申请/专利权人：深圳亿嘉和科技研发有限公司

申请日：2021-08-19

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN113703448B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2021.12.14#实质审查的生效;2021.11.26#公开

摘要：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。

主权项：1.一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法，其特征在于：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，具体如下：Li表示的是第i个超声波传感器的测量结果的点集，i∈{1,2,...,n}，n表示超声波传感器的数量；假设第i个超声波传感器测距的返回值为di，则Li在其对应超声波传感器坐标系下的坐标集合计算方式如下： 其中，sonari表示第i个超声波传感器的坐标系，是以超声波传感器所在位置作为原点建立的坐标系；x,y分别表示Li中某点在其对应超声波传感器坐标系下的坐标，θi表示第i个超声波传感器的视场角，表示第i个超声波传感器的最大测量距离范围；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；采用一阶系统表示转向系统的转向控制滞后结果； 其中，Tsteer表示转向系统的一阶近似系统时间常数，通过实验记录不同的输入输出数据测量，再通过最小二乘法获得；δ表示转向轮接收到的转向角度信号，δactual表示通过传感器测量获得的当前转向角度；假设当前控制器接收到的遥控前进速度和转向角度信号分别为vx和δ，在里程计坐标系下，阿克曼底盘的运动学模型如下： 其中，Lwb表示阿克曼底盘前轮到后轮的距离；上述模型记为阿克曼底盘的状态X，由此得到： 进而得到阿克曼底盘的运动预测模型：Xk+1＝HXk,uk,dt其中，dt为往前预测运动的步长时间；Xk表示阿克曼底盘在第k时刻的状态，uk表示阿克曼底盘在k时刻接受到的遥控器命令信号；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障碍物的点集坐标，并变换至里程计坐标系下；根据超声波传感器的安装参数将对应点集坐标转换至机器人坐标系下得到： baseL＝baseTsonari⊙sonariLdi,θi其中，baseL表示在机器人坐标系下超声波传感器测量得到的点集坐标；baseTsonari表示机器人坐标系到第i个超声波传感器的齐次变换矩阵；⊙运算符表示点乘运算，用于将齐次变换矩阵和点集坐标中的每一个点进行点乘；通过里程计计算得到当前时刻里程计坐标系与机器人坐标系之间的变换关系odomTbase，并据此将当前超声波传感器测量得到的点集坐标投射到里程计坐标系下得到： odomL＝odomTbase⊙baseL＝odomTbasebaseTsonari⊙sonariLdi,θi其中，odomL表示在里程计坐标系下当前时刻超声波传感器测量得到的点集坐标；步骤4、根据初始位置阿克曼底盘位姿及里程计计算得到当前时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿，并根据步骤2计算得到下一时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿；根据初始位置阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿及里程计计算得到k时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿odomPk＝[xk,yk,θk]，则根据步骤2计算得到下一个时刻阿克曼底盘在里程计坐标系下的位姿为： odomPk+1＝Xk+1＝HXk,uk,dt据此计算得到k+1时刻从里程计坐标系到机器人坐标系的齐次变换矩阵odomTbasek+1，则k+1时刻阿克曼底盘的形状在里程计坐标系下的坐标集合如下： odomFABCD＝odomTbasek+1⊙baseFABCD其中，baseFABCD表示阿克曼底盘轮的形状在机器人坐标系下的坐标集合；步骤5、结合步骤3和步骤4判断下一时刻阿克曼底盘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。

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百度查询： 深圳亿嘉和科技研发有限公司 一种基于超声波的阿克曼底盘避障控制方法

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