CN111764235A - 工程机械转弯控制方法、工程机械和计算机设备 - Google Patents

工程机械转弯控制方法、工程机械和计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工程机械转弯控制方法、工程机械和计算机设备。其中，工程机械转弯控制方法包括：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；根据位置信息和运动学参数确定转弯曲线；根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置；其中，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线。通过本发明的技术方案，第一，可使工程机械在转弯过程中曲率连续变化，不存在原地转向的现象，可防止对施工路面造成破坏，有利于控制施工路面的质量和施工精度，降低转弯过程中的误差；第二，可适用于多种应用场景，根据不同的位置关系，自动规划出行驶路径，适用范围广。

Description

工程机械转弯控制方法、工程机械和计算机设备
技术领域
本发明涉及转弯控制技术领域，具体而言，涉及一种工程机械转弯控制方法、一种工程机械和一种计算机设备。
背景技术
目前，工程机械在施工过程中，经常需要在局部区域内进行转向、调头、变道等操作，且操作频率较高，需要大量的重复操作，现有的一些工程机械中采取了加装自动转弯操作系统的方法，控制工程机械进行自动转弯，代替人工操作，减少重复性操作，提高操作效率。但部分工程机械，特别是针对筑路机械，为避免对施工路面造成破坏，在转弯过程中不允许发生原地转向，但现有技术中的自动转弯操作系统以及方法在转弯时存在原地转向的现象，会影响施工路面的作业质量和精度，不符合筑路施工的要求，且现有的自动转弯操作系统及方法的误差相对较大，无法适用于高精度要求的转弯操作，且路径规划场景相对单一，适用范围较小。
发明内容
本发明旨在至少改善现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供一种工程机械转弯控制方法。
本发明的另一个目的在于提供一种工程机械。
本发明的另一个目的在于提供一种计算机设备。
为了实现上述目的，本发明的第一方面技术方案提供了一种工程机械转弯控制方法，包括：步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；步骤S2000：根据位置信息和运动学参数确定转弯曲线；步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置；其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线。
根据本发明第一方面技术方案，工程机械转弯控制方法包括步骤S1000至步骤S3000。通过获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息，以确定转弯过程的起终点位置；通过获取工程机械的运动学参数，包括工程机械的最小转弯半径、转速速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，以便于后续步骤中确定转弯曲线。根据起始位置和终点位置的位置信息和运动学参数，可通过数学计算确定转弯过程的转弯曲线，其中，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线(在直线与圆曲线、圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线)，以确保转弯曲线中不存在曲率突变的点。根据转弯曲线，通过控制工程机械由起始位置行驶至目标位置，可使工程机械在整个转弯过程中曲率连续变化，不存在原地转向的现象，特别是针对压路机等筑路机械，因而不会对施工路面造成破坏，有利于控制施工路面的质量和施工精度，降低转弯过程中的误差。同时，本方案中的工程机械转弯控制方法适用于进场、转场、变道以及位置调整等过程中的转弯操作，适用范围广。
需要说明的是，根据起始位置和目标位置的不同，转弯曲线中除了缓和曲线之外，曲率保持不变的部分还包括直线或圆弧线。
可以理解，在筑路机械施工过程中，例如压路机，施工对象为已完成摊铺作业的路面，路面尚未完全凝固，若压路机进行原地转向操作，路面会在车轮的摩擦力作用下发生变形，影响施工作业的质量。本方案中的工程机械转弯控制方法能够有效缓解以上问题。
另外，本发明提供的上述技术方案中的工程机械转弯控制方法还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，步骤S2000：根据位置信息和运动学参数确定转弯曲线，具体包括：步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；步骤S2300：根据第一距离确定转弯曲线的曲线类型；步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；其中，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。
