[发明专利]一种基于改进TEB方法的露天矿无人矿卡动态路径规划方法

说明书

本发明提出了一种露天矿无人矿卡动态路径规划方法，解决当前无人矿卡动态路径规划问题，同时重点解决无人矿卡在露天矿场景下的动态路径规划中卡车运行安全问题。建立以满足运载时间最短为目标、以避开障碍物、朝局部目标前行、非完整性约束、运载时的速度、加速度、急动度及在重载下坡和空载上坡情况下的牵引力为约束的露天矿无人矿卡动态路径规划问题模型，用权重求和模型表示该优化问题，并使用分类权重法对权重求和模型的目标函数权重进行设定，再使用g2o通用图形优化方法，对露天矿无人矿卡动态路径规划问题进行解算，求出局部最优轨迹。

技术领域

本发明属于矿业系统工程、矿山优化及智能驾驶技术领域，特别涉及一种基于改进TEB(时间弹性带,Timed-Elastic-Band)方法的露天矿无人矿卡动态路径规划方法。

背景技术

随着5G通信技术的发展，无人驾驶领域发展迅速，无人车路径规划是无人驾驶的研究的关键，而目前大多数无人驾驶的路径规划研究基本集中在高速公路等城市道路下，少有针对复杂场景下的无人驾驶路径规划的方法研究。在露天矿山场景中，因为工作条件恶劣、安全事故频发，无人矿卡的落地运行是未来露天矿运载的主要趋势，而想要实现无人矿卡的实际落地，无人矿卡除了具有全局静态路径规划能力，还必须具备局部动态路径规划能力。因为全局路径规划下无人矿卡不能应对动态环境的变化，如对动态障碍物的避障行为，这为无人矿卡行驶的安全造成了威胁。目前还没有针对露天矿场景为无人矿卡设计的局部路径规划方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，解决无人矿卡在露天矿场景下的动态路径规划中矿卡运行安全问题，满足当前露天矿对无人矿卡的动态路径规划实际需求，本发明的目的在于提供一种基于改进TEB方法的露天矿无人矿卡动态路径规划方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于改进TEB方法的露天矿无人矿卡动态路径规划方法，包括：

步骤1，建立以满足运载时间最短为目标，以运载时的速度、加速度、急动度、避开障碍物、朝局部目标前行、非完整性约束及在重载和空载情况下上坡和下坡的牵引力为约束的露天矿无人矿卡动态路径规划问题模型；

步骤2，将该模型用权重求和模型表示，并使用分类权重法对权重求和模型的目标函数权重进行设定；

步骤3，使用g2o通用图形优化方法，对露天矿无人矿卡动态路径规划问题进行解算，求出局部最优轨迹。

与现有技术相比，本发明在现有TEB方法进行动态路径规划的基础上进一步考虑了矿卡在重载下坡和空载上坡情况下牵引力的约束，增加了牵引力的约束，为无人矿卡在相应的场景中规定安全范围内的行驶速度，防止无人矿卡上坡和下坡时溜车的情况出现，保障矿卡在坡道上的行驶安全。除此之外增加了急动度约束，将急动度限定在一个较小的范围内，从而提高矿卡运输的平顺性。以上述目标和约束条件构建动态路径规划的优化模型，使用权重求和模型表示模型，并使用分类权重法在保证矿卡安全行驶的前提下，按照其重要程度对每项目标函数的权重进行分类，最后采用g2o方法对动态路径规划模型求解。相较于原始TEB方法和其他局部路径规划方法求解动态路径规划问题更符合露天矿运输实际道路情况。本发明对无人矿卡在矿区内各个场景下安全行驶具有着重要的意义。

附图说明

图1是本发明中采用改进TEB方法进行动态路径规划的流程图。

图2是运动体在世界坐标系下的轨迹序列。

图3是无人矿卡在上坡和下坡时的受力分析图。

图4是根据问题模型所构建的超图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明为基于改进TEB方法的露天矿无人矿卡动态路径规划方法，该方法进行动态路径规划流程图如图1所示。其中包含有以下步骤：