[發明專利]一種基于地理信息系統的物流車輛自主路徑規劃與導航方法

有效

• 申請號: 201911410662.5
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111457929B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 張浩;陸晨飛
• 申請（專利權）人: 南京工大數控科技有限公司
• 主分類號: G01C21/30
• 分類號: G01C21/30;G01C21/34;G01S17/931
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 郭智

1.一種基于地理信息系統的物流車輛自主路徑規劃與導航方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟(1)建立物流車輛自身運動學模型，其中車輛自身采用二輪運動差分模型，由車體前部導輪保持車體平衡；

步驟(2)確定激光雷達觀測模型；

步驟(3)在ArcGIS中繪制所在園區地圖，導出從起始點至目標區域的全局路線經緯度序列數據；

步驟(4)借助ArcGIS軟件，將全局路線中各經緯度坐標轉換為直角柵格坐標，并生成車輛的速度和位移指令；

步驟(5)通過AMCL初始化物流車輛在柵格地圖中的位姿，根據所述步驟(4)中的指令，由物流車自帶的自動建圖算法進行建圖導航任務；

步驟(6)以DWA算法為基礎，提出向軌跡評價函數的速度可行域區間加入無碰撞安全系數，使得物流車與障礙物保持適當安全距離；

步驟(7)局部規劃器計算速度指令發送給車輛底盤執行機構；物流車行進過程中，由于位置誤差或進入局部未知區域導致物流車行進途中受困，此時進入車輛行為恢復模式，處理導航異常情況；

步驟(8)按照既定路線，物流車將貨物輸送到目標送貨點；

(6)物流車在園區行進過程中，根據DWA路徑規劃算法，實時避開出現的障礙物及局部未知區域，具體步驟如下：

1)根據車輛所有可行速度包括線速度及角速度，生成速度可行區間，

V_s＝{(v，ω)|v∈[0，v_max]∧ω∈[-ω_max，ω_max]}

其中，v_max，ω_max分別為對應的最大線速度和角速度；

2)由于車輛電機性能限制，同時考慮單個速度采樣間隔，計算車輛真實速度變化范圍，

其中車輛當前時刻速度為(v_c，ω_c)，線加速度取值邊界為角加速度取值邊界為

3)考慮到車輛傳感器自身存在噪聲誤差及采樣間隔內的位姿誤差，且需保障物流車與障礙物保持足夠安全距離，使得車輛及時在障礙物前停止運動，應滿足

其中r_min為(v，ω)狀態下的模擬速度軌跡距離障礙物的最近距離，k₁，k₂是添加的無碰撞安全系數，經過大量路徑規劃實驗，取k₁范圍為0.6～1.0，k₂取范圍0.8～1.2；

4)通過以上各速度范圍限定，車輛最終的速度采樣空間應滿足以上三個速度范圍限制，取其交集即

v_r＝V_s∩V_d∩v_a

5)物流車根據生成的速度采樣空間進行速度采樣，并解算每一時間間隔內對應的所有速度軌跡，通過評價得到最優速度軌跡，軌跡評價函數如下，

G(v，ω)＝α.heading(v，ω)+β.dist(v，ω)+γ.vel(v，ω)

其中，heading(v，ω)描述物流車輛與目標區域的朝向一致性，dist(v，ω)表示當前運行速度軌跡中距離障礙物的最小距離，vel(v，ω)衡量車輛當前運行速度，三者結合綜合所得最高的評價函數得分對應的速度軌跡認為是最優速度軌跡；由物流車輛局部路徑規劃示意圖看到最優速度軌跡總是最接近于最終設定好的目標點，而接近甚至與障礙物發生碰撞的速度軌跡將被自動剔除；在障礙物分布較為密集且無規律情況下，在速度可行域區間加入無碰撞安全系數的措施進一步提高了路徑可靠性。