在该技术方案中，在步骤S2000的具体步骤中，根据起始位置和目标位置的位置信息确定第一角度以及目标位置与起始位置延长线之间的第一距离，以作为后续确定转弯曲线的计算依据。其中，第一角度为由起始位置转弯至目标位置的转弯角度的补角。根据工程机械的运动学参数，即最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间，建立计算转弯曲线的曲线模型，用于计算由起始位置至目标位置的转弯曲线。具体地，转弯曲线包括两段缓和曲线和两段圆弧线，起始位置和目标位置分别位于两段缓和曲线的起点和终点，两段圆弧线连接两段缓和曲线，且两段缓和曲线和两段圆弧线以第一角度的角平分线为轴对称设置，从而可得出几何关系：2α+2γ＝π-β，且α＝L/(2R)；缓和曲线满足方程：r×l＝R×L，且L＝V×t。其中，α为缓和曲线的转过角度，即切偏角；γ为缓和曲线与圆弧线的连接点至第一角度的角平分线转过的角度；β为第一角度，π-β为整条转弯曲线的转弯角度；R为最小转弯半径，L为缓和曲线的长度，V为转弯行驶速度，t为工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间。转弯曲线的曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同类型，每种类型的转弯曲线的计算过程存在差异，具体可根据第一距离的大小确定转弯曲线的曲线类型。最后根据第一角度、曲线类型以及曲线模型可计算出转弯曲线的曲线方程，即确定转弯曲线。
在上述技术方案中，步骤S2300：根据第一距离确定转弯曲线的曲线类型，具体包括：步骤S2310：判断第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；若第一判断结果为是，执行步骤S2320：确定曲线类型为第一类型；若第一判断结果为否，执行步骤S2330：确定曲线类型为第二类型，其中，在曲线类型为第一类型时，工程机械可仅通过转弯实现由起始位置行驶至目标位置，在曲线类型为第二类型时，工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由起始位置行驶至目标位置。
在该技术方案中，转弯曲线的曲线类型具体分为两类：第一类型和第二类型，第一类型的转弯曲线可直接通过转弯由起始位置到达目标位置，无需经过直线行驶，而第二类型的转弯曲线包括多次转弯以及一段直线。在步骤S2300的具体步骤中，通过判断第一距离是否小于或等于距离阈值，以确定转弯曲线的曲线类型，并生成第一判断结果。若第一判断结果为是，表明起始位置距离目标位置较近，确定转弯曲线为第一类型，否则表明起始位置距离目标位置较远，确定转弯曲线为第二类型。可以理解，在转弯曲线为第二类型时，当转弯角度足够大时也可以由起始位置直接转弯至目标位置，但该操作路径较长，需要较大的空间，在实际施工过程中不易实现，故通过多次转弯以及直线行驶代替，以在较小的范围内实现转弯。
在上述技术方案中，在曲线类型为第一类型时，步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线，具体包括：步骤S2410：确定第一角度所处的角度区间；若0°<第一角度≤第一角度阈值，执行步骤S2411：根据第一角度确定中转点，并根据中转点、起始位置、目标位置以及与曲线模型，确定转弯曲线；若第一角度阈值<第一角度≤第二角度阈值，执行步骤S2412：根据曲线模型确定转弯曲线；若第二角度阈值<第一角度≤第三角度阈值，执行步骤S2413：根据曲线模型经过角度变化确定转弯曲线；若第三角度阈值<第一角度≤180°，执行步骤S2414：根据第一角度与第一距离确定后退转向角，根据后退转向角与曲线模型确定转弯曲线；其中，第一角度阈值和第三角度阈值为预设值，第二角度阈值为缓和曲线的切偏角的余角的二倍，后退转向角为工程机械由起始位置后退并转向至车身轴线与位于目标位置时的车身轴线重合所转过的角度。
在该技术方案中，在曲线类型为第一类型时，通过确定第一角度的角度区间，以确定不同的缓和曲线计算方法。可以理解，工程机械的最小转弯半径为固定值，第一角度的大小不同，即转弯角度的大小不同，缓和曲线的形状以及计算存在一定的差异。在(0°，180°]的范围内，设定三个临界值：第一角度阈值、第二角度阈值和第三角度阈值，且第一角度阈值小于第二角度阈值，第二角度阈值小于第三角度阈值，以划分四个角度区间。其中，第一角度阈值和第三角度阈值为预设值，根据试验或操作经验确定，第二角度阈值根据几何关系确定为缓和曲线的切偏角的余角的二倍。
若0°<第一角度≤第一角度阈值，此时转弯角度较大，工程机械无法通过一次转弯由起始位置行驶至目标位置，根据第一角度确定一个中转点，先由起始位置转弯至中转点，再由中转点转弯至目标位置，具体地，先根据曲线模型后退转过角度β+2α至中转点，再根据曲线模型朝向目标位置前进转过角度π-2α，到达目标位置，分别计算出两次转弯过程中的路径曲线，即可确定总转弯曲线。
