[发明专利]一种基于语义信息串联的履带车辆的控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于语义信息串联的履带车辆的控制方法及系统。该方法包括将激光雷达点云信息和图像语义信息进行融合，并根据融合后的信息、全局拓扑参考路径以及履带车辆的几何通过性参数确定三维语义栅格地图；运动规划模块根据三维语义栅格地图、全局拓扑参考路径以及运动基元簇中的运动基元的扩展代价对运动基元进行拼接与过渡；运动控制模块利用带有行为语义信息的轨迹对控制目标函数的权重系数进行实时更新，并根据更新后的控制目标函数和带有行为语义信息的轨迹在执行机构的机械约束、平台的运动学约束以及平台动力学约束下，基于模型预测控制算法进行履带车辆的控制。本发明能够提升地面无人机动平台在越野环境中的通行能力。

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，特别是涉及一种基于语义信息串联的履带车辆的控制方法及系统。

背景技术

地面无人机动履带车辆能够代替人类在越野环境下完成诸如危险物资运输、灾情救援、战场环境侦察等任务，减轻或避免人类在越野危险环境中的负担与消耗。地面无人机动履带车辆一般由环境感知、运动规划、运动控制、底盘执行四个基本模块组成。

前期的研究针对地面无人机动履带车辆中的各个模块均开展了相应的工作，但各个模块之的串联方式比较弱化，使地面无人机动履带车辆模块之间的输出信息比较单一，进而，造成地面无人机动履带车辆在越野环境中的通行能力比较低。

因此，为解决上述问题，亟需提供一种新的控制方法或系统，提升地面无人机动平台在越野环境中的通行能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于语义信息串联的履带车辆的控制方法及系统，能够提升地面无人机动平台在越野环境中的通行能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于语义信息串联的履带车辆的控制方法，包括：

根据环境感知模块获取的激光雷达数据提取激光雷达点云信息；并根据环境感知模块获取的相机图像提取图像语义信息；

将激光雷达点云信息和图像语义信息进行融合，并根据融合后的信息、全局拓扑参考路径以及履带车辆的几何通过性参数确定三维语义栅格地图；所述三维语义栅格地图为带有局部可通行度语义栅格地图；几何通过性参数包括：最大坡度，垂直墙跨越高度以及发生倾覆的最大横坡角度；

运动规划模块根据三维语义栅格地图、全局拓扑参考路径以及运动基元簇中的运动基元的扩展代价对运动基元簇中的运动基元进行拼接与过渡，确定带有行为语义信息的轨迹；运动基元簇包括：通过采样不同的目标位姿形成的运动基元；运动基元为履带车辆在设定时间内，在履带车辆的运动学约束、平滑过渡约束、平台-地形约束以及平台行为约束下，履带车辆从起始位姿到目标位姿的轨迹；扩展代价包括：运动基元与全局拓扑参考路径的横纵向偏差、碰撞风险代价、平滑代价以及通行度代价；

运动控制模块利用带有行为语义信息的轨迹对控制目标函数的权重系数进行实时更新，并根据更新后的控制目标函数和带有行为语义信息的轨迹在执行机构的机械约束、平台的运动学约束以及平台动力学约束下，基于模型预测控制算法进行履带车辆的控制；所述控制目标函数根据轨迹跟踪控制的横向偏差、航向偏差以及控制量变化率进行构建。

可选地，所述将激光雷达点云信息和图像语义信息进行融合，并根据融合后的信息、全局拓扑参考路径以及履带车辆的几何通过性参数确定三维语义栅格地图，具体包括：

通过环境感知模块中激光雷达与相机之间的坐标转换关系，将图像语义信息投影至激光雷达点云信息，确定激光雷达语义点云；激光雷达语义点云为融合后的信息；

根据激光雷达语义点云进行可通行区域的第一次粗提取；

根据第一次粗提取后的激光雷达语义点云信息提取点云特征；点云特征包括：道路的不平度信息、纵坡坡度以及横坡坡度；

根据点云特征与几何通过性参数进行可通行区域的第二次粗提取；