可重构无人车自主对接过程近端捕获方法技术

本发明专利技术提供一种可重构无人车自主对接过程近端捕获方法，用于确定可重构无人车对接过程中的对接时机，使无人车单元迅速达到对接要求的位姿，提高对接效率。该近端捕获方法提供了姿态判断和位置判断两个判断条件，当两个判断条件同时满足时，表明待对接的两个无人车单元已到对接时机，能够进行活动端和固定端的对接，采用该方法能够满足可重构无人车自主拓扑重构的复杂控制需求。

【技术实现步骤摘要】
可重构无人车自主对接过程近端捕获方法
本专利技术涉及一种可重构无人车自主对接过程中的近端捕获方法，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。可重构无人车技术将彻底突破传统固定构型无人车形态约束，可重构无人车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，可重构无人车技术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。可重构无人车技术中，两个待对接的无人车单元在交汇后如何确定对接时机是保证其能够顺利、安全的对接的关键。
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自主对接过程近端捕获方法，用于确定可重构无人车对接过程中的对接时机，使无人车单元迅速达到对接要求的位姿，提高对接效率。可重构无人车具有两个以上无人车单元；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；所述主动对接车向被动对接车接近过程中，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，则表明所述主动对接车满足对接条件；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。优选的，所述主动对接车通过与所述被动对接车之间的车间通信，获取自车与被动对接车在世界参考系下的绝对坐标。优选的，所述被动对接车定位中心为其质心；所述主动对接车定位中心为其质心。优选的，主动对接车通过安装在车身上的惯性传感器或GPS传感器获取在近端捕获判别坐标系中的自身航向角。有益效果：（1）该方法有效的解决了可重构无人车对接过程中对接时机确定困难的问题，显著提高了可重构无人车的对接效率。（2）该方法通过姿态判断和位置判断确定对接时机，能使无人车单元在复杂地面环境下迅速达到对接要求的位姿，满足可重构无人车多功能和复杂工作环境的要求。附图说明图1为对接过程中主动对接车位姿调整示意图；图2为两个无人车单元对接完成后的状态示意图。其中：1-活动端，2-固定端。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供一种可重构无人车自主对接过程近端捕获方法，能够解决可重构无人车对接过程中对接时机确定困难的问题，显著提高可重构无人车的对接效率。可重构无人车具有两个以上无人车单元，两个以上无人车单元依据实际使用需求前后对接，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，该对接机构包括活动端1和固定端2，其中对接机构的活动端1设置在无人车单元的前端，固定端2设置在无人车单元后端；对接时，其中一个无人车单元上对接机构的活动端1与另一个无人车单元上对接机构的固定端2对接。为方便描述，令两个无人车单元对接时，用于提供对接结构活动端1的无人车单元为主动对接车，用于提供对接结构固定端2的无人车单元为被动对接车。两个无人车单元在接收到外部对接命令后，先交汇至间隔设定（远端接近阶段）距离然后通过对接结构进行对接（对接阶段）；该方法为主动对接车和被动对接车接近过程中，由远端接近阶段向对接阶段的切换时机（即对接时机）的判别方法。该近端捕获方法提供了姿态判断和位置判断两个判断条件，当两个判断条件同时满足时，表明待对接的两个无人车单元已到对接时机，能够进行活动端1和固定端2的对接，采用该方法能够满足可重构无人车自主拓扑重构的复杂控制需求。两个无人车单元在接收到外部对接指令后（对接指令中指定两个无人车单元分别为主动对接车和被动对接车），主动对接车和被动对接车交汇；当两车行进至间隔设定距离后，主动对接车开始进行对接时机的判断，该判断是在近端捕获判别坐标系中，以对接机构活动端1的运动范围为约束条件，得到远端接近阶段向对接阶段的切换时机。其中近端捕获判别坐标系是指以被动对接车定位中心（该定位中心为设定位置，一般为被动对接车质心位置）为坐标原点建立近端捕获判别坐标系，近端捕获判别坐标系的x向为被动对接车的纵向，y向为被动对接车的横向。主动对接车接收到的外部对接指令中包括需要与之对接的被动对接车的定位中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可重构无人车自主对接过程近端捕获方法，其特征在于：所述可重构无人车具有两个以上无人车单元；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；/n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所述主动对接车向被动对接车接近过程中，首先进行姿态判断，所述姿态判断的约束条件为：/n-

【技术特征摘要】
1.可重构无人车自主对接过程近端捕获方法，其特征在于：所述可重构无人车具有两个以上无人车单元；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；
所述主动对接车向被动对接车接近过程中，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

-...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪俊，杨续，袁昊，吴家枫，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