[发明专利]一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法

权利要求书

1.一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法，其特征在于：包括：

步骤(1)、在阿克曼底盘上安装若干超声波传感器，并构建超声波传感器的测量模型；

步骤(2)、根据阿克曼底盘的运动学模型对阿克曼底盘的转向滞后进行建模得到阿克曼底盘的运动预测模型；

步骤(3)、超声波传感器实时获取测距数据，并根据步骤(1)得到当前时刻超声波传感器测量得到障碍物的点集坐标，并变换至里程计坐标系下；

步骤(4)、根据初始位置阿克曼底盘位姿及里程计计算得到当前时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿，并根据步骤(2)计算得到下一时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿；

步骤(5)、结合步骤(3)和步骤(4)判断下一时刻阿克曼底盘是否与障碍物发生碰撞；若发生碰撞，则控制阿克曼底盘停止；若未发生碰撞，则转至步骤(6)；

步骤(6)、重复步骤(3)～(5)，直至达到预测时间阈值。

2.根据权利要求1所述的阿克曼底盘避障控制方法，其特征在于：所述步骤(1)构建的超声波传感器的测量模型如下：

L_i表示的是第i个超声波传感器的测量结果的点集，i∈{1,2,...,n}，n表示超声波传感器的数量；假设第i个超声波传感器测距的返回值为d_i，则L_i在其对应超声波传感器坐标系下的坐标集合计算方式如下：

其中，sonar(i)表示第i个超声波传感器的坐标系，是以超声波传感器所在位置作为原点建立的坐标系；(x,y)分别表示L_i中某点在其对应超声波传感器坐标系下的坐标，θ_i表示第i个超声波传感器的视场角，表示第i个超声波传感器的最大测量距离范围。

3.根据权利要求1所述的阿克曼底盘避障控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声波传感器的数量N＝覆盖范围/FOV，其中，FOV表示超声波传感器探测到的范围。

4.根据权利要求3所述的阿克曼底盘避障控制方法，其特征在于：所述覆盖范围定为360°，所述超声波传感器探测距离为在阿克曼底盘周向上距离阿克曼底盘边缘位置2～3米。

5.根据权利要求1所述的阿克曼底盘避障控制方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：

采用一阶系统表示转向系统的转向控制滞后结果；

其中，T_steer表示转向系统的一阶近似系统时间常数，通过实验记录不同的输入输出数据测量，再通过最小二乘法获得；δ表示转向轮接收到的转向角度信号，δ_actual表示通过传感器测量获得的当前转向角度；

假设当前控制器接收到的遥控前进速度和转向角度信号分别为v_x和δ，在里程计坐标系下，阿克曼底盘的运动学模型如下：

其中，L_wb表示阿克曼底盘前轮到后轮的距离；

上述模型记为阿克曼底盘的状态X，由此得到：

进而得到阿克曼底盘的运动预测模型：

X_k+1＝H(X_k,u_k,dt)

其中，dt为往前预测运动的步长时间；X_k表示阿克曼底盘在第k时刻的状态，u_k表示阿克曼底盘在k时刻接受到的遥控器命令信号。