一种园区无人清扫车编队清扫方法及清扫系统技术方案

本发明专利技术属于自动驾驶清扫车技术领域，具体的说是一种园区无人清扫车编队清扫方法及清扫系统。包括：一、初始化编队队形；二、进行编队，如果编队成功执行三，否则返回一；三、车队进入清扫状态，根据道路宽度实时控制调整队形，如果遇到障碍物执行四，否则继续进行清扫；四、遇到障碍物时，判断能否通过改变队形进行避障，如果能则认为是道路收窄的情况，返回三，否则执行五；五、生成避障轨迹进行避障，避障完成后回到三；六、无人清扫车编队完成单次的清扫任务，从终点返回起点。本发明专利技术能够根据当前道路情况，通过车辆之间的交互，自主选择编队队形进行清扫，避障，尽可能实现路面的全覆盖清扫，解决了单一无人清扫车存在清扫死角的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种园区无人清扫车编队清扫方法及清扫系统


[0001]本专利技术属于自动驾驶清扫车
，具体的说是一种园区无人清扫车编队清扫方法及清扫系统。

技术介绍

[0002]随着汽车电动化，智能化的快速发展，无人驾驶技术作为未来汽车的发展方向，一直以来受到社会各界的高度重视。我国城市普及率和基础设施建设的日益提高，人们对城市环境的需求也随之上升，清扫车在城市环卫中扮演着越来越重要的角色，将无人驾驶技术与环卫领域相结合开发的低速、小型无人清扫车不仅能将人们从机械、重复的劳动中解放出来，还能有效避免交通事故，天气环境，凌晨加班等问题带给环卫工人的伤害，具有商业和社会双重价值。然而单一的无人清扫车只能沿着较窄的宽度进行清扫，不能实现道路的全覆盖清扫，并且清扫过程存在死角。由于园区相对封闭，路况比较简单，无人清扫车通过编队清扫容易实现路面的全覆盖清扫，并且通过不同清扫车的相互配合解决清扫死角的问题。此外由于无人清扫车编队具有多套传感器能够感知的信息更加全面，感知障碍物和定位的能力更强。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种园区无人清扫车编队清扫方法及清扫系统，能够根据当前道路情况，通过车辆之间的交互，自主选择编队队形进行清扫，避障，尽可能实现路面的全覆盖清扫，解决了单一无人清扫车存在清扫死角的问题。
[0004]本专利技术技术方案结合附图说明如下：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种园区无人清扫车编队清扫方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、领航的无人清扫车根据地图和定位信息确定待清扫路面宽度，选择并计算初始化编队队形；
[0007]步骤二、跟随的无人清扫车根据领航的无人清扫车选择的队形进行编队，如果编队成功执行步骤三，否则返回步骤一；
[0008]步骤三、车队进入清扫状态，领航的无人清扫车根据道路宽度实时控制调整队形，如果遇到障碍物执行步骤四，否则继续进行清扫；
[0009]步骤四、遇到障碍物时，领航清扫车判断能否通过改变队形进行避障，如果能则认为是道路收窄的情况，返回步骤三，否则执行步骤五；
[0010]步骤五、领航的无人清扫车发送指令使三台无人清扫车在纵向排成一排，领航的无人清扫车进行运动规划，生成避障轨迹，跟随的无人清扫车跟随领航的无人清扫车规划的轨迹进行避障，避障完成后回到步骤三；
[0011]步骤六、无人清扫车编队完成单次的清扫任务，从终点返回起点。
[0012]进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
[0013]11)对园区环境数据进行采集，建立地图；
[0014]12)领航的无人清扫车根据步骤11)建立的地图和无人清扫车激光雷达感知的环境信息进行匹配并结合GPS信号进行定位，确定清扫车在地图中的位置；确定好位置后，根据地图采集的道路信息，确定待清扫道路的宽度L；
