无人车路径点遍历控制器、控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于自动控制技术，涉及一种无人车路径点遍历控制器、控制系统及方法，控制器设有：坐标映射模块，通过坐标系转换函数模型对无人车位姿差值进行坐标转换得到映射后无人车位姿差值；映射后无人车位姿差值包括映射后X轴方向位置差值、映射后Y轴方向位置差值和映射后航向角差值；线速度控制模块，根据映射后X方向位置差值通过线速度控制模型得到速度增益值；角速度控制模块，根据映射后Y轴方向位置差值、映射后航向角差值通过角速度控制模型得到航向角增益值；运动学模块，根据速度增益值和航向角增益通过运动学模型得到无人车的运动控制速度。本发明专利技术在完成遍历路径点时，实现无人车位置、姿态量并行控制，使运动轨迹平滑，控制精度高。控制精度高。控制精度高。

【技术实现步骤摘要】
无人车路径点遍历控制器、控制系统及方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，涉及无人车自动运动控制技术，具体地说，涉及一种无人车路径点遍历控制器、控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，轮式无人车在社会各个领域中发挥着重要作用。为实现轮式无人车的自动运动控制，需对轮式无人车自主运动的建图、定位、路径规划以及路径点遍历运动控制器进行相应设计，以实现轮式无人车的自主移动。其中，路径点遍历运动控制器是顶层路径规划算法与底层轮式无人车运动控制之间的桥梁，如何使轮式无人车按照上层规划出的运动路径进行运动，同时保持运动的连续性，是一款路径点遍历运动控制器的设计出发点。目前已有路径点遍历运动控制器的相关专利研究。
[0003]陈海波提出一种移动机器人的运动控制方法及装置（专利申请号：CN201910119532.X），公开了一种移动机器人的运动控制方法和装置，其中，移动机器人的运动控制方法，包括：获取所述移动机器人的运动路径；将所述运动路径拆分为多个运动点；计算所述运动路径在各个所述运动点处的曲率；根据所述移动机器人当前所处的运动点处的曲率控制所述移动机器人向下一个所述运动点移动，直至所述移动机器人到达所述运动路径的终点。该运动控制方法及装置通过曲率对机器人运动进行控制，但是在实际运动控制过程中，机器人的运动曲率很难通过装置直接进行测量，在控制过程中存在很大局限性，控制精度差。
[0004]邱斌斌等提出基于离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控制方法及系统（专利申请号：CN202210713454.8），提出一种基于离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控制方法及系统，所述方法包括构建移动机器人的位置层运动学方程、速度层运动学方程和物理极限约束，并将所述物理极限约束转换为速度层双端不等式约束；构建基于时变二次型优化问题的移动机器人的重复运动控制方案；构建连续时间零化神经动力学模型；根据五步显式线性多步法则与所述连续时间零化神经动力学模型，构建离散时间零化神经动力学模型，并计算移动机器人的控制变量，对移动机器人进行重复运动控制。该控制方法存在一定缺陷，一方面是对控制器的芯片性能有一定要求，另一方面降低了控制算法的实时性。
[0005]彭涛等提出一种基于距离权重的移动机器人全局路径平滑方法（专利申请号：CN202210548004.8）该方法首先构建栅格地图并设定移动机器人的安全距离，在地图上指定全局路径规划起点和终点，并根据设置的安全距离生成全局路径点；然后进行全局路径点密化处理，并设定平滑权重；最后从起点开始依次选择待平滑点，参考地图精度和安全距离，根据全局路径点的顺序分别向前和向后选取等量的路径点作为路径参考点，根据选取的路径参考点和设定的平滑权重调整待平滑点的位置，调整后的路径点位置即平滑路径的路径点位置。该方法只是对路径点进行连接及平滑处理，但实际机器人受制于物理尺寸，往往不能按照规划的平滑路径进行移动，会存在局部脱轨的现象，控制精度差。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的控制精度差等上述问题，提供一种无人车路径点遍历控制器、控制系统及方法，能够实现无人车对全局路径点的遍历控制完整性，同时保持无人车在路径点位置的航向角一致性，在完成遍历路径点时，实现对无人车位置、姿态量的并行控制，使运动轨迹平稳圆滑，控制精度高。
[0007]本专利技术第一方面，提供了一种无人车路径点遍历控制器，设有：坐标映射模块，通过坐标系转换函数模型对无人车位姿差值进行坐标转换得到映射后无人车位姿差值；所述映射后无人车位姿差值包括映射后X轴方向位置差值、映射后Y轴方向位置差值和映射后航向角差值；线速度控制模块，根据映射后X方向位置差值通过线速度控制模型得到速度增益值；角速度控制模块，根据映射后Y轴方向位置差值、映射后航向角差值通过角速度控制模型得到航向角增益值；运动学模块，根据速度增益值和航向角增益通过运动学模型得到无人车的运动控制速度，以根据该运动控制速度控制无人车前进和转向；所述运动学模型表示为：式中，为无人车的运动控制线速度，为无人车的运动控制线角速度，为无人车预设线速度，为无人车预设角速度，为速度增益值，为航向角增益值。
