兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3320-3332.doi: 10.12382/bgxb.2023.0262
所属专题: 群体协同与自主技术
陶俊峰1, 刘海鸥1,*(), 关海杰1, 陈慧岩1, 臧政1,2
收稿日期:
2023-03-28
上线日期:
2023-07-09
通讯作者:
基金资助:
TAO Junfeng1, LIU Hai’ou1,*(), GUAN Haijie1, CHEN Huiyan1, ZANG Zheng1,2
Received:
2023-03-28
Online:
2023-07-09
摘要:
针对现有路径规划方法对地形特征考虑不足的问题,以无人履带车辆为研究对象,提出一种基于可通行度估计的路径规划方法。基于卷积长短期记忆(Conv LSTM)网络,从连续轨迹上提取激光雷达点云的空间特征和时间关联特征,融合车辆运动特征,估计地形可通行度。基于地形可通行度,改进A*算法的节点扩展方式和代价函数,输出满足无碰撞约束和低可通行代价的离散路点;使用无梯度迭代平滑算法减小路径松弛度和可通行度代价;再使用三次B样条曲线对离散路径进行拟合,输出平滑参考路径。以参考路径建立Frenet坐标系,构建基于可通行度代价的安全走廊,在满足无碰撞约束、低可通行度代价的前提下,在走廊内生成满足车辆运动学约束的平滑路径。试验结果表明,所提出的方法能够充分考虑地形特征,提升路径规划结果的稳定性和可通行性。
中图分类号:
陶俊峰, 刘海鸥, 关海杰, 陈慧岩, 臧政. 基于可通行度估计的无人履带车辆路径规划[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3320-3332.
TAO Junfeng, LIU Hai’ou, GUAN Haijie, CHEN Huiyan, ZANG Zheng. Path Planning of Unmanned Tracked Vehicle Based on Terrain Traversability Estimation[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(11): 3320-3332.
参数 | 数值 |
---|---|
车辆行驶速度v/(km·h-1) | 5 |
节点扩展半径上界Rmax/m | 3 |
节点扩展半径下界Rmin/m | 1.2 |
无梯度迭代平滑thresh/m | 0.0001 |
自适应采样smin/m | 0.3 |
自适应采样smax/m | 5 |
自适应采样κm/m-1 | 0.02 |
自适应采样κM/m-1 | 0.2 |
A*距离代价权重ωm | 10 |
A*可通行度代价权重ωi | 0.1 |
无梯度平滑路径长度代价权重ωs | 10 |
无梯度平滑可通行度代价权重ωt | 0.1 |
横向采样步长step/m | 0.2 |
可通行走廊最大宽度bw/m | 4 |
参考线偏差代价权重ωd | 0.01 |
平滑性代价曲率项权重ωκ | 20 |
平滑性代价曲率变化率项权重ωμ | 100 |
终点状态横向位置允许偏差Δl/m | 0.2 |
终点状态航向角允许偏差Δθ/(°) | 5 |
曲率上界κmax | 0.2 |
曲率变化率上界κ'max | 0.05 |
可通行度检测pr | 0.5 |
表1 试验参数
Table 1 Experimental parameters
参数 | 数值 |
---|---|
车辆行驶速度v/(km·h-1) | 5 |
节点扩展半径上界Rmax/m | 3 |
节点扩展半径下界Rmin/m | 1.2 |
无梯度迭代平滑thresh/m | 0.0001 |
自适应采样smin/m | 0.3 |
自适应采样smax/m | 5 |
自适应采样κm/m-1 | 0.02 |
自适应采样κM/m-1 | 0.2 |
A*距离代价权重ωm | 10 |
A*可通行度代价权重ωi | 0.1 |
无梯度平滑路径长度代价权重ωs | 10 |
无梯度平滑可通行度代价权重ωt | 0.1 |
横向采样步长step/m | 0.2 |
可通行走廊最大宽度bw/m | 4 |
参考线偏差代价权重ωd | 0.01 |
平滑性代价曲率项权重ωκ | 20 |
平滑性代价曲率变化率项权重ωμ | 100 |
终点状态横向位置允许偏差Δl/m | 0.2 |
终点状态航向角允许偏差Δθ/(°) | 5 |
曲率上界κmax | 0.2 |
曲率变化率上界κ'max | 0.05 |
可通行度检测pr | 0.5 |
MSE | MAE | RMSE | R |
---|---|---|---|
0.0005 | 0.0197 | 0.0236 | 0.8450 |
表2 Cp和C统计参数
Table 2 Statistical parameters of Cp and C
MSE | MAE | RMSE | R |
---|---|---|---|
0.0005 | 0.0197 | 0.0236 | 0.8450 |
规划方法 | 时间/ ms | 平均俯仰角/ ((°)·m-1) | 平均侧倾角/ ((°)·m-1)) | 平均曲率/ m-1 |
---|---|---|---|---|
本文方法 | 65 | 0.4942 | 1.0089 | 0.0332 |
文献[6]方法 | 105 | 2.4772 | 3.3869 | 0.0283 |
表3 场景C2规划路径指标对比
Table 3 Comparison of planned route indicators of C2
规划方法 | 时间/ ms | 平均俯仰角/ ((°)·m-1) | 平均侧倾角/ ((°)·m-1)) | 平均曲率/ m-1 |
---|---|---|---|---|
本文方法 | 65 | 0.4942 | 1.0089 | 0.0332 |
文献[6]方法 | 105 | 2.4772 | 3.3869 | 0.0283 |
[1] |
陈慧岩, 张玉. 军用地面无人机动平台技术发展综述[J]. 兵工学报, 2014, 35(10): 1696-1706.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.026 |
|
|
[2] |
doi: 10.1109/TITS.6979 URL |
[3] |
doi: 10.1002/rob.v26:4 URL |
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
doi: 10.1109/LSP.2016. URL |
[7] |
|
[8] |
doi: 10.17531/ein URL |
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
袁夏, 赵春霞. 一种激光雷达可通行区域提取算法[J]. 兵工学报, 2010, 31(12): 1702-1707.
