[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

本發明涉及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。包括：區域區分采樣與啟發式可變范圍采樣策略；考慮車輛姿態與下一路徑點夾角約束的改進目標偏向臨近點采樣策略；無需碰撞檢測的隨機樹擴展策略。本發明方法可提高有效采樣次數與采樣效率，并且在鄰近點選擇方法中考慮車輛姿態與下一路徑點夾角約束及目標點距離因素，能夠快速高效地規劃符合車輛運動學角度約束的路徑。后對規劃路徑進行路徑簡化剔除冗余節點，并使用杜賓斯曲線擬合剩余路徑簡化點，從而得到曲率連續的平滑路徑。

技術領域

本發明屬于無人駕駛路徑規劃和導航技術領域，具體涉及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。

背景技術

無人車路徑規劃就是在綜合考慮行駛時間、速度、油耗和安全等因素的前提下，為無人車規劃出最優等行駛軌跡。無人車為了完成在復雜的道路上的行駛，其自主移動能力則是基礎，其中路徑規劃和導航是保證無人車自主移動能力的核心算法，是體現車輛智慧水平的關鍵。

從路徑規劃的目標范圍看，通常分為全局路徑規劃和局部路徑規劃；從規劃環境是否隨時間變化方面看，還可以分為靜態路徑規劃和動態路徑規劃。全局路徑規劃通常假設環境信息完全已知，在無人車運動之前，離線計算出一條從起點到終點的路徑；但是環境并不是一成不變的，當環境信息改變時全局路徑規劃方法不能快速規劃出一條安全的路徑。

發明內容

本發明的目的在于針對復雜狹窄環境智能車路徑規劃問題，提供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，該方法使得無人車可以在全局路徑的引領下，安全平穩的避開障礙物。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：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，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；

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；

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。

在本發明一實施例中，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。