[0008]在一种可能实现的方式中，所述无人车位姿差值为无人车位姿与路径点位姿的差值，所述无人车位姿差值包括X轴方向位置差值、Y轴方向位置差值和航向角差值。
[0009]在一种可能实现的方式中，所述坐标系转换函数模型表示为：式中，为坐标系转换函数，为初始航向角，为最近目标点的目标航向角；通过坐标系转换函数坐标转换得到映射后无人车的位置差值为：式中，为映射后X轴方向位置差值，为映射后Y轴方向位置差值，为映射后航向角差值，为无人车初始位置X轴坐标，为最近目标点位置X轴坐标，为无人车初始位置Y轴坐标，为最近目标点位置Y轴坐标。
[0010]在一种可能实现的方式中，所述线速度控制模型的构建方法为：无人车当前位置姿态与目标位置姿态的误差只有X轴方向位置差值时，即无人车目标位置Y方向与无人车姿态无差值，无人车进行变速直线运动以使无人车运行至目标点，则以映射后X方向位置差值为输入，构建线速度控制模型，表示为：式中，表示线速度控制模型的增益系数，为常数。
[0011]在一种可能实现的方式中，所述角速度控制模型的构建方法为：无人车当前位置与目标位置X方向位置误差为0，存在Y方向位置差值和航向角差值，无人车以变角速度进行运动以使无人车的航向角收敛至目标值，同时运动过程中无人车X方向差值不会维持为0，则以映射后无人车Y方向差值和映射后航向角为输入，构建角速度控制模型，表示为：式中，、表示角速度控制模型的增益系数，为常数。
[0012]根据本专利技术第二方面，提供了一种无人车路径点遍历控制系统，包括：定位装置，用于获取无人车当前位置和目标路径点位置；计算模块，用于根据无人车当前位置和目标路径点位置计算无人车位姿差值；控制器，采用如第一方面中任意一项所述无人车路径点遍历控制器，控制器根据无人车位姿差值调节无人车当前位置运动控制速度，以该运动控制速度为当前控制值，传输至无人车的前进电机和转向电机，调整无人车的位姿，以遍历所有路径点。
[0013]根据本专利技术第三方面，一种无人车路径点遍历控制方法，中任意一项所述无人车路径点遍历控制器，其具体步骤为：S1、获取无人车当前位置和目标路径点位置；S2、根据无人车当前位置和目标路径点位置计算无人车位姿差值；S3、对无人车位姿差值进行坐标转换得到映射后无人车位姿差值；所述映射后无人车位姿差值包括映射后X轴方向位置差值、映射后Y轴方向位置差值和映射后航向角差值；S4、根据映射后X轴方向位置差值计算速度增益值；根据映射后Y轴方向位置差值、映射后航向角差值计算航向角增益值；S5、根据速度增益值和航向角增益计算无人车的运动控制速度；S6、将运动控制速度为当前控制值，传输至无人车的前进电机和转向电机，调整无人车的位姿，以遍历所有路径点。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术无人车路径点遍历控制器、控制系统及方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人车路径点遍历控制器，其特征在于，所述控制器设有：坐标映射模块，通过坐标系转换函数模型对无人车位姿差值进行坐标转换得到映射后无人车位姿差值；所述映射后无人车位姿差值包括映射后X轴方向位置差值、映射后Y轴方向位置差值和映射后航向角差值；线速度控制模块，根据映射后X方向位置差值通过线速度控制模型得到速度增益值；角速度控制模块，根据映射后Y轴方向位置差值、映射后航向角差值通过角速度控制模型得到航向角增益值；运动学模块，根据速度增益值和航向角增益通过运动学模型得到无人车的运动控制速度，以根据该运动控制速度控制无人车前进和转向；所述运动学模型表示为：式中，为无人车的运动控制线速度，为无人车的运动控制线角速度，为无人车预设线速度，为无人车预设角速度，为速度增益值，为航向角增益值。2.如权利要求1所述的无人车路径点遍历控制器，其特征在于，所述无人车位姿差值为无人车位姿与路径点位姿的差值，所述无人车位姿差值包括X轴方向位置差值、Y轴方向位置差值和航向角差值。3.如权利要求2所述的无人车路径点遍历控制器，其特征在于，所述坐标系转换函数模型表示为：式中，为坐标系转换函数，为初始航向角，为最近目标点的目标航向角；通过坐标系转换函数坐标转换得到映射后无人车的位置差值为：式中，为映射后X轴方向位置差值，为映射后Y轴方向位置差值，为映射后航向角差值，为无人车初始位置X轴坐标，为最近目标点位置X轴坐标，为无人车初始位置Y轴坐标，为最近目标点位置Y轴坐标。4.如权利要求3所述的无人车路径点遍历控制器，其特征在于，所述线速度控制模型的构建方法为：无人车当前位置姿态与目标位置姿态的误差只有X轴方向位置差值时，即无人车目标位置Y方向与无人车姿态无差值，无人车进行变速直线运动以使无人车运行至目标点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋明君，刘韶庆，李博睿，王文钦，
申请(专利权)人：国家高速列车青岛技术创新中心，
类型：发明
国别省市：