一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法技术方案

本申请涉及一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法。方法包括：获取每个车辆与目标货物的位置关系、每个车辆与目标货物的作用力数据、目的地的空间位置信息、以及目标货物的期望运输轨迹；构建运输系统的外部约束信息和内部约束信息；根据运输系统的外部约束信息，生成目标货物的跟踪控制律表达式，并根据运输系统的内部约束信息，生成每个车辆的跟随控制律表达式；基于目标货物和每个车辆的控制律表达式，根据每个车辆与目标货物的作用力数据，建立每个车辆的实际控制律表达式；根据每个车辆的实际控制律表达式，确定并输出各所述车辆对应的控制指令。采用本方法能够提升目标货物的协同运输的效率。够提升目标货物的协同运输的效率。够提升目标货物的协同运输的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法


[0001]本申请涉及自动驾驶
，特别是涉及一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法。

技术介绍

[0002]多车协同运输是重型货物道路运输的一个发展方向。通过将多辆牵引车辆组合形成多车运输系统，共同运输重型货物，可以突破单车运力极限。目前多车协同道路运输已有少量实际应用，如利用两辆重型车辆前拉后推运输窄长的重型货物。但目前这类运输需要依赖多名驾驶员和操作员协同配合工作，而多车系统组成复杂，人工操作配合难度较大，易出现干涉现象导致车辆、货物损坏。
[0003]现有协同运输方式是通过。多辆具备自动驾驶能力的牵引车协同配合，统一控制对货物进行运输。由于现有协同运输方式集中于室内场景下的小型机器人协同，智能体动力学模型简单，而目标货物重载车辆的动力学模型和约束形式更为复杂，使得现有协同运输方式无法直接迁移到室外目标货物重载车辆运输的协同控制上，从而导致目标货物的协同运输的准确率较低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
[0005]第一方面，本申请提供了一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法。所述方法包括：
[0006]获取每个车辆与目标货物的位置关系、每个车辆与所述目标货物的作用力数据、目的地的空间位置信息、以及所述目标货物的期望运输轨迹；
[0007]基于所述期望运输轨迹，构建运输系统的外部约束信息，根据所述每个车辆与目标货物的位置关系，构建所述运输系统的内部约束信息；
[0008]根据所述运输系统的外部约束信息，通过所述目标货物的无约束三维模型，生成所述目标货物的跟踪控制律表达式，并根据所述运输系统的内部约束信息，通过每个车辆的无约束三维模型，生成每个车辆的跟随控制律表达式；
[0009]基于所述目标货物的跟踪控制律表达式、每个车辆的跟随控制律表达式，根据所述每个车辆与所述目标货物的作用力数据，建立每个车辆的实际控制律表达式；
[0010]根据每个车辆的当前空间位置信息、以及所述目标货物的当前空间位置信息和每个车辆的实际控制律表达式，确定并输出各所述车辆对应的控制指令。
[0011]可选的，所述基于所述期望运输轨迹，构建运输系统的外部约束信息，根据所述每个车辆与目标货物的位置关系，构建所述运输系统的内部约束信息，包括：
[0012]获取所述目标货物的质心的空间位置信息；
[0013]根据所述期望运输轨迹，提取出所述期望运输轨迹的空间位置的多维度变化的空
间位置区间，并基于各空间位置区间，将所述期望运输轨迹划分为多个子运输轨迹，根据各所述子运输轨迹，确定运输系统的外部约束信息；
[0014]针对每个车辆，根据所述车辆的空间位置信息、所述目标货物的空间位置信息，计算所述车辆与所述目标货物的连接点、与所述目标货物的质心的相对位置信息，并根据所述相对位置信息，确定所述车辆对应的运输系统的内部约束信息；所述相对位置信息包括相对距离信息以及相对角度信息。
[0015]可选的，所述根据所述运输系统的外部约束信息，通过所述目标货物的无约束三维模型，生成所述目标货物的跟踪控制律表达式，包括：
[0016]针对每个子运输轨迹，根据所述子运输轨迹所包含的各空间位置信息点，拟合所述子运输轨迹的轨迹变化表达式；
[0017]基于所述目标货物的无约束三维模型，调整每个子运输轨迹的轨迹变化表达式的参数信息，并根据每个子运输轨迹的起始位置的所述目标货物的空间位置信息、每个子运输轨迹的结束位置的所述目标货物的空间位置信息、以及已调整的每个子运输轨迹的轨迹变化表达式，确定所述目标货物的跟踪控制律表达式。
[0018]可选的，所述根据所述运输系统的内部约束信息，通过每个车辆的无约束三维模型，生成每个车辆的跟随控制律表达式，包括：
[0019]针对每个车辆，根据所述车辆与所述目标货物的连接点、与所述目标货物的质心的相对位置信息，建立所述目标货物的空间位置信息与所述车辆的空间位置信息的位置恒定表达式；
[0020]基于所述车辆的无约束三维模型，调整所述位置恒定表达式的参数信息，得到所述车辆的跟随控制律表达式。
[0021]可选的，所述基于所述目标货物的跟踪控制律表达式、每个车辆的跟随控制律表达式，根据所述每个车辆与所述目标货物的作用力数据，建立每个车辆的实际控制律表达式，包括：
[0022]获取各所述车辆与所述目标货物的作用力数据；
[0023]针对每个车辆，根据所述车辆的跟随控制律表达式、以及所述目标货物的跟踪控制律表达式，确定所述车辆的运行控制律表达式；
[0024]基于所述车辆与所述目标货物的作用力数据，调整所述车辆的运行控制律表达式的常数参数，并将已调整的所述车辆的运行控制率表达式，作为所述车辆的实际控制率表达式。
