[发明专利]一种基于改进动态窗口法的无人地面车辆路径规划方法

权利要求书

1.一种基于改进动态窗口法的无人地面车辆路径规划方法，包括下列步骤：

步骤S1：根据无人地面车辆所处的位置和环境构建一个栅格地图，并在其中设置全局路径的起点和终点；

步骤S2：根据已构建的栅格地图与全局路径的起点经纬度和终点经纬度，使用A-Star算法进行全局路径规划，获得一条全局路径以及该全局路径中的前后共n个转折点，n≥1；

步骤S3：依次将全局路径的起点、前后共n个转折点和全局路径的终点共n+2个位置中的每两个相邻位置作为一条局部路径的起点和终点，形成n+1条局部路径；

步骤S4：依次对所述n+1条局部路径重复地使用改进的动态窗口法进行局部路径规划，以完成无人地面车辆的路径规划。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中使用改进的动态窗口法进行局部路径规划，包括如下步骤S41至S43：

步骤S41：根据无人地面车辆的最大最小速度约束、动力学约束与安全约束得到无人地面车辆的速度空间，其中限定了无人地面车辆行驶的线速度和角速度的取值范围；

步骤S42：根据t时刻的经纬度和方位角使用无人地面车辆的平面运动学方程计算出t+1时刻的经纬度和方位角，所述无人地面车辆的速度空间中线速度和角速度的不同取值形成了多条不同的无人地面车辆的模拟行驶轨迹；

步骤S43：使用评价函数对每条无人地面车辆的模拟行驶轨迹进行评价计算，从中选出评价函数值最大的模拟行驶轨迹作为无人地面车辆的最优行驶轨迹。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S42中的平面运动学方程，进一步包括：

给定无人地面车辆行驶的线速度v和角速度ω，令x_t、y_t分别表示无人地面车辆在t时刻的经度与纬度，θ_t表示无人地面车辆在t时刻的方位角，x_t+1、y_t+1分别表示无人地面车辆在t+1时刻的经度与纬度，θ_t+1表示无人地面车辆在t+1时刻的方位角，Δt为t+1时刻与t时刻之间的时间间隔，所述平面运动学方程由下列公式定义：

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S43中的评价函数，进一步包括：

设v和ω分别为无人地面车辆行驶的线速度和角速度，所述评价函数用G(v，ω)表示，它的值等于下列五个部分的值的总和：方位角评价子函数head(v，ω)、障碍物距离评价子函数dist(v，ω)、速度评价子函数vel(v，ω)、变化角评价子函数change(v，ω)、目标距离评价子函数gdist(v，ω)分别经归一化处理后再各自乘以一个权重系数，更具体地讲，设n_head(v，ω)、n_dist(v，ω)、n_vel(v，ω)、n_change(v，ω)、n_gdist(v，ω)依次分别表示上述五个评价子函数的值经归一化处理后的值，超参数α、β、γ、η、μ依次分别为上述五个评价子函数的权重系数，则评价函数G(v，ω)的值由下列公式计算得到：

G(v，ω)＝α·n_head(v，ω)+β·n_dist(v，ω)+γ·n_vel(v，ω)+η·n_change(v，ω)+μ·n_gdist(v，ω)，式中，head(v，ω)用于度量无人地面车辆的模拟行驶轨迹末端的朝向与该末端到局部路径的终点的方向之间的角度偏差，按本技术领域中惯用方法计算；dist(v，ω)用于度量无人地面车辆的模拟行驶轨迹上的位置与障碍物之间的最近距离，按本技术领域中惯用方法计算；vel(v，ω)用于度量无人地面车辆的模拟行驶轨迹所对应的线速度，按本技术领域中惯用方法计算；change(v，ω)用于度量无人地面车辆的模拟行驶轨迹末端的朝向与该末端到局部路径的起点的方向之间的角度偏差，gdist(v，ω)用于度量无人地面车辆的模拟行驶轨迹末端与局部路径的终点之间的距离；

进一步地，设θ_t为无人地面车辆的模拟行驶轨迹末端的方位角，θ_o为局部路径的起点的方位角，则change(v，ω)＝180-|θ_t-θ_o|；

进一步地，设x_i、y_i分别为无人地面车辆的模拟行驶轨迹末端的经度与纬度，x_j、y_j分别为局部路径的终点的经度与纬度，L为局部路径的起点到局部路径的终点的距离，则gdist(v，ω)由下列公式定义：