[发明专利]一种基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制方法与装置

说明书

一种基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制方法与装置，在控制计算机中编制控制软件调用电子地图，设定起点与终点位置，通过距离最优方法计算规划路径。控制计算机通过串口发送方位角和速度控制指令，控制舵机x和y带动摇杆滑块机构分别控制转向‑速度操纵杆前后左右移动，控制电动轮椅按期望方位角和速度行进。电动轮椅的实际方位角和速度由IMU‑GPS组合测量装置获得并形成闭环反馈控制，提高对方位角和速度的控制精度。电动轮椅沿最优轨迹行进过程中，采用激光雷达对周围环境进行实时扫描，获得激光点云，构建周围环境的三维地形图，提取出前方障碍物的位置、速度和方位信息，进而通过控制电动轮椅的方位角和速度，实现实时避障控制。

技术领域

本申请涉及采用电子地图与三维激光扫描技术对无人驾驶电动轮椅进行路径规划、跟踪与避障控制，以及对周围环境和地形进行实时三维重建。

背景技术

无人驾驶作为人工智能的重要应用，正受到越来越多关注。路径跟踪是智能车辆自动驾驶技术中的一个重要组成部分，是在已知车辆自身状态和规划路径基础上，通过对智能车辆的方位角与速度控制，使车辆沿规划路径行驶。在行驶过程中，考虑到行驶速度、路况、周围环境等因素影响，实际行驶路径与规划路径会产生一定偏差，如何在偏差允许范围内使速度加快及如何设计控制策略使偏差变小是路径跟踪的重点。随着中国积极推进新旧动能转化工程，实现基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制系统，对于无人驾驶技术实现有重要意义。

发明内容

本申请提出的一种基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制方法与装置，其特征在于，基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制装置包括以下组成部件：控制计算机（1），电动轮椅（2），IMU-GPS组合测量装置（3），伺服驱动器（4），舵机x（5），舵机y（6），摇杆滑块机构（7），激光雷达（8）。电动轮椅（2）包括转向-速度操纵杆（21）、电动轮驱动器（22）、左电动轮（23）和右电动轮（24）。控制计算机（1）、IMU-GPS组合测量装置（3）和激光雷达（8）均安装在电动轮椅（2）上。伺服驱动器（4），舵机x（5），舵机y（6），摇杆滑块机构（7）安装在转向-速度操纵杆（21）上，构成十字形平面运动机构。其中，在控制计算机（1）中编制控制软件调用离线电子地图，或通过网口打开在线电子地图软件，建立本地计算机与电子地图之间的接口连接，在电子地图中设定好起点与终点位置，通过距离最优计算方法，获得规划路径，并提取出规划路径的位置信息，即规划路径上每个点的经纬度值。根据电动轮椅（2）的当前位置与规划路径的位置，计算出电动轮椅（2）沿规划路径行进的最优轨迹，并获得电动轮椅（2）可实现沿最优轨迹行进的控制方位角和速度值；控制计算机（1）通过串口2发送控制方位角和速度控制指令，提供给伺服驱动器（4），控制舵机x（5）和舵机y（6）带动摇杆滑块机构（7）控制转向-速度操纵杆（21）的位置变化，转向-速度操纵杆（21）是一个万向摇杆，其前后位置变化控制电动轮椅（2）的速度，左右位置变化控制电动轮椅（2）的方位角转向，进而通过电动轮驱动器（22）差动控制左电动轮（23）和右电动轮（24）的转动速度，从而控制电动轮椅（2）按照期望的控制方位角和速度行进。电动轮椅（2）的实际控制方位角、位置和速度信息由IMU-GPS组合测量装置（3）获得并通过串口1提供给控制计算机（1）形成闭环反馈控制，提高对控制方位角和速度的控制精度。另外，电动轮椅（2）沿最优轨迹实际行进过程中，可能会遇到人、车等各种障碍物，需要进行实时避障控制，这时采用激光雷达（8）对电动轮椅（2）的周围环境进行实时扫描，获得激光点云，通过串口3传输给控制计算机（1），通过对相邻激光扫描帧点云的配准和坐标转换，可构建周围环境的三维地形图，获得道路周围环境信息，并提取出前方障碍物的位置速度和方位信息，进而通过控制电动轮椅（2）的控制方位角和速度，实现实时避障控制。