一种履带式无人车辆在断崖障碍道路上的规划与控制方法技术

本发明专利技术提供了一种履带式无人车辆在断崖障碍道路上的规划与控制方法，包括在具有断崖的道路上的路径规划、对断崖障碍数据信息的处理、攀爬复杂形状的断崖时的步态规划与控制。在履带式无人车辆上加入路径规划系统，当车辆行驶时遇到断崖时，车辆规划出较优的路径发送给路径跟踪系统；对检测出的断崖尺寸数据进行计算与判断，通过设计的代价函数选择出履带式无人车辆的攀爬断崖的工作段；根据断崖的尺寸数据以及车辆的尺寸数据，计算并设计出控制时序与控制方法，使得在履带式无人车辆能够攀爬高度变化的复杂断崖。

A planning and control method of tracked unmanned vehicle on the cliff obstacle Road

【技术实现步骤摘要】
一种履带式无人车辆在断崖障碍道路上的规划与控制方法
本专利技术涉及无人车辆的规划与控制
，具体涉及一种用于履带式无人车辆在断崖障碍道路上的规划与控制方法。
技术介绍
近年来，履带式无人车辆在火场灭火、深入地震区域救援以及战场作战等场合的应用越来越广泛。但各种复杂的环境对履带式无人车辆的智能化程度、地形的通过性等提出更高的要求，因此许多履带式无人车辆的新型结构以及新型的规划方法被提出。例如专利申请号为“CN201610241122.9”的专利技术专利“一种高机动高适应性地面无人车辆”，提出一种四边形六足履式结构，以提升车辆的越野能力；并且专利申请号为“CN201710350810.3”的专利技术专利“一种六足履式无人地面车辆的上台阶步态规划系统及其方法”，提出了一种无人车辆上台阶的步态规划方法，能使车辆具备自主翻越台阶的能力。但是该方法所能爬上的台阶的形状较为理想化，不适用于翻越野外环境道路上高度变化的复杂断崖；且该方法中判断能否爬上台阶的决策条件较为单一，没有考虑到台阶的各种尺寸参数对通过性的影响；而且该方法的智能化程度较低，当遇到无法翻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种履带式无人车辆在断崖障碍道路上的规划与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、设定车辆所需到达的目标点，规划期望路径并沿着该期望路径行驶，实时根据路况更新期望路径；/n步骤2、当检测到路径前有断崖障碍时，使车辆在距断崖一定距离前停车；/n步骤3、确定初始工作段，在该初始工作段内，建立代价函数，选择出代价函数的最小值对应的区域，作为车辆攀爬断崖的最终工作段；/n步骤4、将最终工作段的断崖前设定为目标点，规划最终局部期望路径，车辆沿该最终局部期望路径运动到目标点；/n步骤5、规划并计算出车辆行走机构在各时段的步态角度和车辆前移距离，使车辆翻越断崖。/n

【技术特征摘要】
1.一种履带式无人车辆在断崖障碍道路上的规划与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、设定车辆所需到达的目标点，规划期望路径并沿着该期望路径行驶，实时根据路况更新期望路径；
步骤2、当检测到路径前有断崖障碍时，使车辆在距断崖一定距离前停车；
步骤3、确定初始工作段，在该初始工作段内，建立代价函数，选择出代价函数的最小值对应的区域，作为车辆攀爬断崖的最终工作段；
步骤4、将最终工作段的断崖前设定为目标点，规划最终局部期望路径，车辆沿该最终局部期望路径运动到目标点；
步骤5、规划并计算出车辆行走机构在各时段的步态角度和车辆前移距离，使车辆翻越断崖。


2.根据权利要求1所述的规划与控制方法，其特征在于，所述步骤3中，确定初始工作段的具体方法为：
步骤31、选择两个满足式(1)的高度点之间的断崖为初始工作段，初始工作段长度记为b1；
h＜KHH0(1)
其中，h为前方断崖的高度，H0为车辆的最小离地间隙，KH为车辆的障碍物通过安全系数；
步骤32、使用式(2)进行判断，若不成立，则规划出直接绕过断崖的期望路径，并返回至步骤2；
b1＞KwB(2)
其中，B为车辆横向宽度，Kw为断崖宽度判断系数。


3.根据权利要求1所述的规划与控制方法，其特征在于，所述步骤3中，建立代价函数，选择出代价函数的最小值对应的区域，作为车辆攀爬断崖的最终工作段，具体方法为：
步骤33、在初始工作段内，以车辆的前进方向为视角，从左至右以Bwin作为窗口宽度，以车辆的履带宽度b作为窗口的步进长度在初始工作段内做遍历，得到的数据的组数记为N：
Bwin＝KwinB(3)
其中，Kwin为窗口宽度系数；
步骤34、计算出每个窗口内部高度的最大值每个窗口内部高度的最大变化值{Δh1,Δh2...ΔhN}、每个窗口的高度平均值{h1,h2...hN}和每个窗口的高度方差{S1,S2...SN}；
步骤35、使用式(4)和式(5)对每个窗口内部高度的最大值和每个窗口内部高度的最大变化值做判断，若N组数据都判断不成立，则放弃该条路径，重新进行局部路径规划，得到新的期望路径，并返回步骤2执行；若成立，则执行步骤36；



Δhi/Bwin＜α0i＝1...N(5)
其中，h0为车辆的所能攀爬的最大断崖高度，其由式(6)计算；α0为车辆的所能攀爬的最大断崖侧倾坡度；
h0＝KL(L1+r1)(6)
其中，KL为车辆的断崖高度安全系数，L1为车辆两翼轮中心的距离，r1为一侧翼轮圆心至其履带外侧圆弧的半径；
步骤36、建立代价函数Ji，满足步骤35的组数设为k，使用公式(7)计算出每组的代价函数值，选择出最小值Jmin对应的窗口区域，作为车辆攀爬断崖的最终工作段；
Ji＝α1hi+α2Sii＝1...k(7)
其中，α1为断崖高度权值，α2为断崖高度方差的权值。


4.根据权利要求1所述的规划与控制方法，其特征在于，所述步骤4中，将最终工作段的断崖前的距离l2处点设定为目标点，规划最终局部期望路径，车辆沿该最终局部期望路径运动到目标点，具体方法为：
将最终工作段朝向车辆延伸距离l2处的点设定为目标点，l2的选择满足式(8)，并且车辆在该目标点处的航向与对应的断崖面垂直，以当前点作为起始点，规划出...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华为，蒋春茂，祝辉，王智灵，丁祎，陶翔，张辉，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34