一种基于Clothoid曲线的无人机路径规划算法

提出了一种新的基于Clothoid曲线的无人机复合路径规划算法。该算法考虑了无人机在起点和目标点的方向以及无人机转弯半径的约束,能够在任意起止点位置和方向下得到更短的曲率连续的便于无人机飞行控制跟踪实现的Clothoid复合路径。与现有的基于微分几何的迭代算法相比,该算法迭代简单在给定范围内选择迭代初值,可以得到惟一解。

Clothoid曲线拟合及插补方法

为了提高自由曲线、曲面的加工性 ,在对自由曲线、曲面拟合方法研究的基础上 ,介绍一种曲率连续的自由曲线、曲面拟合法———Clothoid曲线法 。

机器人拐角轨道的光滑设计研究——Clothoid曲线接续法

该论文研究了回旋曲线的基本特性,并将该曲线用于机器人拐角轨道的光滑设计领域.用回旋曲线设计的拐角轨道.曲率连续变化.具有很好的光滑性.可以提高机器人的运动速度和运动平稳性,从而提高作业精度.

用G^1 5次PH曲线等弧长逼近clothoid曲线

PH曲线是弧长为多项式的Bézier曲线,其等距线可用有理多项式表示.由clothoid曲线端点的G1 Hermite插值条件,构造对应等弧长的最佳G1 5次PH插值曲线,以此作为逼近.利用微分几何中的Frenet-Serret公式和经典的Taylor展开式,推导该逼近方式的误差、等距线误差和曲率误差.最后,给出在误差范围内,将clothoid曲线转化为等弧长G1 5次PH样条及等距线生成的算法.

型腔高速加工环间移刀轨迹优化——Clothoid曲线

为提高高速加工中的加工精度和效率,根据型腔加工中环切法的特点,及环间法向移刀的刀具轨迹不光滑,铣削力大且不平稳,提出了Clothoid曲线的环间移刀方法,对刀具轨迹进行优化.实验表明,Clothoid曲线过渡更平稳,铣削力更小.

露天矿场无人驾驶自卸车路径规划方法研究

针对矿用自卸车在露天矿场环境下的路径左行要求以及长距离运输路径的平滑效率问题,提出了基于Clothoid曲线拓展的左行混合A*算法和离散点对角向量模最小化平滑算法相结合的路径规划方法。首先,在混合A*算法节点拓展搜索过程中,采用Clothoid曲线代替传统圆弧进行拓展,以保证混合A*搜索路径的曲率连续性和曲率变化率限制要求。然后,利用左行规则改进混合A*算法累加代价和启发代价,在累加代价中加入左转代价和碰撞吸引代价保证路径向左和沿地图边界左侧进行规划,在启发代价中根据拓展方向与地图边界最近点的左右位置关系调整拓展代价得到利于左行的启发代价图,以生成左行全局粗略路径。最后,结合二次规划技术,以离散点对角向量模最小化为目标函数,坐标轴方向移动量为约束,构建平滑优化模型,对全局路径进行平滑,同时为防止平滑过程中曲率超限超出车辆转向响应能力,利用大曲率点可行域隧道缩减技术,限制大曲率点平滑可移动量。试验结果表明:所提方法可以生成适应矿区左行规则的沿地图左侧边界行驶的全局路径;启发代价的改进有效地减少了混合A*算法拓展的节点数量,有利于更好实现左行;离散点路径平滑方法有效提高了全局路径的平滑度,利于车辆控制跟踪;Clothoid曲线拓展与可行域隧道缩减技术可有效应对装载、卸载等大曲率路径,不存在曲率超限情况;对比不同长度路径规划耗时数据,路径平滑算法有效降低了路径规划的总耗时,4 km路径平滑耗时只需76 ms;左行规划的实现和总耗时的减少提高了路径对于矿区场景的适应性。

