[发明专利]一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法，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；(2)对阿克曼底盘的转向滞后进行建模得到运动预测模型；(3)超声波传感器实时获取测距数据，得到当前时刻障碍物的点集坐标；(4)计算得到当前时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿；(5)得到下一时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿并判断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。本发明可以对阿克曼底盘运动时是否发生碰撞进行预测，避免操作人员因为视野盲区而出现碰撞事故。

技术领域

本发明涉及移动机器人控制领域，具体涉及一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法。

背景技术

近年来，机器人与自动驾驶领域技术兴起并取得长足发展。为实现建筑、消防等人力密集型服务的自动化，许多研究机构与公司将工程机械车辆改造为移动机器人，尝试把机器人与自动驾驶技术应用到相关领域中。

市面上销售的工程机械车辆中，按照动力来源主要分为柴油机驱动和电动两种，其中柴油驱动需要日常维护，不适合改造成移动机器人。而电动的工程机械车辆中，可以大致分为履带式和阿克曼式两种底盘类型，通常履带可能损坏地面，不适用于已经铺装好的路面。因此电驱动的阿克曼类型工程机械车辆非常适合用来改造成为通用的移动机器人系统。

电驱动阿克曼类型的工程车辆通常由电机驱动后轮，其执行机构电机速度控制性能较好，控制方法成熟可靠。其转向系统通常由液压驱动，液压控制系统广泛应用于工程的各个领域，尤其是对于负载要求较高的应用，液压驱动系统具有简单可靠，技术成熟，价格低廉的特点，是大型设备的首选驱动系统。但液压驱动的控制系统需要应对强非线性的系统动态特性，对于液压系统的位置动态跟随控制提出了较高的要求。实际工程实践中，往往是由操作人员通过观察来操作液压驱动系统，例如挖掘机、起重机等设备的机械臂就是液压驱动，需要操作人员根据观察到的位置进行反复调整。

受限于成本和技术成熟度，工程车辆的厂商大多采用开关型电磁阀作为液压控制系统的执行机构，经过PWM脉宽调制来模拟比例型电磁阀对液压系统的位置进行开环控制(依靠操作人员观察进行反馈控制)。对于有改造要求的车辆，厂商通常会在前轮转向处增加一个绝对式编码器，通过该编码器反馈回的位置信息进行反馈控制。由于受到液压系统的非线性影响，整个控制系统的控制带宽较低，系统的响应较慢，往往需要等待缸内压力建立之后再进行位置调节。另外，由于开关型电磁阀通过定周期快速的开关来实现脉宽调制，进一步降低了液压控制系统的位置跟踪性能。

综上所述，大型的阿克曼底盘系统响应较慢。同时，由于自动驾驶技术兴起，阿克曼底盘改造成移动机器人之后，在现场部署的过程中，需要在操作人员的遥控下运行，基于激光雷达传感器对于周围环境建立导航和定位用的地图。由于这类阿克曼底盘尺寸巨大(车身长度超过4米)而且负载数吨，存在操作人员遥控的时候视野盲区的问题，另外由于液压系统的滞后，系统的响应不及时，在没有保护的情况下可能会撞到盲区的障碍物，造成人员和设备重大损失。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法，可以对阿克曼底盘运动时是否发生碰撞进行预测，避免操作人员因为视野盲区而出现碰撞事故。

技术方案：

一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法，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的点集坐标，并变换至里程计坐标系下；