[发明专利]一种用于无人车位姿调节的轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种用于无人车位姿调节的轨迹规划方法，包括步骤：采用由圆弧、直线段和回旋曲线组成的Reeds‑Shepp曲线构造起点和终点之间曲率连续且距离最短的最优路径；给定离散时间间隔，获取离散的路径点；根据Reeds‑Shepp曲线上的起点、终点和路径点组成的点对将最优路径分为前进路径片段和倒车路径片段；分别针对每个路径片段的长度和运动方向生成各阶导数光滑有界的速度规划曲线；将速度规划曲线叠加到相应的路径片段上得到最优运行轨迹。本发明实现在无障碍物环境下任意两个位姿之间生成满足无人车运动约束的可行轨迹，保证生成的轨迹满足车辆的转向和驱动特性，并有助于减少轨迹跟踪误差。

技术领域

本发明涉及无人车轨迹规划领域，特别涉及一种用于无人车位姿调节的轨迹规划方法。

背景技术

轨迹规划是无人车应用的关键技术，轨迹规划能力也成为无人车智能化程度的重要标志。

对于工业和园区物流等场景，无人车在执行运输作业的过程中经常会遇到站点停靠、自动充电、临时避让等需要改变自身位置或姿态的任务。这要求无人车具有灵活的位姿调节能力，能够根据具体的任务规划一条连接起始位姿和目标位姿的可行轨迹。

对于采用阿克曼转向机构的无人车，由于自身存在运动约束，通常采用Dubins曲线、Reeds-Shepp曲线、多项式曲线或者在离散点以及样条曲线的基础上优化得到可行的路径，然后采用梯形或S形曲线进行速度规划。

Dubins曲线和Reeds-Shepp曲线由于具有距离最短、易于构造的优点经常被使用。但是该类最优曲线具有bang-bang控制的特点，其由若干段最小转向半径的圆弧和直线段拼接组成。圆弧的曲率为非零值，直线段的曲率为零，因此Reeds-Shepp曲线在圆弧与圆弧之间以及圆弧与直线段之间的曲率是突变的。该类曲线只能保证切线连续，曲率并不连续，给无人车实际跟踪造成了困难。传统的速度规划方法需要根据输入和约束条件划分为几种情况，然后分别构造速度函数，难以保证高阶导数光滑而且计算较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无人车位姿调节的轨迹规划方法，解决路径曲率不连续、速度不光滑和计算复杂的问题，实现在无障碍物环境下任意两个位姿之间生成满足无人车运动约束的可行轨迹。

实现本发明目的的技术方案为：一种用于无人车位姿调节的轨迹规划方法，包括步骤：

采用由圆弧、直线段和回旋曲线组成的Reeds-Shepp曲线构造起点和终点之间曲率连续且距离最短的最优路径；

给定离散时间间隔，获取离散的路径点；

根据Reeds-Shepp曲线上的起点、终点和路径点组成的点对将最优路径分为前进路径片段和倒车路径片段；

基于指数函数，分别针对每个路径片段的长度和运动方向生成各阶导数光滑有界的速度规划曲线；

将速度规划曲线叠加到相应的路径片段上得到最优运行轨迹。

进一步的，所述圆弧的半径为无人车的最小转向半径，圆弧与圆弧以及圆弧与直线段之间通过回旋曲线过渡连接。

进一步的，通过遍历路径中所有圆弧和直线段的组合方式找到距离最短的最优路径。

进一步的，给定离散时间间隔，获取离散的路径点具体包括：将构造的最优路径用圆弧方程、直线方程和回旋曲线方程表示，将给定的离散时间间隔带入圆弧方程、直线方程和回旋曲线方程得到离散的路径点；每个路径点表示无人车位姿(x,y,θ)的三维坐标，x、y是路径点在全局坐标系中的横、纵坐标，θ是无人车与全局坐标系X轴的夹角。

进一步的，将最优路径分为前进路径片段和倒车路径片段具体包括以下步骤：

步骤5-1，计算无人车的车头指向的方向向量v_e为：