一种无人驾驶道路机械机群动态避让方法技术

本发明专利技术公开了一种无人驾驶道路机械机群动态避让方法，获取施工区域内各个机体的周围环境数据，将运动障碍物进行栅格划分，并通过动态栅格匹配得到障碍物块的运动状态信息，判断各个机体与运动障碍物之间的碰撞关系，以及各个机体与区域边缘的碰撞关系；根据上述碰撞关系，规划每个机体的运动路径，机体的运动路径包括运动方向、速度；根据规划的机体的运动路径，控制对应的机体进行运动。

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶道路机械机群动态避让方法
本专利技术涉及一种无人驾驶道路机械机群动态避让方法，属于工程机械

技术介绍
无人驾驶压路机在隧道复杂环境下的运动障碍物检测、预测和避障一直是无人驾驶压路机研究的重点和难点，也是工程机械集群作业研究的重点。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种无人驾驶道路机械机群动态避让方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种机群动态避让方法，包括：1)获取施工区域内各个机体的周围环境数据；2)基于各个机体的周围环境数据，对施工区域中的障碍物特征进行提取，将一个个障碍物栅格聚类成障碍物块，通过形成的障碍物块判断障碍物所在的位置；3)施工区域障碍物块聚类完成后，对障碍物块进行跟踪，创建一个运动障碍物列表来存储聚类得到的障碍物块信息，并实时更新障碍物块的跟踪结果；4)关联当前时刻聚类得到的障碍物块信息和运动障碍物列表中存储的障碍物块信息；并通过动态栅格匹配得到障碍物块的运动状态信息；5)对各个机体的周围环境数据及障碍物块信息进行融合，得到各个机体在区域内的相对位置，以及与周围运动障碍物的相对位置；6)判断、筛选各个机体与运动障碍物之间的碰撞关系，以及各个机体与区域边缘的碰撞关系；7)根据上述碰撞关系，规划每个机体的运动路径，所述机体的运动路径包括运动方向、速度；8)根据规划的机体的运动路径，控制对应的机体进行运动。进一步的，所述的机群动态避让方法，其特征在于：采用一种区域生长聚类算法对栅格图中的障碍物占用栅格进行聚类，创建一个open列表来存储所有被障碍物占用的栅格，从open列表中随机选取一个栅格放入closed列表中进行考察，再对它的相邻栅格进行考察，依此类推，直到和列表都为空为止，聚类区域内的障碍物占用栅格就被聚类成一个个障碍物块。进一步的，所述的机群动态避让方法，其特征在于：对施工区域的障碍物占用栅格进行聚类的结果，用一个能覆盖障碍物块的最小矩形参数作为该障碍物块的特征，它的参数包括：长边长，短边长，中心点位置O(x，y)和障碍物块对这个矩形的占用率k。进一步的，所述的机群动态避让方法，其特征在于：存储于所述运动障碍物列表中的每一个障碍物块，包含以下信息：编号、最新一次聚类得到的时间、占据位置、速度大小和方向、加速度大小和方向、速度协方差、加速度协方差以及存在置信度和运动置信度。进一步的，所述的机群动态避让方法，其特征在于：关联当前时刻聚类得到的障碍物块信息和运动障碍物列表中存储的障碍物块信息，通过最大关联值法对其进行关联。进一步的，所述的机群动态避让方法，其特征在于：通过施工区域的运动障碍物信息，根据障碍物的外观轮廓绘制出一个模型，然后再以基本单元格的形式绘制出障碍物格栅图，形成区域块边长a、b、中心位置O(x、y)和速度v的大小和方向的栅格图。进一步的，所述的机群动态避让方法，其特征在于：釆用置信距离理论对各个机体的周围环境数据及障碍物块信息进行融合。所述的机群动态避让方法，其特征在于：(x，y，z，t)按照时空动态模型进行以单元格形式无限扩充和延伸；如果时空动态坐标系的点p(x，y，z，t)(0<＝x<＝Xm，0<＝y<＝Ym，0<＝z<＝Zm，0<＝t),T(P)＝1表示在t时刻，栅格(x，y，z，t)会被其它车辆或者障碍物占据；T(P)＝0表示在t时刻，栅格(x，y，z，t)没有被其它车辆或者障碍物占据。有益效果：本专利技术提供的无人驾驶道路机械机群动态避让方法，针对无人驾驶压路机在隧道复杂环境中进行运动障碍物检测、预测和避障所遇到的问题以及系统的总体设计要求，在建立的局域地图的基础上，本专利技术设计了一种无人驾驶道路机械机群动态避让方法。附图说明图1为实施例中运动设备在格栅位置示意图。图2为实施例中障碍物分布云图。图3为实施例中障碍物块参数化示意图。图4为实施例中运动障碍物栅格轮廓图。图5为实施例中时空障碍物检测图。图6为实施例中时空障碍物交叉碰撞图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1无人驾驶压路机的车头朝向为Y轴正方向、以左侧方向为X轴正方向创建一个512×512的栅格可持续扩展地图，设定每个栅格的大小为无人驾驶压路机在该栅格地图中的位置坐标为(100，100)如图1所示。复杂施工环境中的运动障碍物主要是其它施工车辆和施工人员，都是相对较高、较大的障碍物，对该类障碍物的检测采用最大最小值法进行栅格化，将所有的三维点投影到栅格地图上，记录每个栅格中的最大高度值和最小高度值之差，只要这个差值大于设定的阈值，就设置该栅格为占用状态，标记为T(X)＝1，否则为非占用状态，标记为T(X)＝0。采用最大最小值法对一个施工区域的激光数据栅格化得到的障碍物占用栅格图，如图2所示，其中白色点是占用状态，黑色点是非占用状态。对施工区域中的障碍物特征进行提取，首先需要将一个个障碍物栅格聚类成障碍物块，通过形成的障碍物块判断障碍物所在的位置。采用一种区域生长聚类算法对栅格图中的障碍物占用栅格进行聚类，首先创建一个open列表来存储所有被障碍物占用的栅格，然后从open列表中随机选取一个栅格放入closed列表中进行考察，然后再对它的相邻栅格进行考察，依此类推，直到和列表都为空为止，聚类区域内的障碍物占用栅格就被聚类成一个个障碍物块。对施工区域的障碍物占用栅格进行聚类的结果，用一个能覆盖障碍物块的最小矩形参数作为该障碍物块的特征，如图3所示，它的参数包括：长边长L，短边长R，中心点位置O(x，y)和障碍物块对这个矩形的占用率k。施工区域障碍物块聚类完成后，还需对障碍物块进行跟踪，首先创建一个运动障碍物列表来存储聚类得到的障碍物块信息，并实时更新这些障碍物块的跟踪结果。存储于这个运动障碍物列表中的每一个障碍物块，包含以下信息：编号、最新一次聚类得到的时间、占据位置、速度大小和方向、加速度大小和方向、速度协方差、加速度协方差以及存在置信度和运动置信度。对障碍物块进行跟踪时，需要关联当前时刻聚类得到的障碍物块信息和运动障碍物列表中存储的障碍物块信息，通过最大关联值法对其进行关联。对于施工区域中运动障碍物列表中的每一个障碍物块OBi和当前时刻聚类得到的每一个障碍物块OMj都存在一个关联值fij。该fij的大小取决障碍物块OBi和障碍物块OMj提取的参数，障碍物块OBi和障碍物块OMj的中心点O(x，y)不能直接用来比较，由于聚类时间不同因此需要对障碍物块OBi的中心位置Oi(xi，yi)进行修正，公式如下：tij＝tj-ti上式中ti和tj分别是OBi最新一次聚类得到时的时间和当前时刻，和是OBi在运动障碍物列表中存储的最新速度和加速度，O′i(x′i，y′i)是对OBi的中心位置Oi(xi，yi)进行修正后得到的中心位置，通过下式可得fij：其中，a、b和c是权值，通过实验可以得到比较合适的经验值。设置一个门限关联值f0后可得到一个如下的决策矩阵。采用矩阵递进方式比较每个限位fmn是否小于指定门限关联值f0。如果不小于门限值则认为OBm和OMn成功关联，然后将OBm和OMn的所有关联值全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机群动态避让方法，包括：1）获取施工区域内各个机体的周围环境数据；2）基于各个机体的周围环境数据，对施工区域中的障碍物特征进行提取，将一个个障碍物栅格聚类成障碍物块，通过形成的障碍物块判断障碍物所在的位置；3）施工区域障碍物块聚类完成后，对障碍物块进行跟踪，创建一个运动障碍物列表来存储聚类得到的障碍物块信息，并实时更新障碍物块的跟踪结果；4）关联当前时刻聚类得到的障碍物块信息和运动障碍物列表中存储的障碍物块信息；并通过动态栅格匹配得到障碍物块的运动状态信息；5）对各个机体的周围环境数据及障碍物块信息进行融合，得到各个机体在区域内的相对位置，以及与周围运动障碍物的相对位置；6）判断、筛选各个机体与运动障碍物之间的碰撞关系，以及各个机体与区域边缘的碰撞关系；7）根据上述碰撞关系，规划每个机体的运动路径，所述机体的运动路径包括运动方向、速度；8）根据规划的机体的运动路径，控制对应的机体进行运动。