|
|
|
[13] |
doi: 10.3390/s19112577 URL |
[14] |
黄庭鸿, 聂卓赟, 王庆国, 等. 基于区块自适应特征融合的图像实时语义分割[J]. 自动化学报, 2021, 47(5): 1137-1148.
|
|
|
[15] |
刘忠泽, 陈慧岩, 崔星, 等. 无人平台越野环境下同步定位与地图创建[J]. 兵工学报, 2019, 40(12): 2399-2406.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.12.002 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.12.002 |
|
[16] |
彭晓燕, 谢浩, 黄晶. 无人驾驶汽车局部路径规划算法研究[J]. 汽车工程, 2020, 42(1):1-10.
|
|
|
[17] |
周孝添, 任宏斌, 苏波, 等. 基于微分平坦的分层轨迹规划算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 394-405.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0756 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0756 |
|
[18] |
邓海鹏, 麻斌, 赵海光, 等. 自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 585-594.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.03.020 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.03.020 |
|
[19] |
doi: 10.1016/j.ymssp.2015.10.021 URL |
[20] |
|
[21] |
刘龙龙, 陈慧岩, 刘海鸥, 等. 基于拓扑路网的多挡无人履带平台路径重规划[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 279-289.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0827 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0827 |
|
[22] |
王博洋, 关海杰, 龚建伟, 等. 面向异构履带车辆的统一运动规划方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 241-251.
|
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2022.02.001 |
|
[23] |
田洪清, 王建强, 黄荷叶, 等. 越野环境下基于势能场模型的智能车概率图路径规划方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1496-1505.
|
|
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
doi: 10.1007/s12532-020-00179-2 |
[1] | 潘作栋,周悦,郭威,徐高飞,孙宇. 基于CB-RRT*算法的滩涂履带车路径规划[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1117-1128. |
[2] | 李松, 麻壮壮, 张蕴霖, 邵晋梁. 基于安全强化学习的多智能体覆盖路径规划[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 101-113. |
[3] | 卢颖, 庞黎晨, 陈雨思, 宋婉莹, 傅妍芳. 一种面向城市战的无人机路径规划群智能算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 146-156. |
[4] | 刘佳, 刘海鸥, 陈慧岩, 毛飞鸿. 基于融合特征的无人履带车辆道路类型识别方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1267-1276. |
[5] | 周孝添, 任宏斌, 苏波, 齐志权, 汪洋. 基于微分平坦的分层轨迹规划算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 394-405. |
[6] | 唐泽月, 刘海鸥, 薛明轩, 陈慧岩, 龚小杰, 陶俊峰. 基于MPC-MFAC的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 129-139. |
[7] | 胡致远, 王征, 杨洋, 尹洋. 基于人工鱼群-蚁群算法的UUV三维全局路径规划[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1676-1684. |
[8] | 郭威, 吴凯, 周悦, 孙洪鸣, 徐高飞, 高森. 基于蚁群算法的深海着陆车路径规划[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1387-1394. |
[9] | 张韬, 项祺, 郑婉文, 孙宇祥, 周献中. 基于改进A*算法的路径规划在海战兵棋推演中的应用[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 960-968. |
[10] | 陈雨荻, 熊智, 刘建业, 杨闯, 晁丽君, 彭杨. 基于海马体的面向未知复杂环境类脑导航技术综述[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2965-2980. |
[11] | 赵鹏程, 宋保维, 毛昭勇, 丁文俊. 基于改进的复合自适应遗传算法的UUV水下回收路径规划[J]. 兵工学报, 2022, 43(10): 2598-2608. |
[12] | 田洪清, 王建强, 黄荷叶, 丁峰. 越野环境下基于势能场模型的智能车概率图路径规划方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1496-1505. |
[13] | 邓海鹏, 麻斌, 赵海光, 吕良, 刘宇. 自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 585-594. |
[14] | 孙鹏耀, 黄炎焱, 潘尧. 基于改进势场法的移动机器人路径规划[J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 2106-2121. |
[15] | 赵梓烨, 刘海鸥, 陈慧岩. 分布式电驱动无人高速履带车辆越野环境轨迹预测方法研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(4): 680-688. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||