一种无人履带车辆垂直越障控制方法、系统、设备及介质

1.一种无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，所述无人履带车辆垂直越障控制方法包括：获取当前时刻无人履带车辆的驱动电机的传感器观测数据，计算特征数据；所述特征数据包括：垂向位移的最大最小差值、俯仰角的最大最小差值、垂向位移速度的平均值和俯仰角速度的平均值；基于所述特征数据，采用接触模式分类模型确定无人履带车辆的接触模式类别集合；所述接触模式分类模型是通过样本特征数据对SVM模型进行训练得到的；根据所述接触模式类别集合确定当前时刻无人履带车辆的垂直越障阶段；根据不同垂直越障阶段对应的无人履带车辆-地面-障碍物局部运动估计方程，计算当前时刻垂直越障阶段的参考点的参考轨迹；所述无人履带车辆-地面-障碍物局部运动估计方程包括：无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程无人履带车辆-地面局部运动估计方程；所述参考点包括：无人履带车辆的扭力轴的轴心和无人履带车辆的驱动轮的轮心；所述扭力轴的轴心包括：第一对负重轮的扭力轴的轴心、第二对负重轮的扭力轴的轴心、第三对负重轮的扭力轴的轴心和第四对负重轮的扭力轴的轴心；基于当前时刻垂直越障阶段的参考点的参考轨迹，采用整车垂直越障运动学模型，确定无人履带车辆的车体位姿观测点的越障轨迹；根据无人履带车辆的车体位姿观测点的越障轨迹，确定无人履带车辆的驱动电机的参考转速；基于所述参考转速，采用PID控制器对所述无人履带车辆的驱动电机机芯控制，实现无人履带车辆垂直越障控制。 2.根据权利要求1所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，所述垂直越障阶段包括：第一垂直越障阶段、第二垂直越障阶段、第三垂直越障阶段、第四垂直越障阶段、第五垂直越障阶段、第六垂直越障阶段、第七垂直越障阶段和第八垂直越障阶段；当无人履带车辆的驱动轮与障碍物接触，且接触点沿所述驱动轮外轮廓滚动时，确定无人履带车辆处于第一垂直越障阶段；当无人履带车辆的驱动轮与无人履带车辆的第一对负重轮之间的悬空履带与障碍物接触，且接触点沿无人履带车辆的驱动轮与无人履带车辆的第一对负重轮之间的悬空履带方向移动时，确定无人履带车辆处于第二垂直越障阶段；当无人履带车辆的第一对负重轮与障碍物接触，且接触点沿所述第一对负重轮外轮廓滚动时，确定无人履带车辆处于第三垂直越障阶段；当无人履带车辆的第一对负重轮与对无人履带车辆的第二对负重轮之间的悬空履带与障碍物接触，且接触点沿无人履带车辆的第一对负重轮与对无人履带车辆的第二对负重轮之间的悬空履带方向移动时，确定无人履带车辆处于第四垂直越障阶段；当无人履带车辆的第二对负重轮与障碍物接触，且接触点沿所述第二对负重轮外轮廓滚动时，确定无人履带车辆处于第五垂直越障阶段；当无人履带车辆的第二对负重轮与无人履带车辆的第三对负重轮之间的悬空履带与障碍物接触，且接触点沿无人履带车辆的第二对负重轮与无人履带车辆的第三对负重轮之间的悬空履带方向移动时，确定无人履带车辆处于第六垂直越障阶段；当无人履带车辆的第三对负重轮与障碍物接触，且接触点沿第三对负重轮外轮廓滚动时，确定无人履带车辆处于第七垂直越障阶段；当无人履带车辆的第四负重轮与障碍物接触，且无人履带车辆的重心通过障碍物，无人履带车辆的姿态回正时，确定无人履带车辆处于第八垂直越障阶段。 3.根据权利要求2所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，第一垂直越障阶段的无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程的表达式为：第二垂直越障阶段的无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程的表达式为：其中，α′ d,1 (t+1)为第一垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d与接触点连线相对于水平方向的夹角；α′ d,1 (t)为第一垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d与接触点连线相对于水平方向的夹角； 为无人履带车辆的行驶效率；Δrot为无人履带车辆的驱动轮的转动角度；y′ d,1 (t+1)为第一垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；y′ d,1 (t)为第一垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z′ d,1 (t+1)为第一垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；z′ d,1 (t)为第一垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；β d ′ ,2 (t+1)为第二垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的履带与接触点相对于水平方向的夹角；β d ′ ,2 (t)为第二垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的履带与接触点相对于水平方向的夹角；Δβ d ′ ,2 为第二垂直越障阶段单位时间内无人履带车辆的履带与接触点相对于水平方向的夹角的变化值；y′ d,2 (t+1)为第二垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；y′ d,2 (t)为第二垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；Δtk为无人履带车辆的履带转动长度；z′ d,2 (t+1)为第二垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；z′ d,2 (t)为第二垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标。 4.