CN116520855A - 一种履带式移动工程机械及其移动控制方法、装置和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种履带式移动工程机械及其移动控制方法、装置和介质，涉及履带工程机械技术领域。其中，这种移动控制方法包含：S1、获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置。S2、根据地图、出发位置和目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹。S7、根据导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置。其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制。本发明的移动控制方法能够实现误差小于5cm的高精度履带式移动机械运动控制，具有很好的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及履带工程机械技术领域，具体而言，涉及一种履带式移动工程机械及其移动控制方法、装置和介质。
背景技术
运动控制是无人驾驶***的重要组成部分，主要分为纵向控制和横向控制。其中，纵向控制是指通过对车辆进行制动，使车辆达到期望速度；横向控制是指控制无人驾驶车辆行驶航向，使其精确跟踪期望道路。随着无人驾驶技术的发展，无人驾驶技术逐渐被应用于履带式移动工程机械。
履带式移动工程机械的运动学、动力学模型与普通车辆有很大区别。履带式移动工程机械与普通车辆的工作环境也各不相同，普通车辆主要运行在容易提取道路特征的结构化道路，履带式移动工程机械的应用场景环境更加复杂多变，自身行驶速度较慢。因此，在运动控制方面，普通车辆的控制方法并不适用于履带式移动机械。
目前，针对履带式移动工程机械的控制方法较少，现有的控制方法，大多是以直接修正底层驱动控制指令的方法进行控制。传统轨迹跟踪方法的控制精度通常取决于运动学、动力学的建模精度，而履带式移动机械通常属于多输入多输出的耦合非线性***，建模难度高，无法精确的进行控制。此外，传统方法在应用过程中存在对硬件要求高、计算量大、控制效率低的局限性。
有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。
发明内容
本发明提供了一种履带式移动工程机械及其移动控制方法、装置和介质，以改善上述技术问题中的至少一个。
第一方面、
本发明实施例提供了一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其包含步骤S1、S2和步骤S7。
S1、获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置。其中，所述地图包含障碍物区域和道路区域。
S2、根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹。
S7、根据所述导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置。其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制。所述基于航向角的差速控制模型为：，式中，/>为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
第二方面、
本发明实施例提供了一种履带式移动工程机械的移动控制装置，其包含：
初始数据获取模块，用于获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置。其中，所述地图包含障碍物区域和道路区域。
导航模块，用于根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹。
移动控制模块，用于根据所述导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置。其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制。所述基于航向角的差速控制模型为：，式中，/>为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
第三方面、
本发明实施例提供了一种履带式移动工程机械，其包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序。所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如第一方面任意一段所说的一种履带式移动工程机械的移动控制方法。
第四方面、
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如第一方面任意一段所说的一种履带式移动工程机械的移动控制方法。
通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
