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结构化道路无人清扫车规划算法研究
| 论文题名： | 结构化道路无人清扫车规划算法研究 |
| 关键词： | 无人清扫车;HybridA*;数值优化;遍历规划;结构化道路 |
| 摘要： | 新一轮的科技革命和产业革命正如火如荼，智能汽车已经成为全球汽车产业发展的战略方向。无人驾驶清扫车随着自动驾驶技术的兴起应运而生，是能够自主进行清扫作业的新一代清扫车，自动驾驶技术在清扫车上的应用和落地可以有效的提升城市环卫工作的效率和质量。 本文对结构化道路场景下无人清扫车规划算法进行研究。针对无人清扫车的作业特点以及结构化道路的场景特点，分别就任务规划、行为规划以及运动规划展开研究，本文的主要内容如下： （1）结构化道路中清扫车的任务规划问题。在任务规划中，本文通过将道路拓扑连接网络转换为加权有向完全图，从而把全局路由遍历规划搜索问题转换为ATSP问题，通过对高精度地图中路口处的车道剪枝，优化了搜索效率，对初步搜索出的遍历路径进行剪枝，提升了遍历路径质量。最后通过OSM格式地图获取多种结构化地图拓扑连接网络构建全局路由遍历搜索问题，并使用回溯算法、LKH算法及其LKH剪枝算法在CommonRoad环境中对问题进行求解，实验证明，使用LKH剪枝算法在加权有向完全图中搜索到的遍历路径能够满足无人清扫车的任务规划需要，搜索到的路径可以达到目标区域百分百覆盖，并且重复覆盖率低。 （2）构建了基于行为树和有限状态机的无人清扫车行为规划方案。根据无人清扫车在不同的作业场景下需要不同的运动规划方式的特性，本文基于行为树作场景识别，依据不同的场景调用不同的运动规划算法。在特殊场景作业方式的内部实现上使用有限状态机的方式引导车辆完成作业任务。二者结合的行为规划方式既能满足一般结构化道路情况下和直角弯工况下的清扫模式切换，也为未来作业场景的增加，保留了良好的可扩展性。 （3）建立了无人清扫车在结构化道路中一般清扫场景中的运动规划算法。通过对清扫车作业特点的分析，考虑贴边清扫的特性，基于道路中心线以及清扫车自身的参数构建伴生参考线，通过伴生参考线生成轨迹粗解，最后使用二次优化的方式，考虑车辆自身性能约束，道路约束，生成能够执行贴边清扫任务，并符合各种约束的限制的可执行轨迹。 （4）建立了特殊作业场景下的清扫作业的轨迹规划算法。基于参考线的轨迹生成算法难以应对直角弯清扫作业工况，本文提出HybridA*结合锚点的方法进行该场景下的遍历规划。首先识别直角弯，然后根据直角弯的类型以及角点的位置计算关键锚点，最后通过HybridA*算法规划的轨迹，引导清扫车遍历通过所有的锚点，完成了对直角弯工况的遍历清扫。 |
| 作者： | 彭云山 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 何磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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