توسعه سامانه الكترونيكي براي تشخيص موانع در جلوي تراكتور با استفاده از حسگر ليزري دوبعدي

Development of an Electronic System for Obstacle Detection in Front of Ttactor using 2D Laser Scanner

حسگرهاي ليزري دوبعدي جزء ثابت سامانه‌هاي هدايت خودكار وسايل نقليه مي‌باشند كه به منظور تشخيص موانع و تعيين مسير استفاده مي‌شوند؛ ليكن قيمت بسيار بالاي اين نوع حسگرها تجاري‌سازي سامانه‌هاي هدايت خودكار را محدود كرده است. در اين پژوهش سامانه تشخيص موانع در جلوي تراكتور به كمك يك حسگر ليزري دوبعدي ارزان قيمت ساخته و ارزيابي شد. حسگر ليزري دوبعديRPLIDAR مدل A1M1 روي سپر تراكتور MF285 نصب گرديد تا فضاي جلوي تراكتور را پايش نمايد و چنانچه مانعي در مسير حركت تشخيص داده شد، با ارسال داده‌هاي مربوط به مانع به ميكروكنترلر، سامانه را از وجود مانع مطلع نموده و در نهايت تراكتور متوقف ‌شود. دو نوع آزمايش براي ارزيابي سامانه اجرا شد، در آزمايش اول تراكتور ساكن و در دو حالت موتور روشن و خاموش بود و مانع در زوايا و فواصل مختلف قرار داده شد، تا عملكرد حسگر ليزري در شناسايي موانع و تاثير ارتعاشات ناشي از روشن بودن موتور بررسي شود. در آزمايش دوم عملكرد سامانه در حالتي كه تراكتور متحرك و مانع ثابت بود، با دو نوع مانع از جنس پلاستيك و MDF و در دو سرعت پيشروي 5/3 و 6 كيلومتر در ساعت ارزيابي شد. در آزمايش اول (حالت توقف تراكتور) بيشترين و كمترين مقدار دقت حسگر ليزري در تشخيص موانع در فواصل صفر تا 300 سانتي‌متر به ترتيب 73/97 و 5/89 درصد بدست آمد. همچنين تاثير جنس مانع، فاصله و زاويه قرارگيري آن بر دقت حسگر ليزري معني‌دار نبود. در آزمايش دوم (حالت حركت تراكتور) جنس مانع و تاثير متقابل جنس مانع و سرعت پيشروي تراكتور بر عملكرد سامانه در توقف تراكتور در سطح يك درصد معني‌دار بودند. در مجموع، حسگر ليزري دوبعدي مورد استفاده در شرايط نور شديد عملكرد ضعيفي داشت و در اينگونه شرايط بايد از تلفيق داده‌هاي حسگر ليزري با حسگرهاي ديگر براي تشخيص بهتر موانع استفاده نمود.

Two-dimensional laser sensors (LIDAR) are fixed part of automatic navigation systems of vehicles used for obstacles detection and path determination; but very high price of these sensors has limited the commercialization of automated guidance systems. In this study, an obstacle detection system in front of tractor was constructed and evaluated using an inexpensive LIDAR. A RPLIDAR laser sensor, A1M1 model, was installed on a MF285 tractor bumper to monitor the space in front of the tractor. If an obstacle is detected in the path of movement, by sending the obstacle data to the micro-controller, the system is informed about the obstacle existence and finally the tractor is stops. Two types of experiments were performed to test the system, in the first experiment the tractor was stopped and in on/off modes and the obstacle was placed at different angles and distances to investigate the performance of the LIDAR at different angles and distances and the effect of tractor vibrations on it. In the second experiment, performance of the system was evaluated while the tractor was moving at 3.5 and 6 km/h speeds and the plastic and MDF obstacles were fixed. According to the results, at the first test, the maximum and minimum accuracy of the LIDAR in detecting obstacles at 0-300 cm distances were 97.73% and 89.5%, respectively. Also, the effects of obstacle type, distance and angle on the LIDAR accuracy were not significant. At the second test, both obstacle type and its interaction with tractor speed had significant effect on the system performance at 1% level. In total, the LIDAR performed poorly in outdoor and high light conditions and should be used with other sensors for outdoor applications.