[0015]13)根据待清扫道路的宽度L选择编队队形。
[0016]进一步的，所述步骤13)的具体方法如下：
[0017]所述编队队形包括第一编队队形和第二编队队形；第一编队队形为领航的无人清扫车在前，两辆跟随的无人清扫车并排在同一水平线上行驶，三者成等腰三角形；第一种编队队形用于宽阔道路的覆盖清扫，能够覆盖的清扫宽度为L0+δ～3L0，其中，L0为单一无人清扫车的清扫宽度；δ为两辆跟随的无人清扫车并排行驶时车辆中心线的最小距离；
[0018]第二编队队形为领航的无人清扫车在前，两辆跟随的无人清扫车一前一后跟随在领航清扫车后，三者呈钝角三角形行驶；第二种编队队形用于狭窄道路的清扫，能够覆盖的清扫宽度为L0～L0+δ,其中，L0为单一无人清扫车的清扫宽度；δ为两辆跟随的无人清扫车并排行驶时车辆中心线的最小距离；
[0019]当L>3L0时，无人清扫车编队不能实现全覆盖清扫，向用户反馈当前道路不能实现全覆盖清扫，询问用户是否继续进行清扫，如果用户确认继续清扫则按照第一编队队形进行初始化编队；
[0020]当L0+δ≤L≤3L0时，按照第一编队队形进行初始化编队；
[0021]当L0≤L≤L0+δ时，按照第二编队队形进行初始化编队；
[0022]当L<L0时，向用户反馈当前道路无法进行清扫。
[0023]进一步地，所述步骤二的具体方法如下：
[0024]21)计算两辆跟随的无人清扫车期望的距离和角度和领航的无人清扫车自身的位置、姿态和速度，然后经上位机通过局域网传递给跟随的无人清扫车的协处理器；
[0025]22)跟随的无人清扫车根据自身的位置、姿态和速度以及领航的无人清扫车的位置、姿态、速度、期望的距离和角度，计算出当前自身的位置姿态和期望的位置姿态的误差，进而得出自身的运动控制信息并生成控制指令发送给运动控制模块；
[0026]23)运动控制模块对控制指令进行解析，生成PWM控制信号；控制电机转动，使无人清扫车到达期望的位置和姿态，进而完成无人清扫车编队初始化；无人清扫车到达期望的位置和姿态后向领航的无人清扫车发送自身位置和姿态，由领航的无人清扫车判断是否完成编队，如果没有完成，则重新执行步骤二。
[0027]进一步的，所述步骤22)的具体方法如下：
[0028]跟随的无人清扫车的运动学模型如下：
[0029][0030]式中，f为跟随的无人清扫车；v
f
为跟随的无人清扫车的速度；为跟随的无人清扫车在x方向上的速度，即v
f
在x方向上的投影；为跟随的无人清扫车在y方向上的速度，即v
f
在y方向上的投影；θ
f
为跟随的无人清扫车的航向角，即速度矢量v
f
与x轴正方向的夹
角；和ω
f
为跟随的无人清扫车的角速度；b为质心与车辆后轴的距离；
[0031]跟随的清扫车的期望位置为：
[0032][0033]式中，f为跟随的无人清扫车；l为领航的无人清扫车；为跟随的无人清扫车期望的x坐标；为跟随的无人清扫车期望的y坐标；为跟随的无人清扫车期望的航向角，认为领航的无人清扫车总是期望跟随者的航向角和自己相同，即总有x
l
为领航的无人清扫车的x坐标；y
l
为领航的无人清扫车的y坐标；θ
l
为领航的无人清扫车的航向角；为跟随的无人清扫车和领航的无人清扫车期望的距离；为跟随的无人清扫车和领航的无人清扫车期望的相对转角；
[0034]跟随的无人清扫车的期望的位置和航向角与实际的位置和航向角的误差为：
[0035][0036]式中，为跟随的无人清扫车x坐标的误差；为跟随的无人清扫车y坐标的误差；为跟随的无人清扫车θ坐标的误差；x
f
为跟随的无人清扫车的x坐标；y
f
为跟随的无人清扫车的y坐标；
[0037]对位置和航向角误差进行求导得：
[0038][0039]式中，ω
l