两段广义Clothoid螺线GC^2拼接及优化

讨论两段广义Ｃｌｏｔｈｏｉｄ螺线的ＧＣ２拼接，并着重考虑其优化问题．

面向新型列控系统的电子轨道地图数据约简方法研究

电子轨道地图是新型列控系统基于卫星导航的列车定位的重要参考源。为满足地图精度高、存储量低的要求,针对轨道线路数据约简方法开展研究。在面向直线表达的线路数据方面,对道格拉斯普克算法和基于线路数据航向角特征约束的约简2种算法的差异性进行比较;在此基础上面向线路数据的直线和曲线混合表达,提出一种基于Clothoid曲线的约简算法。利用曲线DP算法和垂直投影误差要求,得到Clothoid曲线片段,实现轨道圆曲线和直线的分段,提高线路数据的约简率,保障生成地图的精度。为验证提出方法的有效性,选取京沈高铁北票东—阜新北的线路数据进行分析,实验结果表明,基于Clothoid曲线拟合生成的轨道段满足0.5 m垂距精度和0.2 m测量精度,约简率达99.5%,证明提出的方法能够满足新型列控系统电子轨道地图数据约简的要求。

无人驾驶汽车垂直泊车路径规划、跟踪实验设计及评价

为了解决无人驾驶汽车垂直泊车路径曲率不连续、原地转向等问题设计该实验。首先,分析了“圆弧-直线”型泊车路径特点,考虑泊车曲率约束、碰撞约束和安全距离等约束,规划出回旋曲线、圆弧和直线相组合的垂直泊车路径,路径平缓光滑,曲率变化连续。其次,基于模型预测控制建立了泊车路径跟踪控制方法,仿真结果表明,该方法跟踪精度较高,最大跟踪误差为0.023 m。然后,基于百度Apollo自动驾驶开发者套件对泊车路径规划和跟踪方法进行了实验设计和实车验证。最后,建立了主客观融合的泊车性能评价方法,对车位搜索性能和泊车性能进行评价。

基于回旋曲线的垂直泊车路径规划

为解决垂直车位自动泊车路径规划问题,提出了一种算力要求低、泊车空间小的路径规划方法。首先,考虑泊车过程中碰撞约束、汽车运动学约束要求,基于直线-圆弧组合的方式,进行垂直泊车的一步和多步基础路径规划。然后,结合回旋曲线进行曲率优化,实现泊车路径的曲率平滑。最后利用仿真验证方法的可行性,结果表明:对于不同的横向泊车空间以及不同的初始姿态角,该方法均能够规划出安全、平滑的泊车路径。

四轮转向车辆转向解耦的双点跟踪控制

针对四轮转向(4WS)无人车辆路径跟踪中的过约束问题,本文提出一种前后轮转向解耦的双点跟踪控制策略.建立4WS车辆单轨运动学模型,约束前后轮转向角速度,规划曲率连续的回旋曲线参考位姿序列,将其解耦为前后轴中心的双点参考轨迹;以前后轮中心点为控制点,采用非线性反馈控制的预瞄方法分别获得转向控制率,双点跟踪误差指数收敛于0.仿真和实车验证结果表明,所提出的双点跟踪控制策略横向误差标准差减少0.2 m,横摆角误差标准差减小3.0◦,具有更大的前后轮转角控制域和较高的跟踪精度.

基于回旋曲线的远程驾驶轨迹预测法

作为自动驾驶的安全冗余,远程驾驶技术可在特殊环境下为远程操作人员提供便利。然而由于信息传输时延的存在,驾驶员对车辆实时位置的估计是个非常棘手的问题。针对这类问题,设计一种回旋曲线轨迹预测模型,并通过调整模型输入参数对其进行优化。通过在回传视频图像上叠加虚拟车辆的方式,将预测结果直观、动态地展示在驾驶员的眼前。结果表明,修正过的回旋曲线预测法可至少提高28.2%的预测精度,误差值可降至10 cm以内,基本满足远程驾驶的需求。

RE/RP集成系统中基于STL的精确分层方法

为克服STL网格化文件存在容易丢失精度等固有缺陷,提出基于STL的精确自适应分层系列算法,从提高分层截面的轮廓曲线精度出发,同时考虑到后续数控插补的适应性,采用曲率连续的适应性强的Clothoid曲线拟合算法,重构曲线轮廓并得到拟合加工点;同时在自适应分层中采用垂直轮廓参考曲线上点的切线角决定切片的厚度,有效提高了切片精度和效率,最后采用熔融沉积成形系统进行快速成形验证。结果表明,该方法有效减小了原有的STL格式文件的固有误差,提高了快速成形制件的加工表面质量和效率。

