基于积分链动力学和Gröbner基的露天矿自动驾驶车辆运动规划
朱德昇1
陈云超1
黄誌鹏1
杨健健2
杨克虎3
葛世荣4
1.中国矿业大学(北京)人工智能学院,北京 1000832.中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古 鄂尔多斯 0170103.中国矿业大学(北京)人工智能学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古 鄂尔多斯 017010;国家矿山安全监察局矿山重大灾害风险监测预警技术重点实验室,北京 1000834.中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古 鄂尔多斯 017010;国家矿山安全监察局矿山重大灾害风险监测预警技术重点实验室,北京 100083
摘要：露天矿自动驾驶能够减少作业人员数量,降低生产成本和安全风险,已成为露天矿智能化发展的重要方向.然而,由于当前自动驾驶算法规划的矿车行驶速度较为保守,导致其运输效率与有人驾驶相比还存在一定差距.为在不违反车路物理约束、保证行驶安全的前提下,尽可能提高规划速度,提出了一种基于积分链动力学和Gröbner基的露天矿既定运输路线运动规划方法.首先,根据矿车运动学特性和露天矿道路情况,综合考虑限速规则、道路曲率、地面附着力以及车辆前轮转角等条件,建立了既定运输路线全路段精细化速度约束曲线;随后,采用积分链动力学理论将露天矿自动驾驶运动规划问题表征为关于急动度作用时间的多元多项式方程组求解问题,利用Gröbner基理论将多元多项式方程组转化为带参数的正则化多项式系统,最终将运动规划问题等价为三角化多项式方程组的求解问题,实际部署中只需输入始末条件参数即可实现快速迭代求解,得到满足驾驶安全需求且加速度平滑的运动规划方案.利用该方法对内蒙古某露天矿真实运输路线的多个路段在不同的初始和终止条件下进行了运动规划,均能快速求得可行解;最后针对 3.61 km长的连续弯道往返路线进行了运动规划,与目前该矿有人驾驶矿车的实际运行记录相比,平均运行时间减少 10.7%,20 m的规划任务计算时间在 100 ms以内,表明该方法能有效提升露天矿车辆的运行效率.
关键词：露天矿自动驾驶Gröbner基运动规划最优速度
分类号：TD57(矿山运输与设备)TP18(自动化基础理论)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4703700)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 4679-4690 )
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