一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法

1.本发明涉及无人车驾驶的技术领域，尤其是涉及一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法。


背景技术：

2.在无人车驾驶领域，现成的无人驾驶导航方法在拥有整体全局地图的情况下，能够较为准确的导航到某个固定的目标点，展现出良好的导航性能。然而，在无整体全局地图的情况下，由于严重缺少障碍物信息，导致其导航不准，或者容易碰到障碍物，有非常大的安全隐患。若需要安全地进行跟随，需要采用算法进行实时定位和建图，对计算机资源消耗巨大，并且在建图时需要搭载昂贵的传感器，即使如此，因为计算资源不足，只能用缓慢的速度进行移动。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法，该方法可以有效的解决在没有整体全局地图的情况下，无人车对移动目标跟随的安全问题，为后续稳定的目标跟随提供安全保障。
4.为实现上述目的，本发明的基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法的具体技术方案如下：
5.一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法，包括以下步骤：
6.s1、在无人车上安装无线测距uwb传感器和超声波模块，超声波模块包括至少一个超声波传感器；
7.s2、利用无线测距uwb传感器采集移动目标的距离和角度信息，对其进行数据转换，获取无人车内部导航坐标系下的三维坐标，并将此坐标发送给无人车；
8.s3、通过无人车持续收到的移动目标当前状况下在内部导航坐标系下的三维坐标信息，在超声波模块没有检测到障碍物的情况下，无人车通过自身导航算法自主地向移动目标进行移动；
9.s4、无人车在向目标移动的过程中，当检测到前方有障碍物、且距离大于或等于0.5米时，则减速并转向；当检测到前方有障碍物、且距离小于0.5米时，则控制电机反向转动，立刻停下无人车；
10.s5、在正常运行时，重复s3、s4步骤，直至小车运行到移动目标附近；无人车上还可以安装光珀智能v2rb31深度相机，无人车的整体工作状态为：在任何时候，接收光珀智能v2rb31深度相机、dwm1000的uwb传感器的信息作为移动目标点的信息，并以此作为目标进行基于pi控制的导航，当w200d超声波模块检测到车的前方附近有障碍物的时候，进行规避，以保证无人车可以稳定的运行下去，并且因为大致方向永远是朝着移动目标点的，所以必定可以跟随上目标。
11.进一步，步骤s1中的超声波传感器采用w200d超声波传感器，无线测距uwb传感器
的型号为dwm1000。
12.进一步，步骤s2具体为：利用移动目标的距离和角度信息计算出在无人车坐标系下目标点的坐标，以此作为数据转换后的数据，作为移动目标的位置，并以此得到无人车内部导航坐标系下的三维坐标，并将无人车内部导航坐标系下的三维坐标通过ros话题发送给无人车。
13.进一步，步骤s3具体为：无人车通过ros话题收到移动目标的当前状况下在内部导航坐标系下的三维坐标信息，并以50hz的频率用超声波传感器的数据，若传感器的数据均大于100cm，则表示周围无障碍物，无人车通过对目标位置和自身位置的偏差进行pi调节，使无人车能够跟随移动目标；无人车通过对目标位置和自身位置的偏差进行pi调节，使无人车能够跟随移动目标具体为：在距离无人车和移动目标距离比较远的时候，用较快的速度进行跟随；在距离无人车和移动目标距离比较近的时候，用较慢的速度进行跟随，以便及时停下。
14.进一步，步骤s4具体为：在无人车向移动目标移动的过程中，超声波模块检测到无人车左前方0.5米到1米内有阻挡的障碍物时，则减速到原速度的一半并向右转向；超声波模块检测到无人车右前方0.5米到1米内有阻挡的障碍物时，则减速到原速度的一半并向左转向；无人车前方的障碍物距离不足0.5m时，此时已经达到最短刹车距离，则让电机反向转动，实现及时停车，以保障安全。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明提供了一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法，可以有效的解决在没有整体全局地图的情况下，无人车对移动目标跟随的安全问题，为后续稳定的目标跟随提供安全保障。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
18.图1为本发明的流程图；
19.图2为本发明的无人车的立体结构示意图；
20.图3为本发明的无人车的主视结构示意图；
21.图4为本发明的无人车的俯视结构示意图；
22.图5为本发明的无人车的侧视结构示意图；
23.图中标记说明：1、第一超声波传感器；2、第二超声波传感器；3、第三超声波传感器；4、第四超声波传感器；5、无人车；6、无线测距uwb传感器。
