车将在距离转弯处较近的位置（实验中设定为2米）开启交通标志识别并按照内容行驶（实验中包含左转，右转，禁止前进三个交通标志）。
• 在距离障碍物极近无法躲避的情况时，小车将会保护性自动停止。
• 在以上过程中，上位机应显示对应的道路信息与决策信息。