[发明专利]一种基于DWA算法改进的巡检无人车动态路径规划方法

权利要求书

1.一种基于DWA算法改进的巡检无人车动态路径规划方法，其特征在于：通过实现机器人操作系统与底盘STM32单片机之间的相互通信，来实现树莓派4b与巡检无人车之间的数据信息传递；再结合惯性测量单元、里程计信息和巡检无人车传回的激光雷达参数信息，采样得到巡检无人车的速度V_c；巡检无人车通过激光雷达探头持续的向四周发射激光并在接触到障碍物后返回激光，采样得到动态障碍物的速度V_b；判断巡检无人车与动态障碍物是否存在碰撞的可能，当存在碰撞的可能性时找出碰撞点，优化巡检无人车的行进速度和方向；利用动态窗口法随机生成若干条巡检无人车的运动路径，在得到的若干条路径中通过评定函数对每条路径进行评价；对巡检无人车遍历到终点时所生成的最终路径进行判断，当最终路径趋近于全局路径时，当实现自主避障即生成的最终路径没有与动态障碍物发生碰撞时，生成的最终路径则为最优路径；具体的操作步骤为：

步骤1：巡检无人车底盘上安装有用于接收和发送控制指令的STM32单片机，巡检无人车底盘的四个车轮处各安装了一个转速测量单元，用于获取巡检无人车在行进过程中各车轮的转速n；通过实现机器人操作系统ROS与底盘STM32单片机之间的相互通信，来实现树莓派4b与巡检无人车之间的数据信息传递，机器人操作系统在结合惯性测量单元IMU、里程计信息和巡检无人车传回的激光雷达参数信息，采样得到巡检无人车的速度V_c；

步骤2：在巡检无人车的车顶中心位置安装了激光雷达，巡检无人车在行进过程中雷达探头持续的向四周发射激光，并在接触到障碍物后返回激光，记录动态障碍物随时间变化的位置信息，采样得到动态障碍物的速度V_b；

步骤3：判断巡检无人车与动态障碍物在行进过程中是否存在碰撞的可能性，当存在碰撞的可能性时找出碰撞点，优化巡检无人车的行进速度和方向，使得巡检无人车在行进过程中避开可能发生碰撞的点，从而实现巡检无人车局部的自主避障和路径规划；

步骤4：根据巡检无人车的速度、位姿参数信息以及周围的环境信息生成巡检无人车的动态窗口，利用动态窗口法随机生成若干条巡检无人车的运动路径，在得到的若干条路径中通过评定函数对每条路径评价；

步骤5：获取最优路径，对巡检无人车遍历到终点时所生成的最终路径进行判断，当最终路径趋近于全局路径时，当实现自主避障即生成的最终路径没有与动态障碍物发生碰撞时，此时生成的最终路径为最优路径；

步骤6：结束路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种基于DWA算法改进的巡检无人车动态路径规划方法，其特征在于：步骤1所述的采样得到巡检无人车的速度V_c，具体的操作方式为：已知巡检无人车的速度与底盘各轮子间的速度有直接联系，同时底盘在转向时角速度也会影响到巡检无人车的速度和行进方向，所以巡检无人车的运动实际上受到三个方向上的牵引力，将其分解为三个方向上的速度矢量，以车轮轴心运动的速度矢量车轮轴心沿垂直于的方向的速度矢量巡检无人车的速度矢量已知巡检无人车的车轮半径为R，转速为n,矢量沿x、y轴正方向为正，转向时的角速度w沿逆时针方向为正，具体公式如下：

C＝2πR

以轮胎A的轴心做平面直角坐标系：

同理，以轮B、轮C、轮D的轴心做平面直角坐标系：

式中，为巡检无人车的速度在x、y轴的分量，为车轮的速度在x、y轴的分量，为巡检无人车转向时线速度在x、y轴的分量；为从底盘中心指向车轮轴心的矢量；θ为巡检无人车发生转向时底盘旋转的角度；为巡检无人车发生转向时底盘旋转的角速度；C为车轮的周长；n_i为车轮i的转速；为车轮i的速度；为车轮i的实际速度；x₁为底盘中心与底盘左右边缘的间距，具体为底盘宽度的一半；x₂为底盘中心与底盘上下边缘的间距，具体为底盘长度的一半；为巡检无人车的速度。