一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，根据二自由度车辆动力模型、车辆质心误差、前扫刷中心误差建立沿边清扫的扫刷误差模型，根据模型以及作业速度制作离线线性二次型调节器控制表，计算反馈控制转向，并计算前馈控制转向，最终控制量为反馈控制转向与前馈控制转向之和，输出，结束控制周期。本发明专利技术提出的基于扫刷误差二自由度动力模型沿边清扫控制方案，适配沿边清扫需求将前扫刷中心作为控制点建立误差模型，使用离线线性二次调节器控制表，减少算力，同时需要调节的参数简单直观，有利于复杂作业环境的调参适配，贴边清扫更加顺畅，更好地完成无人清扫车的沿边作业。清扫车的沿边作业。清扫车的沿边作业。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法


[0001]本专利技术涉及智能辅助驾驶
，尤其涉及一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法。

技术介绍

[0002]2022年，我国首次出现人口负增长，目前环卫领域中老龄化明显，环卫人员短缺问题已经越发突出。低速无人环卫车的出现不仅迎合了需求，在高温，严寒的恶劣天气下作业，也提高了环卫作业的安全。
[0003]相关技术中，无人驾驶清扫车技术的发展越来越受到各方的重视，无人驾驶清扫车作业中最常见也是最核心的一个场景就是贴边清扫，近年来随着无人驾驶技术的不断发展与普及，应用于特定环境内的小型低速无人清扫车成为无人驾驶最先落地的商业化产品，对于公园、校园、大型商场、工业园区、公共马路等场景的卫生清扫作业，由智能化无人清扫车替代人工清扫成为趋势，而“贴边”清扫是无人清扫车特定环境下完成高效率清扫目标的重要技术手段之一，如何保证清扫车可以精确的“贴边”清扫作业是无人驾驶清扫车落地运营的关键因素之一。
[0004]现有技术中，常见的无人环卫车控制方案，低算力有纯跟踪方案，PID控制方案，但它们对于车辆控制多输入多输出的系统存在参数整定困难，PID控制不能很好处理多变量问题，而模型预测控制方案算力高，参数个数多，调参困难。
[0005]因此，现有技术还有待提高。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，旨在将减少算力，同时需要调节的参数简单直观，有利于复杂作业环境的调参适配，更好地完成无人清扫车的沿边作业。
[0007]本专利技术的技术方案如下：一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，所述方法包括：获取车辆作业速度范围并建立扫刷误差模型；根据所述车辆作业速度范围以及所述扫刷误差模型制作离线的线性二次调节器控制表；获取清扫车的状态信息以及贴边清扫的运动轨迹；根据所述清扫车的状态信息以及贴边清扫的运动轨迹计算匹配点以及投影点；根据所述投影点以及当前车身位姿计算误差变化量；根据车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量。
[0008]在一个实施例中，所述误差变化量为根据所述投影点以及当前车身位姿计算出的车辆前轮扫刷中心到所述投影点的横向误差的误差变化量和根据所述投影点以及当前车身位姿计算出的车辆质心到所述投影点的航向误差的误差变化量。
[0009]在一个实施例中，所述建立扫刷误差模型具体包括：获取车辆质心到所述投影点的横向误差以及所述车辆质心到所述投影点的航向误差；建立以车辆质心为控制点的二自由度模型；根据前扫刷误差公式获取车辆的前轮扫刷中心到所述投影点的横向误差；联立所述二自由度模型，推导得所述扫刷误差模型。
[0010]在一个实施例中，根据所述投影点以及当前车身位姿计算误差变化量之后，所述方法还包括：判断所述横向误差的误差变化量是否异常，并判断所述航向误差的误差变化量是否异常。
[0011]在一个实施例中，所述判断所述横向误差的误差变化量是否异常具体包括：设定一第一阈值，如若所述横向误差的误差变化量小于所设定的第一阈值，则认为定位程序正常，误差异常计数器置零，并根据当前车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量；如若所述横向误差的误差变化量大于所设定的第一阈值，则认为定位程序异常，误差异常计数器加一，并根据车辆运动学模型以及上一帧车辆位姿计算当前车辆位姿。
[0012]在一个实施例中，所述判断所述航向误差的误差变化量是否异常具体包括：设定一第二阈值，如若所述航向误差的误差变化量小于所设定的第二阈值，则认为定位程序正常，误差异常计数器置零，并根据当前车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量；如若所述航向误差的误差变化量大于所设定的第二阈值，则认为定位程序异常，误差异常计数器加一，并根据车辆运动学模型以及上一帧车辆位姿计算当前车辆位姿。
[0013]在一个实施例中，所述的认为定位程序异常，误差异常计数器加一方法之后，所述方法还包括：判断所述误差异常计数器的数值是否异常，同时设定一第三阈值，如若所述误差异常计数器的数值超过所设定的第三阈值，则控制车辆退出清扫作业模式，停车进入保护模式；如若所述误差异常计数器的数值不超过所设定的第三阈值，则根据计算出的当前车辆位姿计算当前帧的横向误差及其导数和航向误差及其导数，并根据当前车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量。
