一种基于UWB定位的多跟随车控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于UWB定位的多跟随车控制系统。本系统采用一种超宽带载波通信技术(UWB)，利用无线定位对多自动跟随车与跟随目标精准定位，采用无线收发器实现多跟随车与跟踪标签的位置信息交互。然后，跟随车获取其余车辆与跟踪目标之间的相对位置，规划出跟踪路径，通过控制算法使该跟随车汇入跟随队列。通过判断其余车辆与跟踪标签的动态信息，从而实现多车协同跟随的功能。基于UWB定位的多跟随车控制系统，应用范围广泛，拥有较高的场景适应性能，为跟随车领域提供了一种新的工作方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB定位的多跟随车控制系统


[0001]本说明书涉及UWB定位跟随车领域。特别是涉及一种多车协同的UWB定位跟随领域。

技术介绍

[0002]随着人工智能的飞速发展，人们对于生活水平质量逐步提升。在某些场所中，人工智能往往能比人类做的更好，他们是人们生活中必不可少的一部分，可以很大程度上解放了生产力。在我们生活中，由于物品的不兼容性，往往需要多个载物容器分别存放，单一的跟随车并不能满足我们的日常需求，比如化学工场、超市、工厂、饭店、医院等场所，由于物品间相互影响需要单独放置，需要多个载体。一些大型超市总会面临购物车不规范放置所造成的困扰，需要花费人力财力去解决购物车的规范问题。因此，如果能够将多辆载物小车实现智能化协同跟随，对于社会来说，将带来巨大的价值。
[0003]近些年来，无线定位技术飞速发展，例如WiFi，WiMax，Zigbee， UWB都迎来了飞速发展。UWB技术在办公室，家庭场所，工场领域得到了广泛的应用。UWB可以算做一种新的定位技术，2002年2月 14日，美国联邦通信委员会通过了将UWB技术应用于民用。超宽带 (UWB,Ultra Wide Band)技术是一种短距离的无线通信技术，它通过直接调制，使信号具有GHz量级的宽带。此技术有着抗干扰能力强,数据稳定等优点，成为未来无线定位技术中备受关注的焦点。UWB 测距精度误差仅为10cm左右，完全满足跟随车的需要。因此对于实现基于UWB技术的多跟随车协同跟随有着很大的现实意义。
[0004]目的
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于UWB定位技术的多跟随车协同跟随的方案，为跟随车领域提供了一种新的工作方式。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于多跟随车协同跟随，实现步骤如下：
[0007]S1：获取多跟随车与跟踪标签的位置信息；
[0008]S2：将跟踪标签的位置信息发送给多跟随车，将任意跟随车位置信息与车辆标识信息发送至其余所有跟随车；
[0009]S3：根据跟随车与跟踪标签，跟随车与其余跟随车的信息，，通过协同算法，规划出此跟随车跟随前方跟随车的期望跟踪路径；
[0010]S4：根据所述期望路径，使用控制单元，实现跟随车稳定跟随的控制功能；
[0011]S5：通过位置信息，计算出跟随车与跟踪标签，跟随车与前方跟随车的距离，判断此距离是否满足期望距离，从而控制跟随车的速度。
[0012]优先地，获取跟随车与跟踪标签的位置信息采用UWB技术，具体为：通过计算得出出标签到不同基站的距离，计算得出标签的位置信息。在此技术中所述跟随车考虑为平面地图，为了简化采集过程，将三个所述基站单元坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3)，通过
获取标签到三个基站的距离，本专利技术采用TDOA的定位方法的Fang氏算法获取标签的位置信息。控制单元将获取的坐标信息进行处理计算，便可作为跟随车与跟踪标签的跟随目标的位置信息，具体为：通过坐标距离算法获得等式，将其化简为线性方程。
[0013]优先地，获取到所述标签单元到基站A,B,C距离分别为d
i
(i＝ 1,2,3)。获取坐标距离计算等式：
[0014]d
i2
＝(d
i,1
+d1)2[0015]其中，x,y为所求标签单元坐标，d
i,1
为所述标签单元与所述基站 i和所述基站1距离差。
[0016]则两边同时平方化简得：
[0017]d
i2
＝x2+y2+x
i2
+y
i2
‑
2xx
i
‑
2yy
i
，
[0018]取K
i
＝x
i2
+y
i2
，可得K
i
+x2+y2‑
2xx
i
‑
2yy
i
＝d
i,12
+ 2d
i,1
d1+d
12
，
[0019]取i＝1得d
12
＝K1‑
2xx1‑
2yy1+x2+y2，
[0020]再次化简得：
[0021]K
i
‑
K1‑
2xx
i,1
‑
2yy
i,1
＝d
i,12
+2d
i,1
d1。
