一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法和系统，包括：对同一平面的激光束进行聚类；对多个平面进行融合，从而得到边界距离大于阈值距离的障碍物的位置信息和范围信息；筛选出最靠近原有规划路径的边界点；预留车辆能够通过的宽度得到参考点；确定车辆控制的目标点；触发车辆的避障措施，控制车辆向目标点移动。本发明专利技术提供的避障控制措施是基于障碍物的边缘信息和原有规划路径的，不会因为场所狭窄导致车子来回摆动，而且会一直以最接近于原有规划的路径行驶，不会偏离路径。并且本发明专利技术可以复用定位使用的3D激光雷达，获得的障碍物的信息精确切丰富。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法和系统
本专利技术涉及一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法和系统，尤其涉及在自动导航过程中进行障碍物检测及检测到障碍物之后所采取的避障控制措施。
技术介绍
对于现在的控制导航系统来说，障碍物检测及避障措施变得越来越重要，有效的障碍物检测及避障措施不仅能够提高车辆控制的安全性，而且可以增加车辆控制的效率，使得车辆能够高效或准时地到达目的地。对于障碍物的检测，目前主要采用超声、光电、视觉、激光雷达等传感器进行检测。超声和光电传感器只能检测单点，并不能获得准确的障碍物的信息；视觉传感器虽然能够获得大量的障碍物的信息，但是其精度普遍不高；2D激光雷达能够获得准确的障碍物信息，但是其只是对于单个平面的检测，对于上下不一致的障碍物的边缘进行判断往往有较大误差，进而引起避障控制产生问题。现有障碍物的检测方式获得的障碍物信息要么精度低，要么信息量少，根据这些信息很难给出最优的避障控制措施。目前大部分的避障措施主要是停障，也就是只要检测到障碍物在车辆的一定距离范围内，就控制车辆停止，等待障碍物被移除之后再恢复运行。如果障碍物很久不被移除，这种方式就会严重影响导航车辆的运行效率。并且采用遇到障碍物就停止的避障措施，效率低下，只能用于安全保护。还有一部分避障措施是采用人工势场法，就是将每个障碍物作为施加在车辆上的一个力，让车辆沿着所有力合力的反向运动，很明显这种方式虽然简单，但是在狭隘的通道中很容易会使得车辆来回摆动，并且很容易偏离原有规划的路径，影响车辆的正常运行。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术基于3D激光对障碍物进行检测并采取相应的避障控制。3D激光包含了2D激光的所有优点，而且因其在垂直方向上也有视角，也就是不止单层的检测平面，可以检测出障碍物整体的边界，继而做出有合适的避障控制措施。同时，本专利技术采用的3D激光雷达，不仅能够来检测障碍物，还能够用来做SLAM(同时定位与构图构建)、人体检测等多样用途，扩大其使用范围。并且大部分采用3D激光雷达进行定位的自动导航车辆都可以直接使用，无需增添其他传感器设备。另外，本专利技术的避障控制措施是基于障碍物的边缘信息和原有规划的路径的，所以不会因为场所狭窄导致车子来回摆动，而且会一直以最接近于原有规划的路径行驶，不会偏离路径。一方面，本专利技术提供一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法，包括以下步骤：S1、对同一平面的激光束进行聚类，将激光束测得的点归属于不同的类；S2、对多个进行聚类后的平面进行融合，合并每个平面的类的范围，得到每个类的边界范围；S3、根据边界距离对融合后的类进一步进行融合，得到边界距离大于阈值距离的障碍物的位置信息和范围信息；S4、基于所述障碍物的位置信息和范围信息、原有规划路径以及车辆的相关信息，规划相应的避障控制措施。根据上述方法，步骤S1包括：根据相邻两个激光束测得的所述点之间的欧式距离将所述点归属于不同的类。根据上述方法，在步骤S4中基于以下一项或多项规则来规划相应的避障控制措施：(i)所述车辆尽量靠近所述原有规划路径；(ii)所述车辆不能偏离所述原有规划路径；(iii)所述车辆绕行的距离尽量短。根据上述方法，步骤S4包括：针对探测距离和避障控制距离采用不同的阈值，从而使得能够在触发避障控制之前获得整个障碍物的位置信息和范围信息。根据上述方法，步骤S4包括：S4.1、筛选出最靠近所述原有规划路径的障碍物的边界点作为最优边界点；S4.2、根据所述最优边界点预留所述车辆能够通过的宽度，从而得到参考点；S4.3、基于所述最优边界点和所述参考点确定车辆控制的目标点；S4.4、触发所述车辆的避障措施，控制所述车辆向所述目标点移动。根据上述方法，步骤S4.1包括：通过所述障碍物左右两侧的边界坐标与所述车辆的控制点以及所述原有规划路径上的定点之间形成的角度来进行筛选，选取所述角度最小的边界点作为所述最优边界点。根据上述方法，步骤S4.2包括：沿着垂直于所述原有规划路径的方向，从所述最优边界点向着远离所述障碍物一侧延伸预定距离得到所述参考点；其中，所述预定距离至少为P/2，P表示通过所述车辆所需的最小宽度。根据上述方法，步骤S4.2包括：当所述障碍物在沿所述原规划路径的方向上距离所述车辆最近的点hlmin不是所述最优边界点时，从点hlmin沿着垂直于所述原有规划路径的方向，向着所述最优边界点一侧延伸预定距离得到所述参考点；其中，所述预定距离至少为P/2+V，P表示通过所述车辆所需的最小宽度；V表示点hlmin和所述原有规划路径之间的垂直距离，与点hvmin或点hvmax和所述原有规划路径之间的垂直距离之差的绝对值，其中，点hvmin表示所述障碍物在垂直于所述原规划路径的方向上距离所述车辆最近的点，点hvmax表示所述障碍物在垂直于所述原规划路径的方向上距离所述车辆最远的点。