根据权利要求2所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，第三垂直越障阶段、第五垂直越障阶段和第七垂直越障阶段的无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程的表达式相同；第三垂直越障阶段、第五垂直越障阶段和第七垂直越障阶段的无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程的表达式为：其中，γ′ g,i (t+1)为第i垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角；γ′ g,i (t)为第i垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角；△γ′ g,i 为第i垂直越障阶段单位时间内无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的变化值；γ′ gmin 为无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的最小限制值；γ′ gmax 为无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的最大限制值；α′ g,i (t+1)为第i垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的轮心与接触点连线相对于水平方向的夹角；α′ g,i (t)为第i垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的轮心与接触点连线相对于水平方向的夹角；ρ roll 为无人履带车辆的滚动效率；△tk为无人履带车辆的驱动轮的转动角度；R load 为无人履带车辆的负重轮的半径；y′ g,i (t+1)为第i垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；y′ g,i (t)为第i垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标； 为无人履带车辆的行驶效率；±为无人履带车辆的平衡轴顺时针转动和逆时针转动，其中，+为无人履带车辆的平衡轴顺时针转动，-为无人履带车辆的平衡轴逆时针转动；L susp 为无人履带车辆的平衡轴长度；z′ g,i (t+1)为第i垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；z′ g,i (t)为第i垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标。 5.根据权利要求2所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，第四垂直越障阶段和第六垂直越障阶段的无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程的表达式相同；第四垂直越障阶段和第六垂直越障阶段的无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程的表达式为：其中，γ′ g,j (t+1)为第j垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角；γ′ g,j (t)为第j垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角；△γ′ g,j 为第j垂直越障阶段单位时间内无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的变化值；γ′ gmin 为无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的最小限制值；γ′ gmax 为无人履带车辆第g个负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的最大限制值；β j ′(t+1)为第j垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的履带与接触点相对于水平方向的夹角；β j ′(t)为第j垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的履带与接触点相对于水平方向的夹角；△β j ′为第j垂直越障阶段单位时间内无人履带车辆的履带与接触点相对于水平方向的夹角的变化值；y′ g,j (t+1)为第j垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；y′ g,j (t)为第j垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标； 为无人履带车辆的行驶效率；△tk为无人履带车辆的驱动轮的转动角度；L susp 为无人履带车辆的平衡轴长度；z′ g,j (t+1)为第j垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；z′ g,j (t)为第j垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标。 6.根据权利要求2所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，第一到七垂直越障阶段的无人履带车辆-地面局部运动估计方程的表达式为：其中，γ′ 4,r (t+1)为第r垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆第四对负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角；γ′ 4,r (t)为第r垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆第四对负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角；△γ′ 4,r 为第r垂直越障阶段单位时间内无人履带车辆第四对负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的变化值；γ′ 