申请/专利权人：吉林大学

申请日：2021-12-09

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN114185353B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D1/622

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.04.01#实质审查的生效;2022.03.15#公开

摘要：本发明公开了一种自主作业装载机倒车避障与路径规划方法，涉及装载机技术领域，该方法包括：装载机车体后部与侧后部物体距离高速实时检测，并根据超声波测距装置信号与安装定位参数进行世界坐标位置转换，以判断物体相对于装载机实时位置关系；根据车辆后部与侧后部物体世界坐标信息，对物体运动状态进行精准判断；自主作业前根据已有信息进行路径规划，自主作业中根据检测信息实时对路径规划信息进行修正；针对极端某时刻路径规划无解情况，进行局部可行路径状况假设并重新尝试进行规划，寻找最近可行路径实现方法。本发明所提出的倒车避障与路径规划方法简单可靠，可移植性高，适用于各种自主作业装载机以及其他类似自主作业装置。

主权项：1.一种自主作业装载机倒车避障与路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：采用RTK定位装置和UWB装置相互配合获取定位设备位置再经过简单的坐标变换，并将车辆上某一点位置转换到装载机全局世界坐标，其中：RTK定位装置和UWB装置安装在车辆驾驶室顶部，用于获取当前装载机在世界坐标系下的确切位置；其中，RTK定位装置用于在室外空旷地区进行定位，UWB定位装置用于装载机在RTK定位装置无法接收GPS信号或信号强度不良好时进行局部精准定位；步骤S2：采用适当排布设计的多个超声波测距装置对装载机车身后部以及后部车身侧面障碍物的距离以及障碍物所属类型进行精准识别，其中：多个超声波测距装置安装在装载机车辆尾部及部分侧部，中央控制器安装在驾驶室内部；多个超声波测距装置车体周边障碍物位置进行精准判断步骤为：根据多个相邻超声波距离传感器检测到障碍物距离信息，中央控制器根据读取到的障碍物距离信息进行判断是否为同一障碍物；若为同一障碍物则根据传感器安装位置与测距信息确定该障碍物位置；若不为同一障碍物则将进一步判断障碍物数目，分别将判断出的障碍物确切位置；障碍物所属类型根据其运动状态分为动态障碍和固定障碍；超声波测距装置对障碍物属性判断过程为：超声波测距装置将对测距范围内障碍物进行监测，并实时获取到障碍物与车体间的距离；中央控制器将把此障碍坐标存入算法地图中的缓冲层；在接下来的时间内，中央控制器不断读取超声波测距装置传来的障碍物信息，并不断将其叠加到缓冲层中，中央控制器将根据这些多帧数据信息进行判断；当其多帧坐标均处于一定连续范围时，系统将判断其为固定障碍，并将其边界坐标信息传入地图浮动层存储；若障碍物多帧坐标信息存在非规律跳跃或相邻两帧数据中坐标跳跃超过系统设定阈值时，系统将判断其为动态障碍，其边界与坐标信息将存放进动态层进行存放；步骤S3：采用中央控制器将障碍物位置信息转换至车体坐标系，再根据RTK定位装置和UWB定位装置获得的装载机全局世界坐标将障碍物位置信息转换为全局世界坐标；步骤S4：将装载机存储的总地图分成为边界层、浮动层、动态层、缓冲层的四层地图，并根据超声波测距装置所检测的障碍物所属类型以及车体行进过程中障碍物与车体间的距离变化将障碍物划分至对应的四层地图中，四层地图采用纵向叠加的方式进行工作，其中，边界层为底层，依次向上为浮动层、动态层、缓冲层；缓冲层用于存放当前车辆边界世界坐标与实时读取障碍物坐标信息并缓冲一定时间范围内障碍物坐标信息；动态层用于存储已经判断为动态障碍物的障碍物世界坐标信息；浮动层用于存储已经被系统判断为固定障碍物的障碍物坐标信息；边界层用于存放自主作业装载机工作区域以及该工作区域内绝对不可行区域的坐标信息；装载机在行进过程中更新四层地图，其更新的过程是：调取缓冲层、动态地图、浮动层，通过对障碍物属性判断将把障碍物位置添加至相应图层；对于原动态层中动态障碍信息，若该动态障碍坐标运动超出边界层，则将其在地图中进行删除，若该动态障碍超出自主作业装载机监测范围一定设定时间后，系统将把该障碍物信息从动态图中删除；对于原浮动层中固定障碍物信息，装载机在行进过程中运动至该障碍物超声波测距传感器监测范围内：对于监测到的固定障碍物信息，如果在原位置一定范围内存在障碍物，则将对其障碍物边界位置信息进行补充；如果在原位置一定范围内不存在障碍物，则将对其障碍物位置信息进行补充；如果并未监测到障碍物信息，则将对该位置障碍物在浮动层地中的信息进行删除；装载机在对整车状态进行实时跟踪控制过程中，装载机还将根据缓冲层与动态层的新出现障碍物与动态障碍物位置信息与已经规划的路径进行融合对比，通过对地图中装载机前后车体与障碍物模型膨胀进行碰撞预测，以实现在装载机与新增障碍物以及闯入路径的动态障碍物碰撞之前进行警告；步骤S5：根据装载机实时位置与系统设定终止点采用路径规划算法进行路径规划并实时规划路径轨迹；步骤S6：车辆根据规划的路径轨迹行进，在装载机行进过程中，装载机根据实时车辆位置信息对整车状态进行实时跟踪控制并对实时车辆位置与目标位置进行比较，根据比较的结果以及车辆跟踪信息对路径轨迹进行调整，直至车辆移动至目标位置附近。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 吉林大学 一种自主作业装载机倒车避障与路径规划方法

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