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狹窄環(huán)境下牽引車-掛車系統(tǒng)基于環(huán)境和行為的搜索軌跡規(guī)劃方法
仿真在MATLAB 2022b中運行，并在具有Inter i7-12700H CPU和運行頻率為2.30GHz的16GB RAM的計算機(jī)上執(zhí)行。參數(shù)定義及取值如表1所示。障礙物在二維地圖中可以抽象為如圖3(a)所示的凸多邊形和非凸多邊形。某些類型的非凸障礙物對TTS規(guī)劃任務(wù)提出了額外的挑戰(zhàn)，因為它們的凹區(qū)域可能導(dǎo)致更多的搜索消耗，如圖3(b)所示的死胡同。因此，我們對幾種典型情況進(jìn)行了測試，以驗證HA-JPS的規(guī)劃效率、軌跡可行性和完整性。
圖3. 障礙物的分類和測試圖的組成。
如圖3(a)所示。某些類型的非凸障礙物對TTS規(guī)劃任務(wù)提出了額外的挑戰(zhàn)，因為它們的凹區(qū)域可能導(dǎo)致更多的搜索消耗，如圖3(b)所示的死胡同。因此，我們對幾種典型情況進(jìn)行了測試，以驗證HA-JPS的規(guī)劃效率、軌跡可行性和完整性。
A.規(guī)劃的效率表現(xiàn)
包含一輛拖車()的TTS在狹窄的走廊中進(jìn)行了兩次90度轉(zhuǎn)彎和一次u型轉(zhuǎn)彎的測試，如圖4所示。當(dāng)經(jīng)過一個相對開放的環(huán)境(圖4(a)和圖4(b))時，兩種算法搜索的路徑相同，而我們的方法耗時更短(1.659405秒比2.200872秒)。當(dāng)環(huán)境變得更窄時(圖4(c)和圖4(d))，我們的方法在更短的時間消耗方面的優(yōu)勢進(jìn)一步被證明(1.839772秒比4.313189秒)。
此外，在如圖2所示的環(huán)境中，對包含不同數(shù)量拖車()的TTS進(jìn)行了測試。在圖4(c)和圖4(d)中，MHA和HA-JPS的時間消耗比較見表2。在三種情況下，時間消耗分別減少了57%、65%和66%。
表2. 對比仿真結(jié)果。
B. 軌跡的可行性表現(xiàn)
主要從防止不必要的倒車和非凸避障兩個方面考察了HA-JPS的軌跡可行性。倒車確實增加了找到最優(yōu)路線的概率，但它可能不受用戶的喜愛，甚至在攜帶大載荷時也不可行。因此，為TTS規(guī)劃一個可行的軌跡，避免不必要的反轉(zhuǎn)是合理的。另一個值得考慮的問題是環(huán)境中的非凸障礙物，這可能會將搜索誤導(dǎo)到死胡同，并加劇時間消耗。本小節(jié)將通過對比實驗演示HA-JPS軌跡的可行性，并展示以上兩方面的改進(jìn)。
圖4. MHA(左)和HAJPS(右)在相對開放(上)和相對狹窄(下)環(huán)境下的性能比較。
在倒車預(yù)防譜上，如圖5所示，TTS ()在應(yīng)用MHA時進(jìn)行了3次倒車(圖5(a))，這對于RBV規(guī)劃是可以接受的，但對于TTS來說是極不可能的。相比之下，HA-JPS能夠以更少的時間(23.623835秒比71.112108秒，圖5(b))規(guī)劃無倒車軌跡。在非凸避障譜上，如圖6所示，MHA和HA-JPS都成功規(guī)劃了一條軌跡()， HA-JPS通過擴(kuò)展較少的節(jié)點減少了進(jìn)入死角的搜索程度，從而減少了時間消耗(6.644171秒比15.090989秒)。
圖5. MHA(左)與HA-JPS(右)預(yù)防倒車動作的比較
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