[發明專利]考慮轉角約束的無碰撞檢測快速隨機樹全局路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202110879163.1
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113467476B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 張衛波;陳慧鴻;黃紹斌;黃志鵬;羅星
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種考慮轉角約束的無碰撞檢測快速隨機樹全局路徑規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、建立無人車運動模型，并獲取地圖的可行區域信息與障礙物區域信息；

S2、啟發式可變范圍隨機點采樣策略：利用步驟S1的障礙物區域信息生成啟發概率，此時產生0到1之間的隨機數，若隨機數大于啟發概率，則在障礙物區域預定范圍內的可行區域生成隨機采樣點；反之，在障礙物區域預定范圍之外生成隨機采樣點；

S3、利用步驟S1建立的無人車運動模型得到車輛轉角約束關系，引入考慮車輛轉角約束的臨近點采樣策略，使得隨機采樣點的角度選取范圍符合車輛轉角約束特性；具體實現方式為：

設當前點q_current的車輛姿態與下一個路徑點q_next的車輛姿態的夾角為則車輛轉彎半徑R與車輛轉向角的關系為：

式中，B為步長；

在隨機樹T中找出與隨機點q_rand距離最近的點q_i，計算隨機點q_rand和當前點q_i的連線與X軸的夾角q_i和其父節點q_i-1的連線與X軸的夾角再比較與的角度差值θ的絕對值是否小于車輛最大轉向角若小于車輛最大轉向角，計算q_rand與q_i的距離d(q_i,q_rand)；比較d(q_i,q_rand)是否小于步長B，若小于步長B，在q_rand與q_i的連線上以d(q_i,q_rand)作為q_i與q_i+1的距離；若大于步長B，在q_rand與q_i的連線上以B作為q_i與q_i+1的距離；具體計算公式如下：

式中，q_rand為可行區域中生成的隨機點，q_i為距離q_rand最近的點，q_i-1為q_i的父節點，為車輛最大轉向角；d(q_i,q_rand)為q_rand與q_i的距離,d(q_i,q_i+1)為q_i與其子節點q_i+1的距離；

S4、引入自適應步長目標偏向引導策略：目標偏向有時會導致隨機采樣點的角度選取超出步驟S3得到的車輛轉角約束范圍，此時隨機樹擴展方向偏離目標點，故對目標偏向后的角度進行歸一化處理，使得處理后的角度在車輛轉角約束范圍內，且步長的選取與目標偏向角度呈反比關系，使隨機樹擴展方向盡快偏向目標點；

S5、通過步驟S1獲取的地圖的可行區域信息與障礙物區域信息，使隨機采樣點完成無需碰撞檢測的隨機樹擴展；具體實現方式為：

將步驟S1獲取的障礙物區域作為當前障礙物區域，將當前障礙物尺寸加上兩倍步長作為運行時的障礙物區域；將快速隨機樹T的隨機采樣點設定為隨機落在可行區域內，由此隨機采樣點總是落在距離實際障礙物兩倍步長的位置，不與障礙物發生碰撞，免去傳統RRT的碰撞檢測環節，加快算法運算速度；

S6、隨機樹找到目標點后，生成一條可行路徑，算法對路徑進行冗余點刪除，并完成無碰撞的路徑點簡化；

S7、使用杜賓斯平滑曲線擬合步驟S6得到的路徑簡化點，得到符合車輛行駛特性的路徑。

2.根據權利要求1所述的考慮轉角約束的無碰撞檢測快速隨機樹全局路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S1具體實現方式為：建立無人車運動模型并通過無人車自身攜帶的包括攝像頭、激光雷達、GPS、慣導及里程計的傳感器的數據融合進行建模得到地圖信息，對地圖進行灰度化與二值化處理，將地圖區分出可行區域與障礙物區域，獲取可行區域與障礙物區域的坐標信息。