[发明专利]一种基于运动约束的人工势场轨迹规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于运动约束的人工势场轨迹规划方法及系统，包括以下步骤，搭建模块建立车辆运动模型；利用预设模块设定所述车辆运动模型的当前运动信息；设置引力场、斥力场尺度系数信息构建人工势场模块；根据所述人工势场模块获取当前势场下的引力、斥力和合力；轨迹生成模块根据车辆的所述当前运动信息，结合所述人工势场模块的势场力，预测出车辆下一时刻的运动信息并生成轨迹。本发明的有益效果：一是增加运动约束，车的行驶航向角波动范围，以解决车的轨迹不顺和轨迹跳变问题；二是设置最小引力场，以解决物体难以到达目标的问题；三是记录当前时刻的速度以及航向角，能够实时规划下一时刻轨迹，有益于底层实时控制。

技术领域

本发明涉及车辆轨迹规划的技术领域，尤其涉及一种基于运动约束的人工势场轨迹规划方法及基于运动约束的人工势场轨迹规划系统。

背景技术

人工势场法路径规划是由Khatib提出的一种虚拟力法。它的基本思想是将机器人在周围环境中的运动，设计成一种抽象的人造引力场中的运动，目标点对移动机器人产生“引力”，障碍物对移动机器人产生“斥力”，最后通过求合力来控制移动机器人的运动。应用势场法规划出来的路径一般是比较平滑并且安全，但是这种方法存在局部最优点问题。

现有的人工势场法路径规划中，当物体离目标点较远时，引力将变得特别大，相对较小的斥力在甚至可以忽略的情况下，物体路径上可能会碰到障碍物。同时当目标点附近有障碍物时，斥力将非常的大，引力相对较小，物体很难到达目标。并且在某个点，引力和斥力刚好大小相等，方向相反，则物体容易陷入局部最优解或者震荡。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的一个技术问题是：提供一种基于运动约束的人工势场轨迹规划方法，解决未考虑航向运动约束，轨迹点不够顺滑的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于运动约束的人工势场轨迹规划方法，包括以下步骤，搭建模块建立车辆运动模型；利用预设模块设定所述车辆运动模型的当前运动信息；设置引力场、斥力场尺度系数信息构建人工势场模块；根据所述人工势场模块获取当前势场下的引力、斥力和合力；轨迹生成模块根据车辆的所述当前运动信息，结合所述人工势场模块的势场力，预测出车辆下一时刻的运动信息并生成轨迹，所述轨迹生成模块包括输出车辆的航向、速度和位置来预测车辆下一时刻的轨迹，其中车辆下一时刻的航向定义为：

其中V表示当前车辆的速度、θ表示当前车辆的航向、F_合力表示当前车辆所受引力和斥力的合力；

所述轨迹生成模块输出的所述速度定义为：

其中V表示当前车辆的速度、Angle表示下一时刻车辆的航向、F_合力x和F_合力y分别表示当前车辆所受x轴和y轴方向的合力；

所述轨迹生成模块输出的所述位置定义为：

其中p₀x和p₀y表示车辆当前时刻的位置、p₁x和p₁y表示车辆下一时刻的位置、V表示当前车辆的速度；

所述轨迹生成模块包括以下轨迹生成步骤，

根据合力场、速度和车辆航向信息计算预测航向偏差；

计算下一时刻车辆的航向角；