[發明專利]無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法

有效

• 申請號: 201910303568.3
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109945885B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 陳章;田宇;梁斌;蘆維寧
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: 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

本發明公開了一種無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法，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點與目標節點的通路；結合平衡動力學模型與運動學模型，使用基于視錐的動態障礙物避障算法獲得實時控制量，對障礙物進行避讓。該方法通過采用低精度地圖，多層次展現環境，極大降低算法的運行時間，實現路徑規劃當中對于實時性的需求，并采用基于視錐的局部規劃方式，對障礙物的敏感度調制穩定，有利于穿越多個障礙物。

技術領域

本發明涉及無人車智能決策規劃與控制執行技術領域，特別涉及一種無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法。

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，兼備速度高、噪音小與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。

路徑規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。

路徑規劃當中對于約束條件影響最大的為障礙物，若假設障礙物均可以視作動態障礙物，也即障礙物均為具有一定速度、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路徑規劃算法為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，遠遠達不到在線規劃的要求。另外一類研究較為廣泛的方法是人工勢場法，若障礙物非凸或斥力與引力達到平衡等情況，運動路徑容易進入局部最小點，并且人工勢場法難以在安全性和避障的靈活性當中進行平衡。

基于上述分析，相關路徑規劃算法還存在很大缺陷，提出一種新路徑規劃算法解決在現有問題的同時，能夠保留原有優越性能是十分必要的。

發明內容

本發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，本發明的目的在于提出一種無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法，該方法能夠保留其優越性能，且大大降低了算法運行時間，最終能夠生成可執行的、完備的、實時規劃的路徑。

為達到上述目的，本發明提出了無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法，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點與目標節點的通路；結合所述平衡動力學模型與所述運動學模型，使用基于視錐的動態障礙物避障算法獲得實時控制量，對障礙物進行避讓。

本發明實施例的無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法，通過采用低精度地圖，多層次展現環境，極大降低算法的運行時間，實現路徑規劃當中對于實時性的需求，又由于實時性能夠保障，當環境變化時也能夠較快地適應，也可以在動態障礙物中進行避障；通過利用路徑規劃的完備性，也即若存在從起點到終點的路徑，則必定能夠找到路徑，否則將會返回規劃失敗的信息，同時，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；通過采用圖搜索的方法，可十分直觀地表現出路徑規劃的過程和結果，便于分析，易于可視化，對于算法的調整帶來較大的便利條件，又由于路徑規劃是完備的且結合了人工勢場法，可以保證安全性，不會發生意外碰撞；通過采用基于視錐的局部規劃方式，不會對障礙物過于敏感，有利于穿越多個障礙物。

另外，根據本發明上述實施例的無人摩托的動態障礙物避障路徑規劃計算方法還可以具有以下附加的技術特征：