[發(fā)明專利]無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃計算方法

有效

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• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN110032187B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 田宇;陳章;梁斌;王樂天;楊君
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發(fā)明公開了一種無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃方法，該方法包括以下步驟：建立無人摩托的平衡動力學模型與運動學模型；使用自適應分辨率的A*算法，在柵格地圖上獲取一條連接初始節(jié)點與目標節(jié)點的通路；結合平衡動力學模型與運動學模型，使用RRT算法對所述通路進行剪枝，生成一條無人摩托可執(zhí)行的路徑。該方法通過采用低精度地圖，多層次展現環(huán)境，以及采用歷史路徑、歷史地圖的剪枝技術，極大降低算法的運行時間，實現路徑規(guī)劃中對于實時性的需求，當環(huán)境變化時也能夠較快地適應，從而可以拓展為動態(tài)障礙物的避障算法。

技術領域

本發(fā)明涉及無人車智能決策規(guī)劃與控制執(zhí)行技術領域，特別涉及一種無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃計算方法。

背景技術

隨著交通需求的日益增長，駕駛成為日常生活必不可少的技能，同時也占據了人們大量的時間，可以預見在未來將會有大量駕駛工作的需求。各類汽車廠商以及高校均期望在數年時間之內研發(fā)出能夠適應絕大多數路面條件的無人駕駛。而無人駕駛摩托車又是在無人駕駛中相對較新的領域，能夠進行更為靈活的運動。摩托車作為一種特殊構型的機器人，兼?zhèn)渌俣雀摺⒃胍粜∨c野外通過性好的特性，其無人化在各領域均有較廣應用前景。

無人摩托車中涉及到感知、規(guī)劃、平衡控制，其中規(guī)劃涉及到路徑規(guī)劃與軌跡規(guī)劃，本發(fā)明提供了一種路徑規(guī)劃方法。路徑規(guī)劃是指車輛根據傳感器接收到的，或事先在地圖上采集到的信息，對于所即將采取的行進路徑進行規(guī)劃，尋求一條在兩點之間符合約束條件的路徑，約束條件可以為路徑最短、機械功最小、可實現性、安全性、曲線平滑性等。

路徑規(guī)劃當中對于約束條件影響最大的即為障礙物，在本發(fā)明中假設障礙物均可以視作靜態(tài)障礙物，也即障礙物均為靜止不動的、具有一定幾何形狀的物體。根據障礙物進行避障操作是需要研究的目標。與一般車輛相比，摩托車重量較輕，加減速過程時間短，且面對障礙物時，摩托車體型更小，較容易穿越障礙物，從而具有更強的在野外運動能力。

目前應用較為廣泛的傳統(tǒng)路徑規(guī)劃算法為A*(A star)算法，其缺點在于存在大量不必要的冗余計算，實時性不高，遠遠達不到在線規(guī)劃的要求。另外一類研究較為廣泛的方法是RRT(Rapidly-exploring Random Trees，快速搜索隨機樹)法，缺點在于由于采用隨機的策略，路徑平滑性較差，另外產生大量不必要的隨機樹拓展節(jié)點導致收斂速度較慢，同樣不利于實時性要求較高的場合。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃計算方法，該方法能夠保留其優(yōu)越性能，且大大降低了算法運行時間，最終生成可執(zhí)行的、完備的、實時規(guī)劃的路徑，極大地滿足了實用需求。

為達到上述目的，本發(fā)明提出了無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃計算方法,包括以下步驟：S1，建立無人摩托的平衡動力學模型與運動學模型；S2，使用自適應分辨率的A*算法，在柵格地圖上獲取一條連接初始節(jié)點與目標節(jié)點的通路；S3，結合所述平衡動力學模型與所述運動學模型，使用RRT算法對所述通路進行剪枝，生成一條無人摩托可執(zhí)行的路徑。

本發(fā)明實施例的無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃計算方法，通過采用低精度地圖，多層次展現環(huán)境，以及采用歷史路徑、歷史地圖的剪枝技術，極大降低算法的運行時間，實現路徑規(guī)劃當中對于實時性的需求，又由于實時性能夠保障，當環(huán)境變化時也能夠較快地適應，從而可以拓展為動態(tài)障礙物的避障算法；路徑規(guī)劃具有完備性，也即若存在從起點到終點的路徑，則必定能夠找到路徑，否則將會返回規(guī)劃失敗的信息；拓展得到的路徑完全基于車體的動力學特性，因而完全可實現，路徑能夠滿足所有的約束條件；采用圖搜索的方法，十分直觀地表現出路徑規(guī)劃的過程和結果；由于路徑是完備的且完全可實現，因此可以保證安全性，不會發(fā)生意外碰撞。

另外，根據本發(fā)明上述實施例的無人摩托靜態(tài)障礙避障路徑規(guī)劃計算方法還可以具有以下附加的技術特征：