本发明实施例的履带式移动工程机械的移动控制方法，根据履带式移动机械的运动学模型及其行驶特征，采用基于航向角驱动的差速控制算法的运动控制方法，使移动机械对参考轨迹进行跟踪，能够实现误差小于5cm的高精度履带式移动机械运动控制，具有很好的实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是移动控制方法的流程示意图。
图2是基于航向角的差速控制模型进行移动控制的原理图。
图3是栅格地图的示意图。
图4是路径规划的示意图。
图5是履带式移动工程机械的构成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一、
请参阅图1至图5，本发明第一实施例提供一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其可由履带式移动工程机械来执行。特别地，由履带式移动工程机械中的一个或多个处理器来执行，以实现步骤S1、S2和步骤S7。
S1、获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置。其中，所述地图包含障碍物区域和道路区域。
具体的，出发位置和目标位置可以是人工输入的，也可以是线上服务器下发给履带式移动工程机械，获取履带式移动工程机械根据预先设置的指令自行获取得到，本发明对此不做具体限定。
优选的，所述地图为栅格地图。其中，障碍物区域周围设置有安全距离。如图3和图4所示，在栅格地图中，障碍物由一个一个的栅格点表示。本发明实施例在障碍物周围设置了安全距离，在规划导航轨迹时不会将路径规划到在安全距离区域内，有效的保证了移动机械在轨迹跟踪时行驶过程中的安全
可以理解的是，所述履带式移动工程机械可以是履带式挖掘机、戴氏起重机、履带式拖拉机等。
S2、根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹。
具体的，获取地图、出发位置和目标位置后，车载计算平台载入路径规划算法在目标行驶区域内规划出安全、无碰、规避障碍物的目标轨迹。
路径规划算法采用以启发式搜索算法为核心的全局路径规划算法。膨胀后的障碍物地图及规划完成的距离最优路径如图4所示。全局路径规划算法使用全局遍历算法搜索最优路径，并根据任务的特征，对地图代价进行评估。
S7、根据所述导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置。其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制。
所述基于航向角的差速控制模型为：
式中，为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
具体的，对履带式移动机械进行运动学建模，然后基于其运动学模型以及车辆当前位置，采用基于航向角驱动的差速控制算法的运动控制方法，对移动机械进行轨迹跟踪控制，推算出理想航向角，减少横向误差。
本发明实施例的履带式移动工程机械的移动控制方法，根据履带式移动机械的运动学模型及其行驶特征，采用基于航向角驱动的差速控制算法的运动控制方法，使移动机械对参考轨迹进行跟踪，能够实现误差小于5cm的高精度履带式移动机械运动控制，具有很好的实际意义。
本发明实施例的移动控制方法，计算过程简单高效，响应速度快，控制精度高，并且抽象度高，可复用性强，实际应用过程中大大降低工程应用成本，可适用于机械工程以及各个领域。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，步骤S2具体包括步骤S21至步骤S25。
S21、初始化：将出发位置作为起点，加入待探索列表。初始状态时，待探索列表中只存在起点，取G值为0，H值为0。其中，G值为起点到工程机械运动更新位置点的距离、H值为当前点到目标点的估计距离。工程机械运动每运动至下一个栅格点，就计算一次G值与H值，并将当前所在栅格点记作当前点。
S22、判断是否能够结束：如果待探索列表集合为空，则不存在路径。如果目标节点出现在待探索列表集合中,则找到了最短路径。
S23、选择当前位置：从待探索列表集合中选取F值最小的节点作为当前节点并将其从待探索列表集合中移除，加入最近节点列表集合。其中，F值为节点的总代价。
具体的，F = G + H，其中G（已走过的代价）和H（剩余预估代价）分别为节点到起点的实际代价和距目标节点的预测代价，通过优先探索邻居节点中 F 值最小的节点，并不断缩小探索范围直到找到从工程机械当前所在位置到给定起始点以及给定起始点到给定终点的最短无碰路径。
S24、更新邻居节点：对当前点的每个邻居节点进行探索，若未被访问，更新该节点的父节点为当前点，同时计算更新该节点的G值和H值，并将其加入待探索列表集合。其中，邻居节点和父节点是指与当前点在图中存在直接连接关系的节点，邻居节点指与给定节点直接相连的其他节点，父节点是指当前节点在图中的上一级节点。