复杂型腔环切拐角过渡刀轨生成技术

针对环切刀轨中存在的拐角及残区问题,提出采用三段式Clothiod曲线光滑拼接的方法进行过渡优化。首先,借鉴骨架线提取的原理判断拐角残区并提取出残区步长;然后,在残区步长的基础上,选取过渡控制点和初始插入点作为曲线过渡的特征点;最后,在特征点的约束下,将曲线和直线进行过渡连接,并保证过渡曲线的C2阶连续。仿真加工测试结果表明,该方法能有效切除环切拐角残余并实现刀轨的平稳过渡,同时能很好地缩短加工时间和提高整体的加工质量。

一种机器人轨迹规划的新方法

为了使机器人具有良好的运动特性，本文从机器人轨迹规划出发，采用了Ｃｌｏｔｈｏｉｄ 曲线生成机器人各关节运动轨迹；该方法利用Ｃｌｏｔｈｏｉｄ 曲线的Ｃ２ 连续性，优化机器人各关节的运动性能，最终改善了机器人的运动特性。

回旋线与三次抛物线缓和曲线线形及设计参数对比探讨

线路设计时,采用正确的缓和曲线线形是保证列车安全平稳运行的关键。缓和曲线线形的选择应重视交通类型及运行条件。本文从线形方程特征参数、轨道动力特性和线路测设计算等方面,对三次抛物线和回旋线用作缓和曲线的适用性进行对比分析。研究结果表明,铁路等轮轨轨道交通中,缓和曲线不能用回旋线简单替代三次抛物线。最后,提出了三次抛物线设计参数的具体确定方法,为铁路线路设计、轨道施工和后期养护维修提供技术指导。

一种自由曲线拟合及插补方法

为了提高自由曲线、曲面的加工性能 ,本文在对自由曲线、曲面拟合方法研究的基础上 ,介绍一种曲率连续的自由曲线、曲面拟合法—— Clothoid曲线法 ,并详细推导了

关键节点和平滑处理的PRM路径优化方法

针对移动机器人路径规划采用的概率路图(Probabilistic Roadmap,PRM)算法存在路径拐点过多以及部分转角过陡的问题,提出一种PRM路径优化方法。PRM算法在构建路径网络图时采用随机采样,路径并非最优,路径节点过多,使用Douglas-Peucker(D-P)算法提取PRM算法生成初始路径节点中的关键节点,用关键节点代替原来的初始路径节点,以减少路径中拐点的个数。使用Clothoid曲线对新生成的路径进行平滑处理,达到路径优化的目的。仿真结果表明该优化方法能减少路径节点的个数,并使路径更加平滑。

考虑换道约束空间的车辆换道模型研究

为进一步提高换道安全性,根据不同换道需求给出四种换道情形。针对不同类型司机在不同换道情形下对安全距离的敏感度不同,提出了一种新的基于不同速度及不同司机类型的最小安全距离模型———动态椭圆最小安全距离模型。在此基础上,运用车辆运动学理论,生成换道约束空间。通过Matlab仿真对比发现,该模型较之传统最小安全距离模型在相应情形下的约束空间具有更高的安全性和灵活性。然后利用摄像机标定方法对北京市朝阳区西大望路的实际换道拍摄的图像进行处理,获取了双车道、低速情况下实际换道轨迹。并在换道约束空间下,以更加适合双车道、低速换道环境的圆弧换道轨迹为基础生成换道轨迹,最后采用回旋曲线解决了圆弧换道模型的侧向加速度过大,曲率不连续等问题。

基于曲率平滑的智能车辆道路跟踪控制

推导了车辆转向动力学状态方程.利用GPS全球定位系统和数字地图提供的道路曲率信息,提出了一种回旋曲线道路曲率平滑算法.对道路曲率发生突变的路段进行平滑处理,从而消除道路曲率突变.仿真实验结果表明,该算法能够有效减小车辆道路跟踪误差,提高驾驶舒适度.