可重构无人车三段式对接控制方法技术

本发明专利技术提供一种可重构无人车三段式对接控制方法，将无人车单元的对接过程分为远端接近阶段、近端捕获阶段和柔性对接阶段三个阶段，能使无人车单元在复杂地面环境下迅速实现自主动态对接。其中在远端接近阶段，采用考虑转向模式切换的远端接近轨迹实时规划算法，以规划出所需时间短的接近轨迹，提高对接效率；在近端捕获阶段，确定由远端接近阶段向柔性对接阶段的切换时机，解决了可重构无人车对接过程中阶段切换确定困难的问题，显著提高了可重构无人车的对接效率。在柔性对接阶段，基于六自由度柔性对接机构设计了包含视觉传感器、激光测距传感器、力传感器等多传感器感知系统的柔性对接过程，提高了柔性对接阶段的准确性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
可重构无人车三段式对接控制方法
本专利技术涉及一种无人车重构方法，具体涉及一种可重构无人车三段式对接控制方法，属于无人车

技术介绍
无人车可自主执行物流、运输、配送、巡逻、公交、零售、清扫、接驳、救援等功能型任务，是未来智能交通与智慧城市建设的核心要素。可以预见，在未来交通出行与人类生活中，大部分任务将由无人车替代人类完成，车辆将由传统的载运工具演变成为执行功能型任务的智慧载体，并对人类社会发展产生重大影响。与传统智能网联汽车相比，无人车以执行功能型任务为目的，不具有人类驾驶机构，颠覆传统汽车以人为中心的基本设计理念，构型创新且灵活多变，系统架构等基本特征发生革命性变化。因此，无人车的基础理论及关键技术必须实现原始突破，是智能汽车时代所带来的全新挑战，是国际国内的研究热点。随着未来智能交通与智慧城市内涵的不断拓展，无人车的发展面临着执行任务繁杂多变、行驶环境立体多维、功能需求不断拓展、载体构型单一局限等重大挑战。显然，传统固定构型的无人车已难以应对上述挑战，无法满足未来智能交通与智慧城市中对新型智能载运工具的需要。可重构无人车技术彻底突破传统固定构型无人车形态约束，可以自主实现功能重构、拓扑重构等复杂功能，实现多无人车单元间的自主组合、对接、解体，全面拓展无人车的功能任务执行边界，有望成为未来颠覆性创新技术。如何使无人车单元在复杂地面环境下精准对接是可重构无人车首先需要解决的关键技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种可重构无人车三段式对接控制方法，将无人车单元的对接过程分为远端接近阶段、近端捕获阶段和柔性对接阶段三个阶段，能使无人车单元在复杂地面环境下迅速实现自主动态对接。所述可重构无人车三段式对接控制方法具体为：所述可重构无人车具有两个以上无人车单元；两个以上所述无人车单元通过对接实现无人车的重构；每个无人车单元上均设置有用于实现对接的对接机构，所述对接机构包括活动端和固定端，对接时，其中一个无人车单元上对接机构的活动端与另一个无人车单元上对接机构的固定端对接；令两个无人车单元对接时，用于提供对接结构活动端的无人车单元为主动对接车，用于提供对接结构固定端的无人车单元为被动对接车；所述三段式拓扑重构方法将两个无人车单元的对接过程分为三个阶段，分别为：远端接近阶段、近端捕捉阶段及对接阶段；当两辆无人车单元收到对接指令后，进入远端接近阶段，在所述远端接近阶段，两辆无人车单元向设定的目标位置交汇；当两辆无人车单元行进至间隔设定距离时，进入近端捕捉阶段；近端捕捉阶段，所述主动对接车以对接机构活动端的运动范围为约束条件，实时进行由远端接近阶段向对接阶段切换时机的判断，当所述对接机构活动端的运动范围满足设定的约束条件时，进入对接阶段；对接阶段，所述主动对接车控制其对接机构活动端与被动对接车对接机构固定端进行对接，使两个无人车单元完成拓扑重构。作为本专利技术的一种优选方式，在所述远端接近阶段，采用考虑转向模式切换的远端接近轨迹实时规划算法计算远端接近轨迹：所述对接指令中包含了设定的目标位置，收到对接指令的无人车单元首先通过轨迹规划算法，得到一条该算法下的最短路径作为初始接近轨迹；然后再通过转向模式的选用对所述初始接近轨迹进行优化，得到远端接近轨迹；所述转向模式的选用是根据不同工况对采用独立转向技术的无人车单元的双桥转向、蟹型转向及原地转向模式进行选用：其中所述双桥转向模式适用于长距离和长时间工况；所述蟹型转向模式适用于快速换道工况；所述原地转向模式适用于狭窄区域掉头工况。