一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法及系统，包括自适应预瞄模型和自适应模糊转向控制器：自适应预瞄模型能够根据期望路径和速度提供偏航误差及期望路径曲率，自适应模糊转向控制器可根据偏航误差及路径曲率自适应计算前轮转角并予以控制，自适应模糊转向控制器包括模糊推理系统和自适应转向增益模型，前轮转角为自适应转向增益模型提供的输出增益与模糊推理系统提供的转角输出变量的乘积。本发明专利技术从预瞄方法、控制增益两方面对传统预瞄跟随算法的自适应能力进行改进，显著提升视觉导航移动设备的自适应跟踪能力，改善其转向操作稳定性，为其实现高精度巡航驾驶，且提高了高速道路交通的安全性。

An adaptive path tracking method and system based on vision navigation mobile device

The invention discloses an adaptive path tracking method and system based on vision navigation mobile device, including an adaptive preview model and an adaptive fuzzy steering controller: the adaptive preview model can provide yaw error and expected path curvature according to the expected path and speed, and the adaptive fuzzy steering controller can adaptively calculate the front wheel angle according to the yaw error and path curvature The adaptive fuzzy steering controller includes the fuzzy inference system and the adaptive steering gain model. The front wheel angle is the product of the output gain provided by the adaptive steering gain model and the output variable provided by the fuzzy inference system. The invention improves the adaptive ability of traditional preview follow algorithm from two aspects of preview method and control gain, significantly improves the adaptive tracking ability of vision navigation mobile equipment, improves its steering operation stability, realizes high-precision cruise driving for it, and improves the safety of high-speed road traffic.

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法及系统
本专利技术属于移动设备控制领域，具体涉及一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法及系统。
技术介绍
随着通信技术、计算机技术、人工智能以及控制理论的不断发展，基于视觉的智能移动设备，尤其是机器人及自动驾驶汽车吸引了大量的关注，并且已成为当前国内外学者研究的热点问题。自动驾驶汽车，作为一种智能移动机器人，其技术主要涉及车辆网络技术，复杂的道路环境识别技术，自动路径规划技术和智能运动控制系统。在自动驾驶系统中，自动巡航控制是一重要功能。自动巡航控制系统是最常见的技术，它可以帮助高速公路上的人类驾驶员减轻驾驶的负担。高性能的巡航控制系统能够显著改善交通状况，减少交通事故。以转向为主的巡航控制系统，也称为转向驾驶员模型。当前，很多该方面的方法能以相对较高的准确度实现路径跟随，但是高速情形下的小曲率跟踪任务效果较差，难以消除静态跟踪误差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法及系统，可解决现有基于视觉的移动设备在高速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，建立包括自适应预瞄模型和自适应模糊转向控制器的自适应性路径跟踪模型；/nS2，通过自适应预瞄模型根据期望路径和速度确定偏航误差及路径曲率：所述自适应预瞄模型包括多点预瞄策略和误差集成反馈模型，所述多点预瞄策略用于提供路径曲率；所述误差集成反馈模型用于提供偏航误差，并将其作为自适应模糊转向控制器的输入；/nS3，通过自适应模糊转向控制器根据偏航误差及路径曲率计算视觉导航移动设备的前轮转角，并控制前轮转角：所述自适应模糊转向控制器包括模糊推理系统和自适应转向增益模型，所述自适应转向增益模型用于为模糊推理系统提供输...

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，建立包括自适应预瞄模型和自适应模糊转向控制器的自适应性路径跟踪模型；
S2，通过自适应预瞄模型根据期望路径和速度确定偏航误差及路径曲率：所述自适应预瞄模型包括多点预瞄策略和误差集成反馈模型，所述多点预瞄策略用于提供路径曲率；所述误差集成反馈模型用于提供偏航误差，并将其作为自适应模糊转向控制器的输入；
S3，通过自适应模糊转向控制器根据偏航误差及路径曲率计算视觉导航移动设备的前轮转角，并控制前轮转角：所述自适应模糊转向控制器包括模糊推理系统和自适应转向增益模型，所述自适应转向增益模型用于为模糊推理系统提供输出增益，所述模糊推理系统用于推理出转角输出变量，所述前轮转角为输出增益与转角输出变量的乘积；
S4，采用粒子群优化算法对自适应预瞄模型和自适应模糊转向控制器中的待定系数优化求解。


2.根据权利要求1所述的基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法，其特征在于，步骤S2中偏航误差由预瞄信息计算获得，所述的预瞄信息包括多个预瞄点到视觉导航移动设备头部朝向上的直线的投影距离及投影线之间面积。


3.根据权利要求2所述的基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法，其特征在于，所述预瞄信息通过如下步骤获得：
a)根据速度确定预瞄时间，计算方法如下：



式中，v为速度，tp为预瞄时间
b)根据预瞄时间计算预瞄距离，计算公式如下：
dp＝tp·(ξ+α)·du(2)
式中，dp为预瞄距离，ξ是常数，α为预瞄距离调整因子且为待定系数，du是一维单位预瞄距离矩阵；
c)计算多个预瞄点到视觉导航移动设备头部朝向上的直线的投影距离及投影线之间面积；
d)根据多个预瞄点的位置，采用多点拟合圆法计算路径曲率。


4.根据权利要求3所述的基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法，其特征在于，步骤d)中多点拟合圆法的计算步骤具体如下：
设定点(A，B)为实际转弯路径的圆心，P(x，y)为预瞄点，可得：
R＝(x-A)2+(y-B)2(3)
其中，R为圆半径；
经过转换，上述方程可写成：
x2+y2+ax+by+c＝0(4)
其中，



基于多个预瞄点坐标，通过Lagrange方法和最小二乘法可以得到转弯圆的半径R为：



设定路径曲率为cl，则曲率cl可由如下公式求得：





5.根据权利要求4所述的基于视觉导航移动设备的自适应路径跟踪方法，其特征在于，步骤S2中偏航误差包括侧向综合误差和预瞄点投影面积综合误差，所述侧向综合误差的计算公式如下：
E1＝k1·el1+k2·(e′l1+e″l1)+eli(8)
其中，E1为侧向综合误差，el1为第一个预瞄点的侧向误差，eli为剩余预瞄点其中一个的侧向误差，e′l1是第一个预瞄点上一采样时刻的侧向误差，e″l1为上上时刻第一个预瞄的侧向误差，k1与k2为待定系数；
所述预瞄点投影面积综合误差的计算公...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小芳，刘嘉鑫，黄国明，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43