根据上述方法，步骤S4.3包括：如果所述最优边界点和所述参考点分别位于所述原有规划路径的两侧，将所述参考点作为所述目标点；如果所述最优边界点和所述参考点位于所述原有规划路径的同一侧，且所述最优边界点与所述车辆的控制点以及所述原有规划路径上的所述定点之间形成的角度，大于或等于所述参考点与所述车辆的控制点以及所述原有规划路径上的所述定点之间形成的角度，将所述原有规划路径上的所述定点作为所述目标点；以及如果所述最优边界点和所述参考点位于所述原有规划路径的同一侧，且所述最优边界点与所述车辆的控制点以及所述原有规划路径上的所述定点之间形成的角度，小于所述参考点与所述车辆的控制点以及所述原有规划路径上的所述定点之间形成的角度，将所述参考点作为所述目标点。根据上述方法，步骤S4.4包括：当触发所述车辆的避障措施时，锁定当前的所述目标点，并当所述车辆到达所述目标点附近时解锁，重复步骤S4.1到S4.3更新所述目标点。根据上述方法，步骤S4.4包括：当所述车辆的控制点与所述参考点之间在沿所述原规划路径的方向上的投影距离小于阈值距离时，更新所述目标点。根据上述方法，重复步骤S4.1到S4.4，直到所述车辆绕过所述障碍物。根据上述方法，如果发现障碍物并且改变所述目标点时，当所述车辆的控制点与所述参考点之间在沿所述原规划路径的方向上的投影距离小于阈值距离，并且前方检测到所述障碍物时，将所述车辆的控制点设为当前控制点在原有规划路径上的投影点向前延伸预定距离的点。另一方面，本专利技术提供一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制系统，包括3D激光雷达和控制装置，所述3D激光雷达安装在车辆上，被配置为能够获取车辆移动前方的障碍物的信息；以及所述控制装置被配置为能够基于所述3D激光雷达所获取的所述障碍物的信息，根据权利要求1-13中任一项所述的方法对所述障碍物进行检测，并对所述车辆进行避障控制。根据上述系统，根据所述3D激光雷达的垂直视角以及所述车辆的车体防护的高度范围，将所述3D激光雷达安装在所述车辆上。本专利技术提供的避障控制措施是基于障碍物的边缘信息和原有规划的路径的，所以不会因为场所狭窄导致车子来回摆动，而且会一直以最接近于原有规划的路径行驶，不会偏离路径。并且本专利技术可以复用定位使用的3D激光雷达，获得的障碍物的信息精确切丰富。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对同一平面的激光束进行聚类，将激光束测得的点归属于不同的类；S2、对多个进行聚类后的平面进行融合，合并每个平面的类的范围，得到每个类的边界范围；S3、根据边界距离对融合后的类进一步进行融合，得到边界距离大于阈值距离的障碍物的位置信息和范围信息；S4、基于所述障碍物的位置信息和范围信息、原有规划路径以及车辆的相关信息，规划相应的避障控制措施。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D激光的障碍物检测及避障控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对同一平面的激光束进行聚类，将激光束测得的点归属于不同的类；S2、对多个进行聚类后的平面进行融合，合并每个平面的类的范围，得到每个类的边界范围；S3、根据边界距离对融合后的类进一步进行融合，得到边界距离大于阈值距离的障碍物的位置信息和范围信息；S4、基于所述障碍物的位置信息和范围信息、原有规划路径以及车辆的相关信息，规划相应的避障控制措施。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：根据相邻两个激光束测得的所述点之间的欧式距离将所述点归属于不同的类。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4中基于以下一项或多项规则来规划相应的避障控制措施：(i)所述车辆尽量靠近所述原有规划路径；(ii)所述车辆不能偏离所述原有规划路径；(iii)所述车辆绕行的距离尽量短。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：针对探测距离和避障控制距离采用不同的阈值，从而使得能够在触发避障控制之前获得整个障碍物的位置信息和范围信息。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：S4.1、筛选出最靠近所述原有规划路径的障碍物的边界点作为最优边界点；S4.2、根据所述最优边界点预留所述车辆能够通过的宽度，从而得到参考点；S4.3、基于所述最优边界点和所述参考点确定车辆控制的目标点；S4.4、触发所述车辆的避障措施，控制所述车辆向所述目标点移动。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4.1包括：通过所述障碍物左右两侧的边界坐标与所述车辆的控制点以及所述原有规划路径上的定点之间形成的角度来进行筛选，选取所述角度最小的边界点作为所述最优边界点。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4.2包括：沿着垂直于所述原有规划路径的方向，从所述最优边界点向着远离所述障碍物一侧延伸预定距离得到所述参考点；其中，所述预定距离至少为P/2，P表示通过所述车辆所需的最小宽度。8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4.2包括：当所述障碍物在沿所述原规划路径的方向上距离所述车辆最近的点hlmin不是所述最优边界点时，从点hlmin沿着垂直于所述原有规划路径的方向，向着所述最优边界点一侧延伸预定距离得到所述参考点；其中，所述预定距离至少为P/2+V，P表示通过所述车辆所需的最小宽度；V表示点hlmin和所述原有规划路径之间的垂直距离，与点hvmin或点hvmax...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，陶熠昆，黄鸿，金律君，
申请(专利权)人：浙江国自机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33