[发明专利]无驾驶室矿用自卸车自动作业系统及全流程作业方法

权利要求书

1.一种无驾驶室矿用自卸车自动作业系统，其特征在于，包括：决策层，根据所感知信息判断目前车辆所处的主状态，并实时判断是否需要避障；

规划层，根据所述主状态，进行对应的行驶路径规划；

控制层，根据决策层所决策的状态与规划层所规划路径判断正向行驶控制或逆向行驶控制，并输出对应的控制量。

2.根据权利要求1所述的一种无驾驶室矿用自卸车自动作业系统，其特征在于，所述决策层通过位置信息判断行驶区域，得到所处的主状态，并结合环境信息判断是否避障；

所述主状态指车辆在行驶经过不同的位置区域时，每个位置区域分别对应的车辆不同的行驶状态；所述主状态包括装载区、道路行驶区以及卸载区；

当车辆位于道路行驶区，遇到障碍物时，先判断边界信息，与边界距离小于安全阈值则避障停车；若大于安全阈值则进行障碍物信息判断，如判断为静态障碍物或低速障碍物，则判断可行驶区域是否满规划条件，满足则进行避障规划，否则避障停车；如判断为动态障碍物，则保持与目标障碍物之间的安全距离行驶，直至检测不到障碍物，按正常速度行驶；

当车辆位于装载区或卸载区时，检测到障碍物或车辆与装、卸载区边界小于一定阈值均按照避障停车处理。

3.根据权利要求2所述的一种无驾驶室矿用自卸车自动作业系统，其特征在于，

所述道路行驶区的子状态包括空载正向行驶与满载逆向行驶；

装载区的子状态包括正向驶入、停靠等待、正向装载、装载作业以及逆向驶出，主状态从道路行驶区跳转到装载区后，子状态为正向驶入，到达预停靠位后跳转为停靠等待，完成自预停靠位至装载点的路径规划后跳转为正向装载，到达装载点后跳转为装载作业，装载完成后跳转为逆向驶出，离开装载区后主状态跳转为道路行驶区，子状态变为满载逆向行驶；

卸载区的子状态包括逆向驶入、停靠等待、逆向卸载、卸载作业、正向驶出；主状态从道路行驶区跳转到卸载区后，子状态为逆向驶入，到达预停靠位后跳转为停靠等待，完成预停靠位至卸载点的路径规划后跳转为逆向卸载，到达卸载点后为卸载作业，完成卸载后跳转为正向驶出；离开装载区后主状态跳转为道路行驶区，子状态变为空载正向行驶。

4.根据权利要求1所述的一种无驾驶室矿用自卸车自动作业系统，其特征在于，所述规划层根据决策主状态机与子状态机信息进行对应规划，包括避障规划、装载区规划与卸载区规划；

所述避障规划：在前方检测到静态障碍物或低速动态障碍物情况下，决策跳转到避障规划状态，此时规划层根据决策层判断的安全距离，进行主路径偏移，偏移值为安全距离除2，并以当前点为基准以五次多项式进行平顺性过渡；

所述装载区规划：规划包括从预停靠位到装载位的正向行驶规划与从装载位出装载区的逆向行驶规划；使用Dubins曲线，通过切线与圆弧实现路径规划；

所述卸载区规划：规划包括从预停靠位到卸载位的逆向行驶规划与从装载位出装载区正逆向行驶规划，使用Dubins曲线，通过切线与圆弧实现路径规划。

5.根据权利要求1所述的一种无驾驶室矿用自卸车自动作业系统，其特征在于，所述控制层，根据决策层所判断的主状态与规划层下发的规划路径判断正向行驶控制或逆向行驶控制，并输出对应的控制量；

所述正向行驶控制：正向行驶采用纯跟踪加航向偏差补偿的控制算法；正向行驶时进行前轮转向，后轮不发转角命令，以车辆后轴中心作为当前点，计算公式为：

所述逆向行驶控制：逆向行驶采用纯跟踪加航向偏差补偿的控制算法，航向角偏差加180°；逆向行驶时只进行后轮转向，前轮不发转角命令，以车辆前轴中心作为当前点，计算公式为：

式中，δ为输出前轮转角，单位°；l_d为与当前位置与预瞄点直线距离，预瞄点根据不同车速沿着事先采集的路径索引；π为圆周率；所述α为当前点与预瞄点方位角偏差，单位弧度；k为航向角偏差补偿系数；所述β为当前点与预瞄点航向角偏差，单位弧度；所述R2D为弧度切换角度系数。