为领航的清扫车的角速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种园区无人清扫车编队清扫方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、领航的无人清扫车根据地图和定位信息确定待清扫路面宽度，选择并计算初始化编队队形；步骤二、跟随的无人清扫车根据领航的无人清扫车选择的队形进行编队，如果编队成功执行步骤三，否则返回步骤一；步骤三、车队进入清扫状态，领航的无人清扫车根据道路宽度实时控制调整队形，如果遇到障碍物执行步骤四，否则继续进行清扫；步骤四、遇到障碍物时，领航清扫车判断能否通过改变队形进行避障，如果能则认为是道路收窄的情况，返回步骤三，否则执行步骤五；步骤五、领航的无人清扫车发送指令使三台无人清扫车在纵向排成一排，领航的无人清扫车进行运动规划，生成避障轨迹，跟随的无人清扫车跟随领航的无人清扫车规划的轨迹进行避障，避障完成后回到步骤三；步骤六、无人清扫车编队完成单次的清扫任务，从终点返回起点。2.根据权利要求1所述的一种园区无人清扫车编队清扫方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：11)对园区环境数据进行采集，建立地图；12)领航的无人清扫车根据步骤11)建立的地图和无人清扫车激光雷达感知的环境信息进行匹配并结合GPS信号进行定位，确定清扫车在地图中的位置；确定好位置后，根据地图采集的道路信息，确定待清扫道路的宽度L；13)根据待清扫道路的宽度L选择编队队形。3.根据权利要求2所述的一种园区无人清扫车编队清扫方法，其特征在于，所述步骤13)的具体方法如下：所述编队队形包括第一编队队形和第二编队队形；第一编队队形为领航的无人清扫车在前，两辆跟随的无人清扫车并排在同一水平线上行驶，三者成等腰三角形；第一种编队队形用于宽阔道路的覆盖清扫，能够覆盖的清扫宽度为L0+δ～3L0，其中，L0为单一无人清扫车的清扫宽度；δ为两辆跟随的无人清扫车并排行驶时车辆中心线的最小距离；第二编队队形为领航的无人清扫车在前，两辆跟随的无人清扫车一前一后跟随在领航清扫车后，三者呈钝角三角形行驶；第二种编队队形用于狭窄道路的清扫，能够覆盖的清扫宽度为L0～L0+δ,其中，L0为单一无人清扫车的清扫宽度；δ为两辆跟随的无人清扫车并排行驶时车辆中心线的最小距离；当L>3L0时，无人清扫车编队不能实现全覆盖清扫，向用户反馈当前道路不能实现全覆盖清扫，询问用户是否继续进行清扫，如果用户确认继续清扫则按照第一编队队形进行初始化编队；当L0+δ≤L≤3L0时，按照第一编队队形进行初始化编队；当L0≤L≤L0+δ时，按照第二编队队形进行初始化编队；当L<L0时，向用户反馈当前道路无法进行清扫。4.根据权利要求1所述的一种园区无人清扫车编队清扫方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：21)计算两辆跟随的无人清扫车期望的距离和角度和领航的无人清扫车自身的位置、
姿态和速度，然后经上位机通过局域网传递给跟随的无人清扫车的协处理器；22)跟随的无人清扫车根据自身的位置、姿态和速度以及领航的无人清扫车的位置、姿态、速度、期望的距离和角度，计算出当前自身的位置姿态和期望的位置姿态的误差，进而得出自身的运动控制信息并生成控制指令发送给运动控制模块；23)运动控制模块对控制指令进行解析，生成PWM控制信号；控制电机转动，使无人清扫车到达期望的位置和姿态，进而完成无人清扫车编队初始化；无人清扫车到达期望的位置和姿态后向领航的无人清扫车发送自身位置和姿态，由领航的无人清扫车判断是否完成编队，如果没有完成，则重新执行步骤二。5.根据权利要求4所述的一种园区无人清扫车编队清扫方法，其特征在于，所述步骤22)的具体方法如下：跟随的无人清扫车的运动学模型如下：式中，f...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，陈佳祺，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：