[發明專利]一種基于電子地圖給定軌跡的電動輪椅路徑跟蹤控制方法與裝置

在審

• 申請號: 201910920058.0
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110716563A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 王建軍;白崇岳;王田田;范媛媛;張薺勻;胡燕威;盧云鵬
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;A61G5/04;A61G5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于電子地圖給定軌跡的電動輪椅路徑跟蹤控制方法與裝置，在控制計算機中編制控制軟件調用電子地圖，設定起點與終點位置，通過距離最優方法計算規劃路徑。控制計算機通過串口發送方位角和速度控制指令，控制舵機x和y帶動搖桿滑塊機構分別控制轉向?速度操縱桿前后左右移動，控制電動輪椅按期望方位角和速度行進。電動輪椅的實際方位角和速度由IMU?GPS組合測量裝置獲得并形成閉環反饋控制，提高對方位角和速度的控制精度。電動輪椅沿最優軌跡行進過程中，采用激光雷達對周圍環境進行實時掃描，獲得激光點云，構建周圍環境的三維地形圖，提取出前方障礙物的位置、速度和方位信息，進而通過控制電動輪椅的方位角和速度，實現實時避障控制。

技術領域

本申請涉及采用電子地圖與三維激光掃描技術對無人駕駛電動輪椅進行路徑規劃、跟蹤與避障控制，以及對周圍環境和地形進行實時三維重建。

背景技術

無人駕駛作為人工智能的重要應用，正受到越來越多關注。路徑跟蹤是智能車輛自動駕駛技術中的一個重要組成部分，是在已知車輛自身狀態和規劃路徑基礎上，通過對智能車輛的方位角與速度控制，使車輛沿規劃路徑行駛。在行駛過程中，考慮到行駛速度、路況、周圍環境等因素影響，實際行駛路徑與規劃路徑會產生一定偏差，如何在偏差允許范圍內使速度加快及如何設計控制策略使偏差變小是路徑跟蹤的重點。隨著中國積極推進新舊動能轉化工程，實現基于電子地圖給定軌跡的電動輪椅路徑跟蹤控制系統，對于無人駕駛技術實現有重要意義。

發明內容

本申請提出的一種基于電子地圖給定軌跡的電動輪椅路徑跟蹤控制方法與裝置，其特征在于，基于電子地圖給定軌跡的電動輪椅路徑跟蹤控制裝置包括以下組成部件：控制計算機（1），電動輪椅（2），IMU-GPS組合測量裝置（3），伺服驅動器（4），舵機x（5），舵機y（6），搖桿滑塊機構（7），激光雷達（8）。電動輪椅（2）包括轉向-速度操縱桿（21）、電動輪驅動器（22）、左電動輪（23）和右電動輪（24）。控制計算機（1）、IMU-GPS組合測量裝置（3）和激光雷達（8）均安裝在電動輪椅（2）上。伺服驅動器（4），舵機x（5），舵機y（6），搖桿滑塊機構（7）安裝在轉向-速度操縱桿（21）上，構成十字形平面運動機構。其中，在控制計算機（1）中編制控制軟件調用離線電子地圖，或通過網口打開在線電子地圖軟件，建立本地計算機與電子地圖之間的接口連接，在電子地圖中設定好起點與終點位置，通過距離最優計算方法，獲得規劃路徑，并提取出規劃路徑的位置信息，即規劃路徑上每個點的經緯度值。根據電動輪椅（2）的當前位置與規劃路徑的位置，計算出電動輪椅（2）沿規劃路徑行進的最優軌跡，并獲得電動輪椅（2）可實現沿最優軌跡行進的控制方位角和速度值；控制計算機（1）通過串口2發送控制方位角和速度控制指令，提供給伺服驅動器（4），控制舵機x（5）和舵機y（6）帶動搖桿滑塊機構（7）控制轉向-速度操縱桿（21）的位置變化，轉向-速度操縱桿（21）是一個萬向搖桿，其前后位置變化控制電動輪椅（2）的速度，左右位置變化控制電動輪椅（2）的方位角轉向，進而通過電動輪驅動器（22）差動控制左電動輪（23）和右電動輪（24）的轉動速度，從而控制電動輪椅（2）按照期望的控制方位角和速度行進。電動輪椅（2）的實際控制方位角、位置和速度信息由IMU-GPS組合測量裝置（3）獲得并通過串口1提供給控制計算機（1）形成閉環反饋控制，提高對控制方位角和速度的控制精度。另外，電動輪椅（2）沿最優軌跡實際行進過程中，可能會遇到人、車等各種障礙物，需要進行實時避障控制，這時采用激光雷達（8）對電動輪椅（2）的周圍環境進行實時掃描，獲得激光點云，通過串口3傳輸給控制計算機（1），通過對相鄰激光掃描幀點云的配準和坐標轉換，可構建周圍環境的三維地形圖，獲得道路周圍環境信息，并提取出前方障礙物的位置速度和方位信息，進而通過控制電動輪椅（2）的控制方位角和速度，實現實時避障控制。