[0014]在一个实施例中，所述根据所述车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量的方法之后，所述方法还包括：计算前馈控制量，并获得当前前轮最优控制量，并将所述当前前轮最优控制量作为控制模块输出给底盘执行，所述当前前轮最优控制量为所述反馈控制量与所述前馈控制量之和。
[0015]在一个实施例中，所述获取清扫车的状态信息以及贴边清扫的运动轨迹，具体包括：通过定位模块、底盘模块获取清扫车状态信息；通过感知模块、规划模块获取贴边清扫的运动轨迹。
[0016]在一个实施例中，所述将所述当前前轮最优控制量作为控制模块输出给底盘执行的方法之后，所述方法还包括：判断车辆是否结束作业；若判定车辆结束作业，则停车进入保护模式；若判定车辆不结束作业，则继续获取清扫车的状态信息以及贴边清扫的运动轨迹。
[0017]综上所述：本文提出的一种针对于清扫车清扫场景的控制方案，基于扫刷误差二自由度动力模型沿边清扫控制，适配清扫车的沿边清扫需求，将前扫刷中心作为控制点，建立误差模型，使用离线线性二次调节器控制表（LQR）控制计算，能够有效的减少算力，同时需要调节的参数简单直观，有利于复杂作业环境的调参适配，更好地完成无人清扫车的沿边作业。
附图说明
[0018]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例提供的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法的车辆运动学模型示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法的匹配点和投影点的示意图；图4为本专利技术实施例提供的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法的车辆贴边示意图。
实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合附图对本专利技术实施例进行介绍。
[0020]本实施例提供的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，用于可移动的载体上，特别是无人驾驶清扫车的清扫场景中，为实现自动化程度更高，算力更少的沿边清扫控制效果，本专利技术基于扫刷误差二自由度动力模型的沿边清扫控制方案，适配沿边清扫需求，将前扫刷中心作为控制点建立误差模型，使用离线线性二次调节器控制表（LQR），减少算力，同时需要调节的参数简单直观，有利于复杂作业环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取车辆作业速度范围并建立扫刷误差模型；根据所述车辆作业速度范围以及所述扫刷误差模型制作离线的线性二次调节器控制表；获取清扫车的状态信息以及贴边清扫的运动轨迹；根据所述清扫车的状态信息以及贴边清扫的运动轨迹计算匹配点以及投影点；根据所述投影点以及当前车身位姿计算误差变化量；根据车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量。2.根据权利要求1所述的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，其特征在于，所述误差变化量为根据所述投影点以及当前车身位姿计算出的车辆前轮扫刷中心到所述投影点的横向误差的误差变化量和根据所述投影点以及当前车身位姿计算出的车辆质心到所述投影点的航向误差的误差变化量。3.根据权利要求1所述的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，其特征在于，所述建立扫刷误差模型具体包括：获取车辆质心到所述投影点的横向误差以及车辆质心到所述投影点的航向误差；建立以车辆质心为控制点的二自由度模型；根据前扫刷误差公式获取车辆的前轮扫刷中心到所述投影点的横向误差；联立所述二自由度模型，推导得所述扫刷误差模型。4.根据权利要求2所述的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，其特征在于，根据所述投影点以及当前车身位姿计算误差变化量之后，所述方法还包括：判断所述横向误差的误差变化量是否异常，并判断所述航向误差的误差变化量是否异常。5.根据权利要求4所述的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，其特征在于，所述判断所述横向误差的误差变化量是否异常具体包括：设定一第一阈值，如若所述横向误差的误差变化量小于所设定的第一阈值，则认为定位程序正常，误差异常计数器置零，并根据当前车辆作业速度和所述离线的线性二次调节器控制表计算反馈控制量；如若所述横向误差的误差变化量大于所设定的第一阈值，则认为定位程序异常，误差异常计数器加一，并根据车辆运动学模型以及上一帧车辆位姿计算当前车辆位姿。6.根据权利要求4所述的基于扫刷误差的二自由度动力模型沿边清扫控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锴煌，李大川，张元方，王金龙，
申请(专利权)人：城市之光深圳无人驾驶有限公司，
类型：发明
国别省市：