[發(fā)明專利]無人摩托的動態(tài)障礙物避障路徑規(guī)劃計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910303568.3
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109945885B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳章;田宇;梁斌;蘆維寧
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)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的動態(tài)障礙物避障路徑規(guī)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(jié)點與目標節(jié)點的通路；結(jié)合平衡動力學模型與運動學模型，使用基于視錐的動態(tài)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(xiàn)環(huán)境，極大降低算法的運行時間，實現(xiàn)路徑規(guī)劃當中對于實時性的需求，并采用基于視錐的局部規(guī)劃方式，對障礙物的敏感度調(diào)制穩(wěn)定，有利于穿越多個障礙物。

技術(shù)領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無人摩托的動態(tài)障礙物避障路徑規(guī)劃計算方法。

背景技術(shù)

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(jù)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(shù)年時間之內(nèi)研發(fā)出能夠適應絕大多數(shù)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(lǐng)域，能夠進行更為靈活的運動。摩托車作為一種特殊構(gòu)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(lǐng)域均有較廣應用前景。

路徑規(guī)劃是指車輛根據(jù)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(xiàn)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為障礙物，若假設(shè)障礙物均可以視作動態(tài)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(jù)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(guān)路徑規(guī)劃算法還存在很大缺陷，提出一種新路徑規(guī)劃算法解決在現(xiàn)有問題的同時，能夠保留原有優(yōu)越性能是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種無人摩托的動態(tài)障礙物避障路徑規(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，最終能夠生成可執(zhí)行的、完備的、實時規(guī)劃的路徑。

為達到上述目的，本發(fā)明提出了無人摩托的動態(tài)障礙物避障路徑規(guī)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(jié)點與目標節(jié)點的通路；結(jié)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(tài)障礙物避障算法獲得實時控制量，對障礙物進行避讓。

本發(fā)明實施例的無人摩托的動態(tài)障礙物避障路徑規(guī)劃計算方法，通過采用低精度地圖，多層次展現(xiàn)環(huán)境，極大降低算法的運行時間，實現(xiàn)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，也可以在動態(tài)障礙物中進行避障；通過利用路徑規(guī)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(guī)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(xiàn)，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(xiàn)出路徑規(guī)劃的過程和結(jié)果，便于分析，易于可視化，對于算法的調(diào)整帶來較大的便利條件，又由于路徑規(guī)劃是完備的且結(jié)合了人工勢場法，可以保證安全性，不會發(fā)生意外碰撞；通過采用基于視錐的局部規(guī)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(jù)本發(fā)明上述實施例的無人摩托的動態(tài)障礙物避障路徑規(guī)劃計算方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：