露天矿场无人驾驶自卸车路径规划方法研究

作     者：黄佳德 刘勇 邓穆坤 梅文庆 

作者机构：株洲中车时代电气股份有限公司 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目（2021YFB2501800） 

主　　题：露天矿场 无人驾驶 clothoid曲线拓展 左行混合A* 离散点平滑 

摘      要：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，文章提出了基于clothoid曲线拓展的左行混合A*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*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*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。实验结果表明：所提出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*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；且得益于clothoid曲线拓展和可行域隧道缩减技术，其可有效应对装载、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，4千米路径平滑耗时只需76毫秒；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。