[发明专利]一种面向ROS的无人车倒退方法

说明书

本发明提供了一种面向ROS的无人车倒退机制，主要针对ROS导航包不支持无人车倒退行驶至后方目标点的问题。本发明在ROS导航包的局部规划器中，对目标点进行了基于起点位置和偏航角的坐标转换；之后，根据转换后的目标点坐标、无人车起点与目标点的距离、偏航角差值绝对值、起点与目标点连线的斜率，实现了倒退机制的触发判断；最后，通过设置倒退标志位和倒退行驶速度，实现了基于ROS的倒退行为轨迹规划。该机制使得目标点符合参数阈值设定条件时，避免了无人车行驶到后方目标点所执行的大幅度转向行为，优化了到达目标点的距离和时间成本，同时解决了狭窄道路中基于原有ROS导航包进行路径规划时无人车不能到达其后方目标点的问题。

技术领域

本发明属于路径规划领域，具体涉及一种面向ROS(Robot Operating System，机器人操作系统)的无人车倒退方法。

背景技术

ROS是一个适用于机器人的开源操作系统。它提供了操作系统应有的服务，包括硬件抽象，底层设备控制，常用函数的实现，进程间消息传递，以及包管理；它也提供用于获取、编译、编写和跨计算机运行代码所需的工具和库函数。ROS的主要目标是为机器人研究和开发提供代码复用的支持。从软件构架的角度说，ROS是一个强大而灵活的机器人编程框架，它采用了一种基于消息传递通信的分布式多进程框架。ROS很早就被机器人行业使用，很多知名的机器人开源库，比如基于quaternion的坐标转换、3D点云处理驱动、定位算法SLAM等都是开源贡献者基于ROS开发的。因为ROS本身是基于消息机制的，开发者可以根据功能把软件拆分成为各个模块，每个模块只是负责读取和分发消息，模块间通过消息关联。目前，已有大量第三方企业和科研机构投入到ROS的开发，越来越多的机器人以ROS作为开发平台。

ROS可以分成两层，低层是操作系统层，高层则是实现不同功能的各种软件包。其中，导航功能包集包含move_base、costmap_2d、global_planner、base_local_planner等多个功能包，可实现机器人的路径规划，最终输出线速度与角速度给机器人底层驱动器。无人车属于机器人范畴，在无人驾驶场景中，ROS提供了这样一个管理机制，使得系统中的每个软硬件模块都能有效地进行互动。原生的ROS提供了许多必要的功能，但是这些功能并不能满足无人驾驶的所有需求。

当给定一个目标点给导航包中的move_base节点，会基于costmap_2d生成的代价地图，利用全局规划器global_planner，生成到目标点的一系列路径点。每一个路径点包含其在世界坐标系中的位置和朝向信息。但在导航包提供的全局路线规划实现机制中，当给定机器人后方的一个目标点，其采取了先向后调转朝向行驶到目标点所在位置的方法。到达所在位置后，再调整机器人朝向，达到目标点朝向设定。此种机制设计存在以下问题：

第一，当目标点在无人车后方区域且与当前车所在位置距离较近、目标点设定的朝向与当前车的朝向角度差较小时，如采用ROS当前的路径规划方法，则车需要先旋转一次后朝目标点方向行驶，到目标点后再旋转一次，增加了行驶总时间和能源消耗，此时就对无人车的倒退机制提出了需求。

第二，当无人车按指定路线向前行驶，但前方出现障碍物，且该障碍物或因故障、或因前方堵车、或故意停驻将道路封堵以致无人车无法通行，而该道路交通情况或道路宽度又不允许无人车掉转车头脱困，则此时需要无人车的倒退机制。

发明内容

针对无人车在进行路线规划时对应的目标点位置和角度约束信息，以及已有的ROS导航包中并没有倒退行为的触发与实现相关内容，本发明提出了一种面向ROS的无人车倒退机制。其特征在于根据当前无人车起点和目标点的位置和朝向，根据目标点相对于起点的位置，起点和目标点的距离，以及朝向角偏差，设计无人车的倒退机制，并基于ROS导航包集中的move_base节点和局部规划器base_local_planner，灵活设置4个阈值变量，最终实现了倒退机制的触发和无人车倒退行驶，具体包括下列步骤：