S25、重复上述步骤直到找到目标节点，获取导航轨迹，或者待探索列表集合为空，地图中不存在出发位置到目标位置导航轨迹。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制，具体包括步骤A1至步骤A6。
A1、当履带式移动工程机械移动至导航轨迹的转弯处时，获取导航轨迹转弯处的起点作为转弯起点，获取导航轨迹转弯处的终点作为前瞻点/>。
A2、根据所述转弯起点和所述前瞻点/>，获取前瞻量/>。
A3、获取履带式移动工程机械在转弯起点的起点位置信息。其中，所述起点位置信息包括履带式移动工程机械的位置坐标、移动速度和前进方向。
A4、根据所述前瞻量和所述起点位置信息，获取前瞻量/>方向和履带式移动工程机械移动方向之间的夹角/>，以及前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量/>。
A5、将前瞻量、夹角/>和分量/>输入基于航向角的差速控制模型，获取两侧履带的速度比值/>。
A6、根据履带式移动工程机械的移动速度和所述速度比值，分别获取两侧履带的PWM控制信号的占空比，以使两侧履带按照不同的速度运行从而进行转弯。其中，，式中，/>为左侧履带的PWM控制信号的占空比、/>为右侧履带的PWM控制信号的占空比、/>为两侧履带的速度比值。
具体的，航向角驱动的差速控制算法的步骤包括：基于当前移动机械几何中心点的位置，在已给定参考轨迹上向(前瞻量)的距离匹配一个预瞄点，在本实施例中，预瞄点为转弯轨迹的终点。前瞻量为转弯轨迹的起点和终点间的距离，移动机械中轴线与移动机械几何中心到预瞄点连线的夹角为/>。然后，根据前瞻量/>以及移动机械坐标系下预瞄点的朝向角/>之间的几何关系来确定移动机械两侧履带速度比。最后，根据速度比控制履带式移动机械沿着导航轨迹进行移动，直至抵达预瞄点。在其它实施例中，预瞄点可以自行进行定义设置，本发明对此不做具体限定。
在本实施例中的移动控制方法，根据履带式移动机械的运动学模型以及移动机械当前位置，采用基于航向角驱动的差速控制算法的运动控制方法，建立航向角和两个履带之间速度比值的函数关系，然后对移动机械进行轨迹跟踪控制，其原理如图2所示。航向角驱动的差速控制算法为一种横向控制算法，通过调整移动机械两侧履带速度比，调节移动机械偏转角，以追踪参考轨迹。
基于航向角的差速控制模型的构建过程如下：
首先，建立绕移动机械几何中心的转向角速度与移动机械两侧履带速度的关系：
式中，为绕移动机械几何中心的转向角速度、/>为移动机械几何中心的速度、为绕移动机械几何中心的转向半径、/>为移动机械右侧履带速度、/>为移动机械左侧履带速度、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
然后，建立前瞻角与角速度/>的关系:
式中，为移动机械中轴线与移动机械几何中心到预瞄点连线的夹角、/>为绕移动机械几何中心的转向角速度、/>为时间。
最后，将绕移动机械几何中心的转向角速度与移动机械两侧履带速度的关系表达式代入前瞻角与角速度/>的关系表达式中，得到：
令，得到基于航向角的差速控制模型：
式中，为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
根据基于航向角的差速控制模型，可通过夹角的瞬时值计算出所需的左右履带输出速度比值，建立了输入量、状态量以及输出量的关系式。
此外，履带式移动工程机械的运动学模型（移动机械的位置转移方程）为：
式中，移动机械沿轴方向的位移为/>、沿/>轴方向的位移为/>、绕移动机械几何中心的转向角度为/>；
将移动机械的位置转移方程进行求导，可得状态空间表达式：
式中，为绕移动机械几何中心的转向角度。
在根据轨迹跟踪控制得到的移动机械两侧履带速度比后，对整车控制器输出控制信号，使移动机械实际两侧履带速度达到参考值。具体的，当履带式移动工程机械以最大速度前进时，所述移动机械两侧履带速度比确定之后，记当前机械履带执行机构输出最大转速为。当则履带式移动工程机械右转时：
式中，移动机械右侧履带速度为，移动机械左侧履带速度为/>,左右履带输出速度比值为/>；
根据轨迹跟踪控制得到的移动机械两侧履带速度比，可确定左右轮所需的PWM信号的占空比/>与/>如下
根据上述占空比将PWM信号分别输出至左右履带执行机构，可在输出开环条件下使左右履带达到控制算法给定转速。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，在步骤S2之后，在步骤S7之前，还包括步骤S3至步骤S6。
S3、获取履带式移动工程机械的当前位置信息，并判断履带式移动工程机械是否处于所述导航轨迹上。
S4、若履带式移动工程机械在所述导航轨迹上，则执行步骤S7。
S5、若履带式移动工程机械不在所述导航轨迹上，则在履带式移动工程机械朝向导航轨迹靠近的同时判断导航轨迹是否在履带式移动工程机械的最小转弯半径范围内。
S6、当导航轨迹处于履带式移动工程机械的最小转弯半径范围内时，以履带式移动工程机械的最小转弯半径范围和导航轨迹的交点作为前瞻点，以履带式移动工程机械的当前位置作为起点，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制，将履带式移动工程机械移动至导航轨迹上，然后执行步骤S7。