4min 为无人履带车辆第四对负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的最小值；γ′ 4max 为无人履带车辆第四对负重轮的扭杆悬挂相对于水平方向的夹角的最大值；y′ 4,r (t+1)为第r垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；y′ 4,r (t)为第八垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标； 为无人履带车辆的行驶效率；△tk为无人履带车辆的驱动轮的转动角度；L susp 为无人履带车辆的平衡轴长度；z′ 4,r (t+1)为第r垂直越障阶段的t+1时刻无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；z′ 4,r (t)为第r垂直越障阶段的t时刻无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标。 7.根据权利要求2所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，其特征在于，整车垂直越障运动学模型的表达式为：约束条件:y(t m-1 )+min(v y )Δt≤y(t m )≤y(t m-1 )+max(v y )Δtz(t m-1 )+min(v z )Δt≤z(t m )≤z(t m-1 )+max(v z )Δt其中，y′ 4,r (w)为第r垂直越障阶段的w时刻无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z′ 4,r (w)为第r垂直越障阶段的w时刻无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；y′ d,k (w)为第k垂直越障阶段在w时刻的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z′ d,k (w)为第k垂直越障阶段在w时刻的驱动轮的轮心d在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；y′ g,i (w)为第i垂直越障阶段的w时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z′ g,i (w)为第i垂直越障阶段的w时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；y′ g,j (w)为第j垂直越障阶段的w时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z′ g,j (w)为第j垂直越障阶段的w时刻无人履带车辆第g个负重轮的扭力轴的轴心在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；y(w)为无人履带车辆的车体位姿观测点在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z(w)为无人履带车辆的车体位姿观测点在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；b为车体位姿观测点和第k垂直越障阶段无人履带车辆的对应阶段的轴心之间的距离；c为车体位姿观测点和无人履带车辆的第四对负重轮的扭力轴的轴心之间的距离；y(t m-1 )为在t m-1 时刻无人履带车辆的车体位姿观测点在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；v y 为无人履带车辆的大地坐标系YOZ下Y轴的速度；Δt为单位时间的变化量；y(t m )为在t m 时刻无人履带车辆的车体位姿观测点在大地坐标系YOZ下Y轴的坐标；z(t m-1 )为在t m-1 时刻无人履带车辆的车体位姿观测点在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标；v z 为无人履带车辆的大地坐标系YOZ下Z轴的速度；z(t m )为在t m 时刻无人履带车辆的车体位姿观测点在大地坐标系YOZ下Z轴的坐标。 8.一种无人履带车辆垂直越障控制系统，其特征在于，应用于权利要求1-7中任意一项所述的无人履带车辆垂直越障控制方法，所述无人履带车辆垂直越障控制系统，包括：获取模块，用于获取当前时刻无人履带车辆的驱动电机的传感器观测数据，计算特征数据；所述特征数据包括：垂向位移的最大最小差值、俯仰角的最大最小差值、垂向位移速度的平均值和俯仰角速度的平均值；接触模式分类模块，用于基于所述特征数据，采用接触模式分类模型确定无人履带车辆的接触模式类别集合；所述接触模式分类模型是通过样本特征数据对SVM模型进行训练得到的；垂直越障阶段确定模块，用于根据所述接触模式类别集合确定当前时刻无人履带车辆的垂直越障阶段；参考轨迹生成模块，用于根据不同垂直越障阶段对应的无人履带车辆-地面-障碍物局部运动估计方程，计算当前时刻垂直越障阶段的参考点的参考轨迹；所述无人履带车辆-地面-障碍物局部运动估计方程包括：无人履带车辆-障碍物局部运动估计方程无人履带车辆-地面局部运动估计方程；所述参考点包括：无人履带车辆的扭力轴的轴心和无人履带车辆的驱动轮的轮心；所述扭力轴的轴心包括：第一对负重轮的扭力轴的轴心、第二对负重轮的扭力轴的轴心、第三对负重轮的扭力轴的轴心和第四对负重轮的扭力轴的轴心；越障轨迹生成模块，用于基于当前时刻垂直越障阶段的参考点的参考轨迹，采用整车垂直越障运动学模型，确定无人履带车辆的车体位姿观测点的越障轨迹；垂直越障控制模块，用于根据无人履带车辆的车体位姿观测点的越障轨迹，确定无人履带车辆的驱动电机的参考转速；基于所述参考转速，采用PID控制器对所述无人履带车辆的驱动电机机芯控制，实现无人履带车辆垂直越障控制。 9.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述的无人履带车辆垂直越障控制方法。 10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的无人履带车辆垂直越障控制方法。