[0025]可选的，所述根据每个车辆的当前空间位置信息、以及所述目标货物的当前空间位置信息和每个车辆的实际控制律表达式，确定并输出各所述车辆对应的控制指令，包括：
[0026]根据每个车辆的当前空间位置信息、以及所述目标货物的当前空间位置信息，计算每个车辆与所述目标货物的相对位置信息；
[0027]针对每个车辆，根据所述目标货物的当前空间位置信息、以及所述车辆的当前空间位置信息、所述车辆的实际控制律表达式，计算所述车辆的新空间位置信息、以及所述车辆从所述车辆的当前空间位置信息到所述车辆的新空间位置信息的子控制指令，并根据所述车辆与所述目标货物的相对位置，确定所述车辆与所述目标货物连接点的空间位置信息；
[0028]根据每个车辆与所述目标货物连接点的空间位置信息，得到所述目标货物的新空间位置信息；
[0029]在所述目标货物的新空间位置信息与所述目的地的空间位置信息不重合的情况下，将每个车辆的当前空间位置信息，更新为每个车辆的新空间位置信息，并将所述目标货物的当前空间位置信息，更新为所述目标货物的新空间位置信息，返回执行针对每个车辆，根据所述目标货物的当前空间位置信息、以及所述车辆的当前空间位置信息、通过所述车辆的实际控制律表达式，计算所述车辆的新空间位置信息步骤，直到所述目标货物的新空间位置信息与所述目的地的空间位置信息重合，输出每个车辆从目标货物的当前空间位置信息到目的地的空间位置信息的控制指令。
[0030]第二方面，本申请还提供了一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制装置。
[0031]所述装置包括：
[0032]获取模块，用于获取每个车辆与目标货物的位置关系、每个车辆与所述目标货物的作用力数据、目的地的空间位置信息、以及所述目标货物的期望运输轨迹；
[0033]建模模块，用于基于所述期望运输轨迹，构建运输系统的外部约束信息，根据所述每个车辆与目标货物的位置关系，构建所述运输系统的内部约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多车协同运输系统的层级式建模与约束跟随控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取每个车辆与目标货物的位置关系、每个车辆与所述目标货物的作用力数据、目的地的空间位置信息、以及所述目标货物的期望运输轨迹；基于所述期望运输轨迹，构建运输系统的外部约束信息，根据所述每个车辆与目标货物的位置关系，构建所述运输系统的内部约束信息；根据所述运输系统的外部约束信息，通过所述目标货物的无约束三维模型，生成所述目标货物的跟踪控制律表达式，并根据所述运输系统的内部约束信息，通过每个车辆的无约束三维模型，生成每个车辆的跟随控制律表达式；基于所述目标货物的跟踪控制律表达式、每个车辆的跟随控制律表达式，根据所述每个车辆与所述目标货物的作用力数据，建立每个车辆的实际控制律表达式；根据每个车辆的当前空间位置信息、以及所述目标货物的当前空间位置信息和每个车辆的实际控制律表达式，确定并输出各所述车辆对应的控制指令。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述期望运输轨迹，构建运输系统的外部约束信息，根据所述每个车辆与目标货物的位置关系，构建所述运输系统的内部约束信息，包括：获取所述目标货物的质心的空间位置信息；根据所述期望运输轨迹，提取出所述期望运输轨迹的空间位置的多维度变化的空间位置区间，并基于各空间位置区间，将所述期望运输轨迹划分为多个子运输轨迹，根据各所述子运输轨迹，确定运输系统的外部约束信息；针对每个车辆，根据所述车辆的空间位置信息、所述目标货物的空间位置信息，计算所述车辆与所述目标货物的连接点、与所述目标货物的质心的相对位置信息，并根据所述相对位置信息，确定所述车辆对应的运输系统的内部约束信息；所述相对位置信息包括相对距离信息以及相对角度信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述运输系统的外部约束信息，通过所述目标货物的无约束三维模型，生成所述目标货物的跟踪控制律表达式，包括：针对每个子运输轨迹，根据所述子运输轨迹所包含的各空间位置信息点，拟合所述子运输轨迹的轨迹变化表达式；基于所述目标货物的无约束三维模型，调整每个子运输轨迹的轨迹变化表达式的参数信息，并根据每个子运输轨迹的起始位置的所述目标货物的空间位置信息、每个子运输轨迹的结束位置的所述目标货物的空间位置信息、以及已调整的每个子运输轨迹的轨迹变化表达式，确定所述目标货物的跟踪控制律表达式。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运输系统的内部约束信息，通过每个车辆的无约束三维模型，生成每个车辆的跟随控制律表达式，包括：针对每个车辆，根据所述车辆与所述目标货物的连接点、与所述目标货物的质心的相对位置信息，建立所述目标货物的空间位置信息与所述车辆的空间位置信息的位置恒定表达式；基于所述车辆的无约束三维模型，调整所述位置恒定表达式的参数信息，得到所述车辆的跟随控制律表达式。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标货物的跟踪控制律表达式、每个车辆的跟随控制律表达式，根据所述每个车辆与所述目标货物的作用力数据，建立每个车辆的实际控制律表达式，包括：获取各所述车辆与所述目标货物的作用力数据；针对每个车辆，根据所述车辆的跟随控制律表达式、以及所述目标货物...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晋，张博维，苏炎召，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：