作为本专利技术的一种优选方式，在所述远端接近阶段，两辆无人车单元向设定的目标位置接近过程中，所述主动对接车实时计算自身与被动对接车之间的距离：若在到达目标位置前两辆无人车单元之间的距离已达到设定距离值，则依次进入近端捕捉阶段和对接阶段，在完成对接后一起向目标位置行进；若其中一辆无人车单元先达到目标位置，则停止在目标位置，当另一辆无人车单元行驶至与该无人车单元设定距离位置处时，依次进入近端捕捉阶段和对接阶段，在设定的目标位置处完成对接。作为本专利技术的一种优选方式，所述近端捕捉阶段，所述主动对接车进行由远端接近阶段向对接阶段切换时机的判断过程为：所述主动对接车首先进行姿态判断，所述姿态判断的约束条件为：-γDlim≤γC≤+γDlim其中：γC为所述主动对接车在近端捕获判别坐标系中的自身航向角；γDlim为极限寻向角，寻向角是指被动对接车对接平面与主动对接车横向平面之间的夹角；所述近端捕获判别坐标系指以被动对接车定位中心为坐标原点，被动对接车的纵向为x向为，横向为y向的坐标系；若所述主动对接车自身航向角满足上述约束条件，则进入位置判断；若不满足，则所述主动对接车进行航向调整，直至自身航向角满足上述约束条件；所述位置判断的约束条件为：-Xlim-Xi1-Lr-Xi2-Lfcos(γC)≤XC≤+Xlim-Xi1-Lr-Xi2-Lfcos(γC)-Ylim-Lr-Xi2-Lfsin(γC)≤YC≤+Ylim-Lr-Xi2-Lfsin(γC)其中：（XC，YC）为在所述近端捕获判别坐标系中所述主动对接车的定位中心坐标；Xlim，Ylim为所述主动对接车上对接结构活动端纵向和横向极限运动距离；Xi1为所述主动对接车上对接机构活动端的纵向长度；Xi2为所述被动对接车上对接机构固定端的纵向长度；Lf，Lr分别为所述被动对接车车身前端面和后端面距其定位中心的距离；若所述主动对接车位置满足上述位置判断的约束条件，则进入对接阶段；若不满足，则所述主动对接车进行姿态调整，直至所述主动对接车的定位中心满足上述位置判断的约束条件。作为本专利技术的一种优选方式，所述对接阶段，主动对接车上对接机构活动端与被动对接车上对接机构固定端进行柔性对接；即所述对接机构为柔性对接结构；所述柔性对接机构包括：主动捕捉模块、锁定模块、传感模块及控制模块；所述主动捕捉模块采用六自由度平台，所述六自由度平台的固定端与无人车单元固接，活动端设置有锁定芯；所述六自由度平台能够带动所述锁定芯沿横向、纵向、垂向、横摆、滚转及俯仰方向运动，以调整所述锁定芯的位置和姿态；所述锁定模块包括：锁定机构和对接导向块；所述对接导向块与无人车单元固接；所述对接导向块上设置有用于和所述锁定芯配合的对接导向孔，用于容纳所述锁定芯；所述锁定机构用于所述对接导向块和锁定芯对接后的位置锁定；所述传感模块用于感知所述主动捕捉模块上锁定芯相对锁定模块上对接导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可重构无人车三段式对接控制方法，其特征在于，所述可重构无人车具有两个以上无人车单元；两个以上所述无人车单元通过对接实现无人车的重构；/n每个无人车单元上均设置有用于实现对接的对接机构，所述对接机构包括活动端和固定端，对接时，其中一个无人车单元上对接机构的活动端与另一个无人车单元上对接机构的固定端对接；令两个无人车单元对接时，用于提供对接结构活动端的无人车单元为主动对接车，用于提供对接结构固定端的无人车单元为被动对接车；/n所述三段式对接控制方法将两个无人车单元的对接过程分为三个阶段，分别为：远端接近阶段、近端捕捉阶段及对接阶段；/n当两辆无人车单元收到对接指令后，进入远端接近阶段；在所述远端接近阶段，两辆无人车单元向设定的目标位置交汇；当两辆无人车单元行进至间隔设定距离时，进入近端捕捉阶段；/n近端捕捉阶段，所述主动对接车以对接机构活动端的运动范围为约束条件，实时进行由远端接近阶段向对接阶段切换时机的判断，当所述对接机构活动端的运动范围满足设定的约束条件时，进入对接阶段；/n对接阶段，所述主动对接车控制其对接机构活动端与被动对接车对接机构固定端进行对接，使两个无人车单元完成拓扑重构。/n...