具体的，地图上通常包含障碍物区域和道路区域。因为，地图上通常没有障碍物区域中详细的障碍物分布信息。因此，规划导航轨迹时，通常只在道路区域进行规划。如果规划导航轨迹时履带式移动工程机械处于障碍物区域进行施工，那么障碍物区域离规划的导航轨迹就会有点距离，此时需要人工将履带式移动工程机械开往导航轨迹附近，或者获取履带式移动工程机械所处的障碍物区域的障碍物详细分布图后再规划履带式移动工程机械到导航轨迹起点的路径，然后自动将履带式移动工程机械移动到轨迹起点。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，步骤S3具体包括步骤S31至步骤S33。
S31、根据卫星定位***，获取履带式移动工程机械的卫星定位信息。其中，所述卫星定位信息包括履带式移动工程机械的经纬度坐标和移动速度。
S32、根据所述卫星定位信息进行坐标变换，获取履带式移动工程机械在地图中的所述当前位置信息。其中，所述地图为栅格地图。所述当前位置信息为直角坐标系坐标。
S33、根据所述当前位置信息，判断履带式移动工程机械是否处于所述导航轨迹上。
本发明实施例使用的地图是栅格地图。栅格地图使用平面直角坐标系，而卫星定位***（GPS、北斗、伽利略等）普遍采用经纬度。因此，在通过卫星定位***得到履带式移动工程机械的卫星定位信息后需要对其进行转换，从而得到履带式移动工程机械的卫星定位信息在栅格地图中的位置信息。
实施例二、
本发明实施例提供了一种履带式移动工程机械的移动控制装置，其包含：
初始数据获取模块，用于获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置。其中，所述地图包含障碍物区域和道路区域。
导航模块，用于根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹。
移动控制模块，用于根据所述导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置。其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制。所述基于航向角的差速控制模型为：，式中，/>为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，履带式移动工程机械的移动控制装置还包括：
第一位置判断模块，用于获取履带式移动工程机械的当前位置信息，并判断履带式移动工程机械是否处于所述导航轨迹上。
第一确认模块，用于若履带式移动工程机械在所述导航轨迹上，则根据所述导航轨迹对履带式移动工程机械进行移动控制。
第二位置判断模块，用于若履带式移动工程机械不在所述导航轨迹上，则在履带式移动工程机械朝向导航轨迹靠近的同时判断导航轨迹是否在履带式移动工程机械的最小转弯半径范围内。
第二确认模块，用于当导航轨迹处于履带式移动工程机械的最小转弯半径范围内时，以履带式移动工程机械的最小转弯半径范围和导航轨迹的交点作为前瞻点，以履带式移动工程机械的当前位置作为起点，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制，将履带式移动工程机械移动至导航轨迹上，以根据所述导航轨迹对履带式移动工程机械进行移动控制。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，第一位置判断模块具体包括：
卫星定位单元，用于根据卫星定位***，获取履带式移动工程机械的卫星定位信息。其中，所述卫星定位信息包括履带式移动工程机械的经纬度坐标和移动速度。
坐标变换单元，用于根据所述卫星定位信息进行坐标变换，获取履带式移动工程机械在地图中的所述当前位置信息。其中，所述地图为栅格地图。所述当前位置信息为直角坐标系坐标。
第一位置判断单元，用于根据所述当前位置信息，判断履带式移动工程机械是否处于所述导航轨迹上。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，所述地图为栅格地图。其中，障碍物区域周围设置有安全距离。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，导航模块具体用于：
初始化：将出发位置作为起点，加入待探索列表。初始状态时，待探索列表中只存在起点，取G值为0，H值为0。其中，G值为起点到工程机械运动更新位置点的距离、H值为当前点到目标点的估计距离。工程机械运动每运动至下一个栅格点，就计算一次G值与H值，并将当前所在栅格点记作当前点。
判断是否能够结束：如果待探索列表集合为空，则不存在路径。如果目标节点出现在待探索列表集合中,则找到了最短路径。
选择当前位置：从待探索列表集合中选取F值最小的节点作为当前节点并将其从待探索列表集合中移除，加入最近节点列表集合。其中，F值为节点的总代价。
更新邻居节点：对当前点的每个邻居节点进行探索，若未被访问，更新该节点的父节点为当前点，同时计算更新该节点的G值和H值，并将其加入待探索列表集合。其中，邻居节点和父节点是指与当前点在图中存在直接连接关系的节点，邻居节点指与给定节点直接相连的其他节点，父节点是指当前节点在图中的上一级节点。
