[发明专利]一种井下无人驾驶无轨胶轮车的路径规划方法

说明书

本发明公开了一种井下无人驾驶无轨胶轮车的路径规划方法，数据采集装置安装在有人驾驶的无轨胶轮车，然后匀速在井下巷道内行进，通过数据采集装置实时采集行进过程中的道路数据并反馈给NUC电脑，最终遍历整个井下巷道的行驶区域获得原始点云数据包；然后根据原始点云数据包依次通过算法先建立井下巷道三维点云地图，接着对三维点云地图进行分割，获得条带状地面点云，最后对条带状点云进行迭代漂移得到巷道中心点集；接着将得到的巷道线状中心点集拆分成若干段无分叉的点集；最终拼接成具有拓扑关系的井下巷道路网；最终根据该巷道路网进行路径规划。本发明得出的巷道路网能有效还原井下巷道的真实走向，确保无轨胶轮车以最短的时间到达目标点。

技术领域

本发明涉及一种无人驾驶车的路径规划方法，具体是一种井下无人驾驶无轨胶轮车的路径规划方法。

背景技术

近年来,随着科学技术的迅速发展,无人驾驶车辆已成为当今汽车领域研究的新热点,是未来汽车工业发展的主流方向。矿用无轨胶轮车作为煤矿井下辅助运输的重要组成部分,是制约煤炭开采量及生产效率的瓶颈。矿井辅助运输的工作环境较为恶劣,属于高危环境,如何实现其无人驾驶,对于减少财产损失及人员伤亡率,降低运输成本,提高采矿工作效率,具有重大的应用前景和战略价值。

路径规划是实现井下无轨胶轮车无人驾驶的基础。现今国内外路径规划主要的研究方向是在高速公路环境和城市道路环境下,而针对于井下特殊环境下的路径规划至今少有人提及。并且相对于地面道路，井下巷道结构复杂、狭窄多弯，使得在井下巷道环境下规划目标路径十分困难，费时费力。现有的方式一般首先对井下巷道进行抽象简化，但是这种方式对井下巷道真实走向还原度低，难以规划出实际最优路径。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种井下无人驾驶无轨胶轮车的路径规划方法，能有效还原井下巷道的真实走向，从而能在给出起点与终点的前提下，搜索出一条从起点至终点的实际最优路径，确保无轨胶轮车以最短的时间到达目标点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种井下无人驾驶无轨胶轮车的路径规划方法，具体步骤为：

(1)使用固态激光雷达、NUC电脑和移动电源搭建数据采集装置，NUC电脑分别与移动电源和固态激光雷达连接，所述NUC电脑的操作系统为Ubuntu18.04，并安装ROS与PCL库；

(2)将数据采集装置安装在有人驾驶的无轨胶轮车上，使无轨胶轮车在井下巷道内遍历所有行驶区域，数据采集装置的固态激光雷达实时采集数据并反馈给NUC电脑，最终采集获得原始点云数据包；

(3)根据采集到的数据，使用Cartographer算法离线建立井下巷道三维点云地图，其中设定地图原点为井口位置；

(4)对得到的三维巷道地图进行地面分割处理，使用Ground Plane Filter算法分割出地面点云数据，得到条带状地面点云；

(5)使用Meanshift算法对条带状点云进行迭代漂移，使边缘点向着道路中心聚集，从而使条带状分布的道路点细化成线状，得到巷道中心点集；

(6)由于井下巷道具有多个分叉点与端点，在得到的巷道中心点集中将所有巷道分叉点与端点手动标识出来，从而使巷道线状中心点集拆分成若干段无分叉的点集；

(7)根据各标识点之间线状点云数据，分段拟合出各路段中心线，最终拼接成具有拓扑关系的井下巷道路网；

(8)在进行路径规划时，首先确定起点与终点在巷道拓扑网络中的位置，然后使用Dijsktra算法搜索从起点至终点距离最短的路径，最终完成路径规划。