一种摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114967722A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210657895.0(22)申请日2022.06.10(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区紫竹院街道中关村南大街5号(72)发明人尹旭峰阚沁茹李梦凯李雪原苑士华(74)专利代理机构北京盛询知识产权代理有限公司11901专利代理师马文巧(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图8页(54)发明名称一种摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法(57)摘要本发明公开了一种摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，包括：构建用于跨越台阶障碍的摇臂式机动平台；对摇臂式机动平台设置激光雷达；采集障碍物的轮廓、高度、坡度、位置信息、俯仰角空间变量和摇臂关节空间变量；设计摇臂式机动平台的越障运动步态；对摇臂式机动平台进行跨越障碍的状态分析，获取状态分析结果；基于越障运动步态与状态分析结果进行障碍跨越。本发明推导提出了自主越障动作序列中关键姿态的概念，并以此为基础，设计了一种遵循最小运动代价准则的姿态规划方法，可以实现障碍物感知定位和分类、有序规划越障姿态、自适应调整越障动作幅度。CN114967722ACN114967722A权利要求书1/3页1.一种摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征在于，包括以下步骤：构建用于跨越台阶障碍的摇臂式机动平台；对所述摇臂式机动平台安装二维激光雷达；基于所述激光雷达采集障碍物的高度、坡度、位置信息，进行台阶障碍特征检测与越障过程中的参考点检测，并在越障过程中，实时更新机体与障碍物参考点的距离，补全上一阶段传感器盲区位置的环境信息；设计所述摇臂式机动平台的越障运动步态；对所述摇臂式机动平台进行跨越障碍的状态分析，获取状态分析结果；基于所述越障运动步态与所述状态分析结果进行障碍跨越。2.根据权利要求1所述的摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征在于，对所述摇臂式机动平台设置激光雷达的过程包括：将激光雷达安装于摇臂机动平台车体侧面，扫描平面与车身侧表面平行，并使激光雷达的扫面平面夹在摇臂与车身之间。3.根据权利要求1所述的摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征在于，设计所述摇臂式机动平台的越障运动步态的过程包括：构建越障步态规则与越障步态模型；基于所述越障步态规则与所述越障步态模型进行越台阶过程的摇臂状态切换；基于所述摇臂状态切换构建越台阶障碍动作序列。4.根据权利要求1所述的摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征在于，对所述摇臂式机动平台进行跨越障碍的状态分析的过程包括：对所述摇臂式机动平台进行质心位置估计；计算越台阶过程中的车轮工作空间与过渡状态的摇臂工作空间；分析越台阶过程中的稳定性约束与防碰撞约束；基于最小运动代价准则对摇臂式机动平台越台阶的全过程进行分析，优化越台阶过程中的关键姿态。5.根据权利要求3所述的摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征在于，所述越障步态规则包括：每个摇臂包括三种状态：向前、腾空和向后；所述向前表示车轮接触地面，摇臂较初始位置向前旋转；所述腾空表示使用摇臂抬起车轮以允许车轮通过障碍物的状态；所述向后状态表示车轮接触地面，摇臂较初始位置向后旋转；每个悬架的车轮只有在摇臂腾空状态下才可以通过障碍物；每个摇臂在越障前后依次以向前、腾空、向后的顺序改变状态；最前方摇臂的状态按向前、腾空、向前的顺序变化，位于最后方摇臂的状态按向后、腾空、向后的顺序变化。6.根据权利要求3所述的摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征在于，所述越台阶障碍动作序列包括：前轮越障阶段：前摇臂由支撑相转变为摆动相，改变整车质心位置，扩大支撑边界，前轮抬升至台阶高度，驱动支撑相车轮控制车辆向前行驶，直至前轮接触台阶上平台，所有摇臂均为支撑相，前轮越障结束；所述支撑相包括处于向前状态和向后状态的摇臂，所述摆动相包括处于腾空状态的摇2CN114967722A权利要求书2/3页臂；中轮越障阶段：中摇臂由支撑相转变为摆动相，中摇臂在腾空状态下朝远离地面方向转动，使达到中间车轮达到台阶高度，同时，支撑相抬高整车质心直至超过台阶高度，中间车轮达到台阶高度，支撑相车轮驱动整车向前行驶，直至中间车轮接触台阶上平台且车身不与台阶发生干涉，中间摇臂转换为向后状态，所有摇臂均为支撑相，中轮越障结束；后轮越障阶段：后摇臂由支撑相转变为摆动相，剩余支撑相调整车身姿态，扩大支撑边界，车身后端抬高，直至俯仰角为0；摆动相调整后车轮高度，所有车轮处于同一水平高度，支撑相车轮驱动整车向前行驶，直至后轮接触台阶上平台，所有摇臂均为支撑相，后轮越障结束；支撑相调整车身姿态，使整车恢复至初始状态。7.根据权利要求4所述的摇臂式机动平台自主越台阶障碍方法，其特征