[0022]为了更好的计算所述基站坐标选定为A(0,0),B(0,y2),C(x3,y3)，此时化简为公式如下：
[0023][0024][0025]根据此公式可得出线性解y＝ax+b，其中根据此公式可得出线性解y＝ax+b，其中利用将一次方程与带入可得出关于的二元一次方程 qx2+px+c＝0，求解得公式：
[0026][0027]其中其中将x带入方程便可求解所述标签基于所述基站的坐标位置。
[0028]优先地，将跟踪标签的位置信息发送给跟随车，采用无线数传单元,具体为：通过嵌入式设备，将跟踪标签获取的位置信息进行处理打包，并精准的进行信息交互。从而跟随车获取跟踪标签，以及跟随随车获取其余跟随车的位置信息。
[0029]优先地，根据跟随车与跟踪标签，跟随车与前方跟随车与其余所有跟随车的位置信息，规划出期望路径，采用路径规划与协同算法进行路径规划，具体为：将应用场所道路与其余所有车辆位置信息存入控制单元。根据所处环境要求，选择合适的规划路径算法。
[0030]优先地，根据所述期望路径，使用控制单元，实现跟随车能够稳定的跟随期望路径的控制功能。采用嵌入式设备进行处理，具体为：将获取到的所有跟随车信息以及通过无线数传单元获取到的跟踪标签的信息进行控制处理，计算侧向偏差，计算偏差变化率，期望速度的偏差，计算控制率。
[0031]优先地，建立一在平面中由一组二位空间点的期望路径，此路径 L表示为L∈N
×
(x,y)。路径点与是路径中的第n与第n+1个期望路径点，他们连结成路径矢量表示路径指向的单位矢量；v
d
为路径的期望速度；为所述跟随车的当前位置。计算所述跟随车与所述跟随目标期望路径的侧向偏差。
[0032]优先地，获取取侧向偏差为计算如下：
[0033][0034]优先地，获取取侧向偏差变化率为计算所述跟随车当前位置与路径的侧向偏差率，计算如下：
[0035][0036]优先地，获取期望速度的偏差为计算所述跟随车当前速度与路径的期望速度的偏差，计算如下：
[0037][0038]优先地，获取控制率根据上述所述计算方法，建立路径跟踪控制器算法，通过PID控制算法计算控制率计算如下：
[0039][0040]其中其中
[0041]根据上述计算结果控制跟随车的驱动单元，对跟随车进行转向，加减速控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB定位的多跟随车控制系统，其特征在于，所述多跟随车及跟踪标签上均采用基于UWB技术的标签单元，所述标签单元通过基于UWB技术的基站单元，分别获取到不同基站的距离，采用定位算法，获取多辆跟随车及跟踪标签位置的状态信息，跟踪标签通过无线收发器通信将自身位置信息发送到多跟随车，根据所述多跟随车及跟踪标签相对位置状态信息以及趋势信息规划期望路径，并通过控制算法实现控制多跟随车协同跟踪所述跟踪标签的功能。此系统包括：跟随车部分，用于根据UWB定位技术获取到跟随车位置信息，并通过无线收发器通信接收跟踪标签所发来的跟踪目标位置信息，规划合适的跟踪路径并控制跟随车实现协同跟随功能；跟踪标签部分，用于获取跟踪目标的位置信息，跟踪目标持有跟踪标签，跟踪标签将跟踪目标的位置信息通过无线收发器通信发送到跟随车部分；2.根据权力要求1所述的基于UWB定位的多跟随车控制系统，其特征在于，所述跟随车部分与跟踪标签部分包括：无线数传单元，用于跟随车与跟踪目标，跟随车与跟随车的信息交流，获取相对位置；UWB定位单元，用于根据所述基于UWB技术的基站单元发送的超频信号采用UWB定位技术的方法获取跟随车与跟随目标相对于UWB基站的位置信息；跟随车控制单元，用于控制跟随车，速度控制，获取定位信息及与跟踪标签，其余跟随车的信息交互，信息处理，并控制自动跟随车实现控制功能；跟踪标签控制单元，用于获取所述跟踪目标的位置信息以及将所述跟踪目标的位置信息发送至所述跟随车。同时所述跟踪标签能够正常被跟踪目标持有。3.根据权力要求1所述的基于UWB定位的自动跟随车控制系统，其特征在于，跟随车部分，所述的多跟随车中任一的跟随车都拥有独特的唯一的车辆标识，用于无线通信的车辆区分。4.根据权力要求1所述的基于UWB定位的自动跟随车控制系统，其特征在于，基于UWB技术的基站单元包括；基站单元，放于室内或室外位置，作为所述基于UWB技术的标签单元的基站，所述的基站数量根据实际应用需求控制增减，根据基站位置为参照，获取多跟随车与跟踪标签的相对位置信息。时钟同步单元，用于根据所述用于将所有基站发出的UWB信息进行同步。所述基于UWB技术的基站单元采用同一参考时钟，使用时钟同步技术实现所述所有基于UWB技术的基站单元进行时间同步。5.根据权力要求2所述的基于UWB定位的自动跟随车控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云清，王艳波，初伟，李晓龙，佟心言，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：