[發(fā)明專利]一種房艇無人駕駛方法及控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110016790.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN112783176A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝承潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海索尼克游艇碼頭有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02;G06T7/80
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31312
• 代理人: 王文娟

1.一種房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法包括以下步驟：

S1獲取標(biāo)定物在圖像和激光雷達(dá)上相對(duì)應(yīng)的空間位置特征點(diǎn)，然后通過特征點(diǎn)來對(duì)相機(jī)的外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；

S2得到相機(jī)坐標(biāo)系與激光雷達(dá)坐標(biāo)系的空間對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而通過坐標(biāo)系得到房艇在水面的定位；

S3將相機(jī)采集的圖像進(jìn)行二值化處理,再利用航道模型對(duì)其進(jìn)行過濾，并將過濾后的圖像進(jìn)行聚類處理；

S4得到航道線數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用最小二乘法對(duì)航道線數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合；

S5基于求解的房艇道線擬合曲線，計(jì)算獲得航道中線以及幾何特征點(diǎn)，從而提取出視覺引導(dǎo)特征點(diǎn)；

S6利用相機(jī)和三維激光雷達(dá)空間位置轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣，將引導(dǎo)點(diǎn)映射到環(huán)境地圖中，以指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)房艇無人駕駛。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法中，對(duì)電場進(jìn)行模擬構(gòu)造一個(gè)勢場函數(shù)，其中函數(shù)值與無人駕駛房艇和障礙物之間的距離存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，距離障礙物越遠(yuǎn)，勢場越小，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定閾值，將勢場小于閾值的區(qū)域標(biāo)記為可行駛區(qū)域，從而完成避障。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法中，預(yù)測無人駕駛房艇與運(yùn)動(dòng)障礙物之間在未來一段時(shí)間內(nèi)會(huì)不會(huì)發(fā)生碰撞，判斷在時(shí)空坐標(biāo)系的長方體內(nèi)，運(yùn)動(dòng)障礙物的行駛軌跡與錐面之間存不存在交點(diǎn)，如果不存在，表示這個(gè)運(yùn)動(dòng)障礙物與無人駕駛房艇之間不會(huì)發(fā)生碰撞。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法中，若存在交點(diǎn)P(x,y,t)，則表示如果無人駕駛房艇朝著位置(x,y)行駛，會(huì)在t時(shí)刻于位置(x,y)處與這個(gè)運(yùn)動(dòng)障礙物發(fā)生碰撞。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法中，如果以當(dāng)前時(shí)刻為0時(shí)刻對(duì)無人駕駛房艇周圍固定大小的環(huán)境建立時(shí)空坐標(biāo)系，如果時(shí)空坐標(biāo)系中的點(diǎn)P(x,y,t)(0≤x≤Xm,0≤y≤Ym,0≤t)滿足T(P)＝1，表示在t時(shí)刻，柵格(x,y)會(huì)被障礙物占據(jù)；T(P)＝0則表示在t時(shí)刻，柵格(x,y)沒有被障礙物占據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法的路徑規(guī)劃由決策規(guī)劃層的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊完成，該過程的輸入是行為決策模塊所計(jì)算出的局部目標(biāo)點(diǎn)P,輸出的是最優(yōu)路徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法中，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊在接收到行為決策模塊計(jì)算的局部目標(biāo)點(diǎn)P后，在P點(diǎn)附近按原則選取備選局部目標(biāo)點(diǎn)，在P點(diǎn)的左右每隔1米各選取三個(gè)備選局部目標(biāo)點(diǎn)(P1，P2，…，Pn)，這樣連同點(diǎn)P,總共有n個(gè)待選局部目標(biāo)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊對(duì)這n個(gè)待選局部目標(biāo)點(diǎn)分別采用改進(jìn)的可搜索連續(xù)鄰域A*算法生成兩條從無人駕駛房艇當(dāng)前位置到其的路徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的房艇無人駕駛方法，其特征在于，所述駕駛方法中，使用PID控制房艇速度，其中r(t)為輸入的期望信號(hào)，e(t)為反饋后的誤差信號(hào)，u(t)為經(jīng)過PID控制算法計(jì)算出的控制信號(hào)，c(t)為被控對(duì)象當(dāng)前的實(shí)際輸出信號(hào)，使被控制對(duì)象在設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)下進(jìn)行工作，其中PID控制器的微分方程為：

式中e(t)＝r(t)-c(t)，其中K_p為比例系數(shù)，T_i為積分時(shí)間常數(shù)，T_D為微分時(shí)間常數(shù)。

9.一種房艇無人駕駛控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)處理器以及與所述至少一個(gè)處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器能夠執(zhí)行權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的房艇無人駕駛方法。