具体实施方式
24.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图和具体较佳实施方式，对本发明一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法做进一步详细的描述。
25.实施例1：
26.本发明提供一种技术方案：一种基于障碍物轮廓的无全局地图的无人车移动跟随方法，包括以下步骤，具体请参阅图1：
27.s1、在无人车5上安装无线测距uwb传感器6和超声波模块，超声波模块包括至少一个超声波传感器；超声波传感器采用w200d超声波传感器，无线测距uwb传感器6的型号为dwm1000；
28.s2、利用无线测距uwb传感器6采集移动目标的距离和角度信息，对其进行数据转换，获取无人车5内部导航坐标系下的三维坐标，并将此坐标发送给无人车5；
29.s3、通过无人车5持续收到的移动目标当前状况下在内部导航坐标系下的三维坐标信息，在超声波模块没有检测到障碍物的情况下，无人车5根据pi算法对目标进行跟踪移动；
30.s4、无人车5在向目标移动的过程中，超声波模块当检测到前方有障碍物、且距离大于或等于0.5米时，则减速并转向；超声波模块当检测到前方有障碍物、且距离小于0.5米时，则控制电机反向转动，立刻停下无人车5；
31.s5、在正常运行时，重复s3、s4步骤，直至小车运行到移动目标附近。
32.请参阅图2至图5，本实施例的具体步骤为：
33.步骤s1：在无人车5上安装无线测距uwb传感器6和超声波模块，超声波模块包括第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4；第二超声波传感器2和第三超声波传感器3安装在无人车5的车头，第一超声波传感器1和第四超声波传感器4安装在无人车5车头的两侧；
34.步骤s2：采用传感器，测出移动目标位置，并发送给无人车5，具体为，采用无线测距uwb传感器6采集到移动目标的信息，其中无线测距uwb传感器6的基站绑定在移动目标身上，无线测距uwb传感器6的接收端固定在无人车5上，所测得的数据为移动目标相对于无人车5的距离和在接收端坐标系下的角度，并将这个数据换算成三维坐标，以此得到无人车5内部导航坐标系下的三维坐标，并将无人车5内部导航坐标系下的移动目标的三维坐标发送给无人车5；
35.步骤s3：无人车5根据pi算法进行对目标跟踪，具体为，当目标点距离比较远的时候，会将无人车5的速度进行提高，提高的程度与其距离成反比；同时检测其距离的变化，如果距离越来越大，则说明无人车5此时速度还没跟上移动目标，接着提高无人车5的速度；如果距离快速变小，则说明无人车5即将达到目标，则降低其速度，以免与移动目标发生碰撞；并在此过程中实时使用超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4判断其一定距离内是否有障碍物，若有则进入步骤s4。
36.步骤s4：超声波判断一定范围内是否有障碍物，并做出相应控制；
37.其中所述一定范围内是指在距离如图中第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4的所测数据小于100cm的范围内；
38.其中所述相应控制是指在第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4的所测数据大于等于50cm，小于100cm范围时，将无人车5车速减少至原来的一半，并转向；
39.所述转向的方向由传感器数据决定，若第一超声波传感器1测得距离大于第四超声波传感器4测得距离，则向左转向；若第一超声波传感器1测得距离小于第四超声波传感
器4测得距离，则向右转向；若第一超声波传感器1测得距离等于第四超声波传感器4测得距离，则比较第二超声波传感器2和第三超声波传感器3的数据，若第二超声波传感器2测得距离大于第三超声波传感器3测得距离，则向左转向；若第二超声波传感器2测得距离小于第三超声波传感器3测得距离，则向右转向，若第二超声波传感器2和第三超声波传感器3所测得数据相等，则默认向左转向避开；若在第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4的所测数据小于50cm范围时，则控制电机反向转动，立刻停下无人车5。
40.步骤s5：判断无人车5是否达到了移动目标附近，若未达到移动目标附近则继续重复步骤s3、步骤s4；若已经达到移动目标附近则结束任务，具体为：停止无人车5电机的运行，并保持第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4的运行，保证在移动目标继续移动时，还能重新及时跟随上移动目标。
41.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。