重复上述步骤直到找到目标节点，获取导航轨迹，或者待探索列表集合为空，地图中不存在出发位置到目标位置导航轨迹。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制，具体包括步骤A1至步骤A6。
A1、当履带式移动工程机械移动至导航轨迹的转弯处时，获取导航轨迹转弯处的起点作为转弯起点，获取导航轨迹转弯处的终点作为前瞻点/>。
A2、根据所述转弯起点和所述前瞻点/>，获取前瞻量/>。
A3、获取履带式移动工程机械在转弯起点的起点位置信息。其中，所述起点位置信息包括履带式移动工程机械的位置坐标、移动速度和前进方向。
A4、根据所述前瞻量和所述起点位置信息，获取前瞻量/>方向和履带式移动工程机械移动方向之间的夹角/>，以及前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量/>。
A5、将前瞻量、夹角/>和分量/>输入基于航向角的差速控制模型，获取两侧履带的速度比值/>。
A6、根据履带式移动工程机械的移动速度和所述速度比值，分别获取两侧履带的PWM控制信号的占空比，以使两侧履带按照不同的速度运行从而进行转弯。其中，，式中，/>为左侧履带的PWM控制信号的占空比、/>为右侧履带的PWM控制信号的占空比、/>为两侧履带的速度比值。
实施例三、
本发明实施例提供了一种履带式移动工程机械，其包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序。所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如实施例一任意一段所说的一种履带式移动工程机械的移动控制方法。
实施例四、
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如实施例一任意一段所说的一种履带式移动工程机械的移动控制方法。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测（陈述的条件或事件）”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测（陈述的条件或事件）时”或“响应于检测（陈述的条件或事件）”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些内容以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其特征在于，包含：
获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置；其中，所述地图包含障碍物区域和道路区域；
根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹；
根据所述导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置；其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制；所述基于航向角的差速控制模型为： ，式中，为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
2.根据权利要求1所述的一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其特征在于，在获取导航轨迹之后，在根据所述导航轨迹对履带式移动工程机械进行移动控制之前，还包括：
获取履带式移动工程机械的当前位置信息，并判断履带式移动工程机械是否处于所述导航轨迹上；
若履带式移动工程机械在所述导航轨迹上，则根据所述导航轨迹对履带式移动工程机械进行移动控制；
若履带式移动工程机械不在所述导航轨迹上，则在履带式移动工程机械朝向导航轨迹靠近的同时判断导航轨迹是否在履带式移动工程机械的最小转弯半径范围内；
当导航轨迹处于履带式移动工程机械的最小转弯半径范围内时，以履带式移动工程机械的最小转弯半径范围和导航轨迹的交点作为前瞻点，以履带式移动工程机械的当前位置作为起点，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制，将履带式移动工程机械移动至导航轨迹上，以根据所述导航轨迹对履带式移动工程机械进行移动控制。
3.根据权利要求2所述的一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其特征在于，获取履带式移动工程机械的当前位置信息，具体包括：
根据卫星定位***，获取履带式移动工程机械的卫星定位信息；其中，所述卫星定位信息包括履带式移动工程机械的经纬度坐标和移动速度；
根据所述卫星定位信息进行坐标变换，获取履带式移动工程机械在地图中的所述当前位置信息；其中，所述地图为栅格地图；所述当前位置信息为直角坐标系坐标。
