[发明专利]一种基于弧线路径生成的自主车辆避障方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制的技术领域，特别涉及一种基于弧线路径生成的自主车辆避障方法。

背景技术

四轮车辆的避障规划问题是自主导航车辆安全驾驶的关键，标准BUG及其衍生算法是实现机器人在未知环境中避开障碍到达指定目的地的基于传感器的著名导航算法，总体来说它们结合了全局规划与局部规划特点，其路径规划是在直接应用传感器信息基础上引入了一些全局信息，实现比较简单，算法本身保证收敛。它要求机器人具有360°探测范围，默认机器人为一点，自动具有绕行障碍物能力，显然这种宏观指导意义上的算法很难直接实际应用，因此出现多种改进算法。针对部分不具备360°探测范围的机器人，研究人员也提出基于BUG的改良算法。刘祥等提出在BUG算法基础上利用45°探测器，采用两种搜索模式的避障路径规划算法；郝宗波等利用180°探测器法，综合考虑了传感器的数据误差和机器人形体尺寸，规划时只考虑当前状态下所必需的传感数据，不必计算障碍物边线的解析式。赵祚喜提出一种适用于非360°探测机器人的改进BUG算法，以纯直线行走方式与纯转动方式相结合实现正对目标点直线前进模式及遇到障碍物时绕行障碍物边缘行走模式。

而四轮车辆，由于车体固有尺寸、传感器安装位置、障碍物形状和传感器成本等影响，测量范围并不能完全覆盖车体四周，很难得到360°全方位障碍物检测信息，一般只能得到前方180°范围的环境信息。BUG类算法没有考虑车辆的最小转弯半径和其它动力学特性，四轮车辆一般是满足阿克曼转弯特性的前轮转向车辆，具有最小转弯半径。四轮车辆体积庞大难以也忽略其物理尺寸。因此现有的BUG算法不适用于四轮车辆，不能满足非360°探测范围的四轮车辆的避障导航要求。所以研究此类车辆在未知环境下定目标点导航的控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能有效、可靠实现180°探测范围的四轮自主车辆在未知环境下定目标点避障导航的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种基于弧线路径生成的自主车辆避障方法，包括下述步骤：

S1、通过定位系统得到任意时刻车辆的位置；

S2、根据车辆上探测传感器的测量信息，设立虚拟触角，判断探测范围内特定区域内有无障碍物，如有障碍物，测量车辆与障碍物之间的距离；

S3、根据障碍物分布情况，车辆选择“趋向目标前进”或“绕障碍物行走”，实现未知环境下定目标点无碰撞导航；

S4、在“绕障碍物行走”下加入转弯路线选择机制，生成多条弧线候选路线，在候选路线的各位置上根据车体的位姿模拟出车体及虚拟触角所在的区域，并根据障碍物信息确定最优避障行驶路线。

优选的，步骤S2中，在探测传感器探测范围内设计了两个虚拟触角，分别是位于车辆正前方中间的两个矩形虚拟触角Drecb（L×Wb）和Drecs（L×Ws），L代表虚拟触角长度，Wb代表较大的虚拟触角的宽度，Ws代表较小的虚拟触角的宽度，其中Wb>Ws；车身所在区域用矩形DR（Lr×Wr）表示，Lr代表车身长度，Wr代表车身宽度，探测传感器安装在车辆行驶方向的正前方获得较大有效视野。

优选的，所述的虚拟触角是车辆导航行走决策的依据：Drecs用于感知车辆在当前位姿下直线前进的通行性，区域内存在障碍物表明车辆直线前进将会与障碍物发生正面碰撞，理论上Ws=Wr，但由于路面颠簸和传感器误差的原因造成车辆瞬时航向与理论航向不一致，可能使车辆在障碍物旁通过时碰撞到障碍物，因此设计上使Ws略大于Wr；Drecb用于感知障碍物判断障碍物边缘绕行过程中避开转弯的结束时机，Drecb和Drecs配合，用于障碍物边缘绕行过程中避开转向的实现，L根据车辆最小转弯半径设计，保证车辆能在前方无法通行情况下安全掉头。

优选的，步骤3中，具体为：

S31、通过定位系统得到获得车辆的出发点、目标点的位置以及初始化航向角；

S32、车辆在出发点开始进入“趋向目标前进”模式，直到Drecs触角探测到障碍物或者到达目标点结束直线前进；