【技术特征摘要】
1.一种机群动态避让方法，包括：1）获取施工区域内各个机体的周围环境数据；2）基于各个机体的周围环境数据，对施工区域中的障碍物特征进行提取，将一个个障碍物栅格聚类成障碍物块，通过形成的障碍物块判断障碍物所在的位置；3）施工区域障碍物块聚类完成后，对障碍物块进行跟踪，创建一个运动障碍物列表来存储聚类得到的障碍物块信息，并实时更新障碍物块的跟踪结果；4）关联当前时刻聚类得到的障碍物块信息和运动障碍物列表中存储的障碍物块信息；并通过动态栅格匹配得到障碍物块的运动状态信息；5）对各个机体的周围环境数据及障碍物块信息进行融合，得到各个机体在区域内的相对位置，以及与周围运动障碍物的相对位置；6）判断、筛选各个机体与运动障碍物之间的碰撞关系，以及各个机体与区域边缘的碰撞关系；7）根据上述碰撞关系，规划每个机体的运动路径，所述机体的运动路径包括运动方向、速度；8）根据规划的机体的运动路径，控制对应的机体进行运动。2.根据权利要求1所述的机群动态避让方法，其特征在于：采用一种区域生长聚类算法对栅格图中的障碍物占用栅格进行聚类，创建一个open列表来存储所有被障碍物占用的栅格，从open列表中随机选取一个栅格放入closed列表中进行考察，再对它的相邻栅格进行考察，依此类推，直到和列表都为空为止，聚类区域内的障碍物占用栅格就被聚类成一个个障碍物块。3.根据权利要求2所述的机群动态避让方法，其特征在于：对施工区域的障碍物占用栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵珠枫，卜宪森，薛力戈，骆城，张天骄，
申请(专利权)人：徐工集团工程机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32