CN104571129B - 一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法，实现步骤包括：航向到位初始轨迹判断，选取平滑轨迹中途点，确定最终轨迹。本发明将点到位和航向控制分开，点到位后再通过原地转向方式调整航向，降低了探测效率，增加了控制复杂性。

Description

一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法
技术领域
本发明涉及一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法，属于移动机器人导航控制领域。
背景技术
以指定航向到达某个指定位置，是巡视器导航控制要求之一。在当前位置和航向已知的情况下，需设计合理运动轨迹，使其移动至指定目标位置，且到达该位置时航向角为指定值。控制轨迹应满足：第一，完整运动轨迹由一个或多个弧形轨迹(或直线)组成；第二，弧形轨迹(或直线)数量尽可能少；第三，轨迹运动平滑，避免曲率过大的情况。
已有移动机器人的运动控制方法大多采用点对点运动控制方式，保证点到位精度，没有考虑到位后的航向问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法，以使得巡视器在满足航向要求的同时，能够以一到两条弧形轨迹或直线平滑运动至目标位置。
本发明的技术解决方案：
一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法，具体步骤如下：
(1)航向到位初始轨迹判断
记巡视器当前点为A点，目标点为B点；
过A、B两点做弧，使其与A点偏航方向相切，记为弧1，对应曲率为CA；过A、B两点做弧，使其与B点偏航方向相切，记为弧2，对应曲率为CB；
若CA＝CB，弧1与弧2重合，则A、B两点之间的运动轨迹为一条弧形或直线，该轨迹的期望曲率为C＝CA＝CB，期望弧长即为弧1或弧2的弧长，轨迹确定完成；
若CA≠CB，则转入步骤(2)；
(2)选取平滑轨迹中途点
过A、B两点做弧，使其曲率为CM＝(CA+CB)/2，记为弧3，取弧3的中点为轨迹中途点，记为点M；
(3)确定最终轨迹
比较|CA|和|CB|，
若|CA|≤|CB|，则过B、M两点做圆，使其与B点偏航方向相切，记其圆点为OB，过A点做圆，使其与圆OB-B及A点偏航方向相切，记其圆点为OA，圆OA-A与圆OB-B的切点记为P，OA、P、OB共线；
若|CA|>|CB|，则过A、M两点做圆，使其与A点偏航方向相切，记其圆点为OA，过B点做圆，使其与圆OA-A及B点偏航方向相切，记其圆点为OB，圆OA-A与圆OB-B的切点记为P，OA、P、OB共线；
此时A、B两点之间的运动轨迹由两条弧形或直线组成，分别为AP和BP，轨迹确定完成。
曲率的正负符号定义为：若弧形轨迹圆点位于当前点右侧，此时弧形对应巡视器右转，曲率为正；若弧形轨迹圆点位于当前点左侧，此时弧形对应巡视器左转，曲率为负；若弧形轨迹圆点为无限远点，轨迹变为直线，对应巡视器直行，曲率为零。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明将点到位和航向控制分开，点到位后再通过原地转向方式调整航向，降低了探测效率，增加了控制复杂性；
(2)本发明的完整运动轨迹由一个或多个弧形轨迹或直线组成、轨迹运动平滑，不会出现曲率过大导致控制偏差增大的情况。
附图说明
图1为巡视器当前位置航向与目标位置航向关系示意图；
图2为确定轨迹中途点M示意图；
图3为确定移动轨迹示意图；
图4为确定运动轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
已知巡视器起始点位置及航向为(x1,y1,ψ1)＝(0,0,0°)，目标点位置及航向为(x2,y2,ψ2)＝(-1,5,30°)。确定巡视器的期望运动轨迹，步骤如下：
(1)计算边界曲率
记巡视器当前点为A点，目标点为B点。
过A、B两点做弧，使其与A点偏航方向相切，记为弧1，对应曲率CA为-0.0769；过A、B两点做弧，使其与B点偏航方向相切，记为弧2，对应曲率CB为0.2589。
(2)确定轨迹中途点M
过A、B两点做弧，曲率CM为0.0910，记为弧3，取弧3的中点为轨迹中途点，记为点M，坐标为(2.4412,-0.7940)。
(3)确定移动轨迹
比较|CA|和|CB|，有|CA|≤|CB|，则过B、M两点做圆，使其与B点偏航方向相切，圆点OB为(3.8699,0.9574)，过A点做圆，使其与圆OB-B及A点偏航方向相切，圆点OA为(0,-4.1387)，圆OA-A与圆OB-B的切点P为(2.5030，-0.8426)，OA、P、OB共线。
此时A、B两点之间的运动轨迹由两条弧形组成，分别为弧AP和弧BP，AP的曲率为-0.2416，弧长为2.6880，BP的曲率为0.4424，弧长为2.6514。轨迹确定完成。运动轨迹如图4所示。
具体要求可明确为：已知巡视器当前点的位置坐标及偏航方向(x1,y1,ψ1)及目标点的位置坐标及偏航方向(x2,y2,ψ2)，如图1所示，计算连接当前点和目标点的一个或多个弧形轨迹(或直线)的曲率及弧长。
其中曲率的正负符号定义为：若弧形轨迹圆点位于当前点右侧，此时弧形对应巡视器右转，曲率为正；若弧形轨迹圆点位于当前点左侧，此时弧形对应巡视器左转，曲率为负；若弧形轨迹圆点为无限远点，轨迹变为直线，对应巡视器直行，曲率为零。

Claims (2)

1.一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)航向到位初始轨迹判断
记巡视器当前点为A点，目标点为B点；
过A、B两点做弧，使其与A点航向相切，记为弧1，对应曲率为CA；过A、B两点做弧，使其与B点航向相切，记为弧2，对应曲率为CB；
若CA＝CB，弧1与弧2重合，则A、B两点之间的运动轨迹为一条弧形或直线，该轨迹的期望曲率为C＝CA＝CB，期望弧长即为弧1或弧2的弧长，轨迹确定完成；
若CA≠CB，则转入步骤(2)；
(2)选取平滑轨迹中途点
过A、B两点做弧，使其曲率为CM＝(CA+CB)/2，记为弧3，取弧3的中点为轨迹中途点，记为点M；
(3)确定最终轨迹
比较|CA|和|CB|，
若|CA|≤|CB|，则过B、M两点做圆，使其与B点航向相切，记其圆点为OB，过A点做圆，使其与圆OB-B及A点航向相切，记其圆点为OA，圆OA-A与圆OB-B的切点记为P，OA、P、OB共线；
若|CA|>|CB|，则过A、M两点做圆，使其与A点航向相切，记其圆点为OA，过B点做圆，使其与圆OA-A及B点航向相切，记其圆点为OB，圆OA-A与圆OB-B的切点记为P，OA、P、OB共线；
此时A、B两点之间的运动轨迹由两条弧形或直线组成，分别为AP和BP，轨迹确定完成。
2.如权利要求1所述的一种巡视器航向到位控制轨迹确定方法，其特征在于，曲率的正负符号定义为：若弧形轨迹圆点位于当前点右侧，此时弧形对应巡视器右转，曲率为正；若弧形轨迹圆点位于当前点左侧，此时弧形对应巡视器左转，曲率为负；若弧形轨迹圆点为无限远点，轨迹变为直线，对应巡视器直行，曲率为零。
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