【技术特征摘要】
1.可重构无人车三段式对接控制方法，其特征在于，所述可重构无人车具有两个以上无人车单元；两个以上所述无人车单元通过对接实现无人车的重构；
每个无人车单元上均设置有用于实现对接的对接机构，所述对接机构包括活动端和固定端，对接时，其中一个无人车单元上对接机构的活动端与另一个无人车单元上对接机构的固定端对接；令两个无人车单元对接时，用于提供对接结构活动端的无人车单元为主动对接车，用于提供对接结构固定端的无人车单元为被动对接车；
所述三段式对接控制方法将两个无人车单元的对接过程分为三个阶段，分别为：远端接近阶段、近端捕捉阶段及对接阶段；
当两辆无人车单元收到对接指令后，进入远端接近阶段；在所述远端接近阶段，两辆无人车单元向设定的目标位置交汇；当两辆无人车单元行进至间隔设定距离时，进入近端捕捉阶段；
近端捕捉阶段，所述主动对接车以对接机构活动端的运动范围为约束条件，实时进行由远端接近阶段向对接阶段切换时机的判断，当所述对接机构活动端的运动范围满足设定的约束条件时，进入对接阶段；
对接阶段，所述主动对接车控制其对接机构活动端与被动对接车对接机构固定端进行对接，使两个无人车单元完成拓扑重构。


2.如权利要求1所述的可重构无人车三段式对接控制方法，其特征在于，在所述远端接近阶段，采用考虑转向模式切换的远端接近轨迹实时规划算法计算远端接近轨迹：
所述对接指令中包含了设定的目标位置，收到对接指令的无人车单元首先通过轨迹规划算法，得到一条该算法下的最短路径作为初始接近轨迹；然后再通过转向模式的选用对所述初始接近轨迹进行优化，得到远端接近轨迹；
所述转向模式的选用是根据不同工况对采用独立转向技术的无人车单元的双桥转向、蟹型转向及原地转向模式进行选用：其中所述双桥转向模式适用于长距离和长时间工况；所述蟹型转向模式适用于快速换道工况；所述原地转向模式适用于狭窄区域掉头工况。


3.如权利要求1所述的可重构无人车三段式对接控制方法，其特征在于，在所述远端接近阶段，两辆无人车单元向设定的目标位置接近过程中，所述主动对接车实时计算自身与被动对接车之间的距离：
若在到达目标位置前两辆无人车单元之间的距离已达到设定距离值，则依次进入近端捕捉阶段和对接阶段，在完成对接后一起向目标位置行进；
若其中一辆无人车单元先达到目标位置，则停止在目标位置，当另一辆无人车单元行驶至与该无人车单元设定距离位置处时，依次进入近端捕捉阶段和对接阶段，在设定的目标位置处完成对接。


4.如权利要求1所述的可重构无人车三段式对接控制方法，其特征在于，所述近端捕捉阶段，所述主动对接车进行由远端接近阶段向对接阶段切换时机的判断过程为：
所述主动对接车首先进行姿态判断，所述姿态判断的约束条件为：
-γDlim≤γC≤+γDlim
其中：γC为所述主动对接车在近端捕获判别坐标系中的自身航向角；γDlim为极限寻向角，寻向角是指被动对接车对接平面与主动对接车横向平面之间的夹角；所述近端捕获判别坐标系指以被动对接车定位中心为坐标原点，被动对接车的纵向为x向为，横向为y向的坐标系；
若所述主动对接车自身航向角满足上述约束条件，则进入位置判断；若不满足，则所述主动对接车进行航向调整，直至自身航向角满足上述约束条件；
所述位置判断的约束条件为：

-X

lim

-X

i1

-L

r

-X

i2

-L

f

cos(γ

C

)≤X

C

≤+X

lim

-X

i1

-L

r

-X

i2

-L

f

cos(γ

C

)


-Y

lim

-L

r

-X

i2

-L

f

sin(...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪俊，吴家枫，袁昊，杨续，姜旭，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11