4.根据权利要求1所述的一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其特征在于，所述地图为栅格地图；其中，障碍物区域周围设置有安全距离；
根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹，具体包括：
初始化：将出发位置作为起点，加入待探索列表；初始状态时，待探索列表中只存在起点，取G值为0，H值为0；其中，G值为起点到工程机械运动更新位置点的距离、H值为当前点到目标点的估计距离；工程机械运动每运动至下一个栅格点，就计算一次G值与H值，并将当前所在栅格点记作当前点；
判断是否能够结束：如果待探索列表集合为空，则不存在路径；如果目标节点出现在待探索列表集合中,则找到了最短路径；
选择当前位置：从待探索列表集合中选取F值最小的节点作为当前节点并将其从待探索列表集合中移除，加入最近节点列表集合；其中，F值为节点的总代价；
更新邻居节点：对当前点的每个邻居节点进行探索，若未被访问，更新该节点的父节点为当前点，同时计算更新该节点的G值和H值，并将其加入待探索列表集合；其中，邻居节点和父节点是指与当前点在图中存在直接连接关系的节点，邻居节点指与给定节点直接相连的其他节点，父节点是指当前节点在图中的上一级节点；
重复上述步骤直到找到目标节点，获取导航轨迹，或者待探索列表集合为空，地图中不存在出发位置到目标位置导航轨迹。
5.根据权利要求1所述的一种履带式移动工程机械的移动控制方法，其特征在于，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制，具体包括：
当履带式移动工程机械移动至导航轨迹的转弯处时，获取导航轨迹转弯处的起点作为转弯起点，获取导航轨迹转弯处的终点作为前瞻点/>；
根据所述转弯起点和所述前瞻点/>，获取前瞻量/>；
获取履带式移动工程机械在转弯起点的起点位置信息；其中，所述起点位置信息包括履带式移动工程机械的位置坐标、移动速度和前进方向；
根据所述前瞻量和所述起点位置信息，获取前瞻量/>方向和履带式移动工程机械移动方向之间的夹角/>，以及前瞻量/>在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量/>；
将前瞻量、夹角/>和分量/>输入基于航向角的差速控制模型，获取两侧履带的速度比值/>；
根据履带式移动工程机械的移动速度和所述速度比值，分别获取两侧履带的PWM控制信号的占空比，以使两侧履带按照不同的速度运行从而进行转弯；其中，/> ，式中，/>为左侧履带的PWM控制信号的占空比、/>为右侧履带的PWM控制信号的占空比、/>为两侧履带的速度比值。
6.一种履带式移动工程机械的移动控制装置，其特征在于，包含：
初始数据获取模块，用于获取履带式移动工程机械所处环境的地图、移动控制的出发位置和目标位置；其中，所述地图包含障碍物区域和道路区域；
导航模块，用于根据所述地图、所述出发位置和所述目标位置，通过全局路径规划算法搜索最优路径，获取位于道路区域的导航轨迹；
移动控制模块，用于根据所述导航轨迹，对履带式移动工程机械进行移动控制，直至履带式移动工程机械移动至目标位置；其中，当履带式移动工程机械移动至转弯位置时，采用基于航向角的差速控制模型进行移动控制；所述基于航向角的差速控制模型为： ，式中，/>为两侧履带的速度比值、/>为转弯起点到转弯终点的前瞻量在垂直于履带式移动工程机械前进方向的分量、/>为前瞻量/>方向和履带式移动工程机械前进方向的夹角、/>为车体内侧宽度、/>为履带宽度。
7.一种履带式移动工程机械，其特征在于，包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如权利要求1至5任意一项所述的一种履带式移动工程机械的移动控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5任意一项所述的一种履带式移动工程机械的移动控制方法。
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| CN202310801465.6A CN116520855A (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种履带式移动工程机械及其移动控制方法、装置和介质 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117002479A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-11-07 | 上海联适导航技术股份有限公司 | 一种基于横摆角速度的履带式车辆轨迹跟踪方法 |
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-
2023
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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