[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于DWA算法改進(jìn)的巡檢無(wú)人車(chē)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310479855.6
• 申請(qǐng)日: 2023-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116520356A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙志國(guó);萬(wàn)小康;龐敏;謝東;許振;毛康康;王瑞;魏曉倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G01S17/931
• 分類(lèi)號(hào): G01S17/931;G06Q10/047;G06F17/10;B60W60/00;B60W30/095;B60W40/00;B60W40/105;B60W50/00;G01S17/58;G01C21/34;G01C21/16
• 代理公司: 淮安市科文知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 鄒文玉

1.一種基于DWA算法改進(jìn)的巡檢無(wú)人車(chē)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法，其特征在于：通過(guò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作系統(tǒng)與底盤(pán)STM32單片機(jī)之間的相互通信，來(lái)實(shí)現(xiàn)樹(shù)莓派4b與巡檢無(wú)人車(chē)之間的數(shù)據(jù)信息傳遞；再結(jié)合慣性測(cè)量單元、里程計(jì)信息和巡檢無(wú)人車(chē)傳回的激光雷達(dá)參數(shù)信息，采樣得到巡檢無(wú)人車(chē)的速度V_c；巡檢無(wú)人車(chē)通過(guò)激光雷達(dá)探頭持續(xù)的向四周發(fā)射激光并在接觸到障礙物后返回激光，采樣得到動(dòng)態(tài)障礙物的速度V_b；判斷巡檢無(wú)人車(chē)與動(dòng)態(tài)障礙物是否存在碰撞的可能，當(dāng)存在碰撞的可能性時(shí)找出碰撞點(diǎn)，優(yōu)化巡檢無(wú)人車(chē)的行進(jìn)速度和方向；利用動(dòng)態(tài)窗口法隨機(jī)生成若干條巡檢無(wú)人車(chē)的運(yùn)動(dòng)路徑，在得到的若干條路徑中通過(guò)評(píng)定函數(shù)對(duì)每條路徑進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)巡檢無(wú)人車(chē)遍歷到終點(diǎn)時(shí)所生成的最終路徑進(jìn)行判斷，當(dāng)最終路徑趨近于全局路徑時(shí)，當(dāng)實(shí)現(xiàn)自主避障即生成的最終路徑?jīng)]有與動(dòng)態(tài)障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，生成的最終路徑則為最優(yōu)路徑；具體的操作步驟為：

步驟1：巡檢無(wú)人車(chē)底盤(pán)上安裝有用于接收和發(fā)送控制指令的STM32單片機(jī)，巡檢無(wú)人車(chē)底盤(pán)的四個(gè)車(chē)輪處各安裝了一個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量單元，用于獲取巡檢無(wú)人車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中各車(chē)輪的轉(zhuǎn)速n；通過(guò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS與底盤(pán)STM32單片機(jī)之間的相互通信，來(lái)實(shí)現(xiàn)樹(shù)莓派4b與巡檢無(wú)人車(chē)之間的數(shù)據(jù)信息傳遞，機(jī)器人操作系統(tǒng)在結(jié)合慣性測(cè)量單元IMU、里程計(jì)信息和巡檢無(wú)人車(chē)傳回的激光雷達(dá)參數(shù)信息，采樣得到巡檢無(wú)人車(chē)的速度V_c；

步驟2：在巡檢無(wú)人車(chē)的車(chē)頂中心位置安裝了激光雷達(dá)，巡檢無(wú)人車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中雷達(dá)探頭持續(xù)的向四周發(fā)射激光，并在接觸到障礙物后返回激光，記錄動(dòng)態(tài)障礙物隨時(shí)間變化的位置信息，采樣得到動(dòng)態(tài)障礙物的速度V_b；

步驟3：判斷巡檢無(wú)人車(chē)與動(dòng)態(tài)障礙物在行進(jìn)過(guò)程中是否存在碰撞的可能性，當(dāng)存在碰撞的可能性時(shí)找出碰撞點(diǎn)，優(yōu)化巡檢無(wú)人車(chē)的行進(jìn)速度和方向，使得巡檢無(wú)人車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中避開(kāi)可能發(fā)生碰撞的點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)巡檢無(wú)人車(chē)局部的自主避障和路徑規(guī)劃；

步驟4：根據(jù)巡檢無(wú)人車(chē)的速度、位姿參數(shù)信息以及周?chē)沫h(huán)境信息生成巡檢無(wú)人車(chē)的動(dòng)態(tài)窗口，利用動(dòng)態(tài)窗口法隨機(jī)生成若干條巡檢無(wú)人車(chē)的運(yùn)動(dòng)路徑，在得到的若干條路徑中通過(guò)評(píng)定函數(shù)對(duì)每條路徑評(píng)價(jià)；

步驟5：獲取最優(yōu)路徑，對(duì)巡檢無(wú)人車(chē)遍歷到終點(diǎn)時(shí)所生成的最終路徑進(jìn)行判斷，當(dāng)最終路徑趨近于全局路徑時(shí)，當(dāng)實(shí)現(xiàn)自主避障即生成的最終路徑?jīng)]有與動(dòng)態(tài)障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，此時(shí)生成的最終路徑為最優(yōu)路徑；

步驟6：結(jié)束路徑規(guī)劃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DWA算法改進(jìn)的巡檢無(wú)人車(chē)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法，其特征在于：步驟1所述的采樣得到巡檢無(wú)人車(chē)的速度V_c，具體的操作方式為：已知巡檢無(wú)人車(chē)的速度與底盤(pán)各輪子間的速度有直接聯(lián)系，同時(shí)底盤(pán)在轉(zhuǎn)向時(shí)角速度也會(huì)影響到巡檢無(wú)人車(chē)的速度和行進(jìn)方向，所以巡檢無(wú)人車(chē)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上受到三個(gè)方向上的牽引力，將其分解為三個(gè)方向上的速度矢量，以車(chē)輪軸心運(yùn)動(dòng)的速度矢量車(chē)輪軸心沿垂直于的方向的速度矢量巡檢無(wú)人車(chē)的速度矢量已知巡檢無(wú)人車(chē)的車(chē)輪半徑為R，轉(zhuǎn)速為n,矢量沿x、y軸正方向?yàn)檎D(zhuǎn)向時(shí)的角速度w沿逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎唧w公式如下：

C＝2πR

以輪胎A的軸心做平面直角坐標(biāo)系：

同理，以輪B、輪C、輪D的軸心做平面直角坐標(biāo)系：

式中，為巡檢無(wú)人車(chē)的速度在x、y軸的分量，為車(chē)輪的速度在x、y軸的分量，為巡檢無(wú)人車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)線(xiàn)速度在x、y軸的分量；為從底盤(pán)中心指向車(chē)輪軸心的矢量；θ為巡檢無(wú)人車(chē)發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí)底盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角度；為巡檢無(wú)人車(chē)發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí)底盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角速度；C為車(chē)輪的周長(zhǎng)；n_i為車(chē)輪i的轉(zhuǎn)速；為車(chē)輪i的速度；為車(chē)輪i的實(shí)際速度；x₁為底盤(pán)中心與底盤(pán)左右邊緣的間距，具體為底盤(pán)寬度的一半；x₂為底盤(pán)中心與底盤(pán)上下邊緣的間距，具體為底盤(pán)長(zhǎng)度的一半；為巡檢無(wú)人車(chē)的速度。