若第一角度阈值<第一角度≤第二角度阈值，此时可根据曲线模型直接确定转弯曲线。
若第二角度阈值<第一角度≤第三角度阈值，可对曲线模型进行角度变化，根据
Figure BDA0002547419560000041
确定转弯曲线，其中，C＝R×L。
若第三角度阈值<第一角度≤180°，转弯角度较小，此时需通过后退转向至工程机械的车身轴线与位于目标位置时的车身轴线重合，再沿车身轴线直线行驶至目标位置。根据第一角度的大小确定后退转向角，根据曲线模型以及后退转向角可确定后退转向部分的曲线，与直线部分拼接，即可确定总转弯曲线。
需要说明的是，在(180°，360°]的范围内转弯曲线的确定方法与在(0°，180°]时的方法相同，仅方向不同。
在上述技术方案中，在曲线类型为第二类型时，步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线，具体包括：步骤S2420：根据起始位置和目标位置确定第一转弯点和第二转弯点；步骤S2430：确定穿过第一转弯点和第二转弯点的连接直线；步骤S2440：根据第一角度、起始位置、第一转弯点以及曲线模型确定第一转弯曲线；步骤S2450：根据第一角度、第二转弯点、目标位置以及曲线模型确定第二转弯曲线；步骤S2460：根据连接直线、第一转弯曲线和第二转弯曲线，确定转弯曲线；其中，第一转弯点为工程机械由起始位置转弯至连接直线上时的终点位置，第二转弯点为工程机械由连接直线向目标位置转弯时的起始位置。
在该技术方案中，在曲线类型为第二类型时，起始位置距离目标位置较远，需要经过多次转弯和直线行驶到达目标位置。具体地，转弯次数为两次，两次转弯过程之间需经过一段直线行驶过程。在步骤S2400的具体步骤中，根据起始位置和目标位置确定第一转弯点和第二转弯点，第一转弯点作为第一次转弯的终点，第二转弯点作为第二次转弯的起点。确定穿过第一转弯点和第二转弯点的连接直线，以确定两次转弯之间的直线行驶的路径。根据第一角度、起始位置、第一转弯点以及曲线模型，可确定第一次转弯过程的第一转弯曲线，类似地，根据第一角度、第二转弯点、目标位置以及曲线模型可以确定第二次转弯过程的第二转弯曲线，进而将第一转弯曲线、连接直线和第二转弯曲线拼接可得到由起始位置到目标位置的总转弯曲线。可以理解，在转弯曲线为第二类型时，当转弯角度足够大时也可以由起始位置直接转弯至目标位置，但该操作路径较长，需要较大的空间，在实际施工过程中不易实现，故通过多次转弯以及直线行驶代替，以在较小的范围内实现转弯。
在上述技术方案中，步骤S2440：根据第一角度、起始位置、第一转弯点以及曲线模型确定第一转弯曲线，具体包括：步骤S2441：确定工程机械在起始位置时的车身轴线为第一直线；步骤S2442：确定第一直线与连接直线之间的第一夹角；步骤S2443：根据第一夹角与曲线模型确定第一转弯曲线。
在该技术方案中，在步骤S2440的具体步骤中，根据起始位置，可确定工程机械位于起始位置时的朝向，并确定此时车身轴线为第一直线。通过确定第一直线与连接直线之间的夹角，即第一夹角，以根据曲线模型和第一夹角确定由起始位置至第一转弯点的转弯路径，即第一转弯曲线，从而使得第一转弯曲线中不存在曲率突变的现象。
在上述技术方案中，步骤S2450：根据第一角度、第二转弯点、目标位置以及曲线模型确定第二转弯曲线，具体包括：步骤S2451：确定工程机械位于目标位置时的车身轴线为第二直线；步骤S2452：确定第二直线与连接直线之间的第二夹角；步骤S2453：根据第二夹角与曲线模型确定第二转弯曲线。
在该技术方案中，在步骤S2450的具体步骤中，根据目标位置，可确定工程机械位于目标位置时的朝向，并确定此时车身轴线为第二直线。通过确定第二直线与连接直线之间的夹角，即第二夹角，以根据曲线模型和第二夹角确定由第二转弯点至目标位置的转弯路径，即第二转弯曲线，从而使得第二转弯曲线中不存在曲率突变的现象。
本发明的第二方面技术方案中提供了一种工程机械，包括：车体；检测组件，连接于车体，用于检测车体的位置信息；控制器，设于车体内，控制器与车体和检测组件电连接，以根据检测组件检测到的位置信息控制车体行驶，在车体转弯时，控制器根据车体的起始位置和目标位置的位置信息以及车体的运动学参数确定车体的转弯曲线，并根据转弯曲线控制使车体由起始位置行驶至目标位置；其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线。
根据本发明第二方面技术方案，工程机械包括车体、检测组件和控制器。车体作为工程机械的主体，用于搭载各种作业机构。检测组件连接于车体尚，以检测车体的位置信息，包括起始位置、终点位置以及转弯路径上任一点的坐标信息和角度信息，以作为确定转弯曲线的依据。控制器设于车体内，并与车体和检测组件电连接，以根据检测组件检测到的位置信息控制车体行驶。其中，在车体转弯时，控制器根据车体的起始位置和目标位置的位置信息以及车体的运动学参数确定车体的转弯曲线，进而根据转弯曲线控制车体进行转弯，并由起始位置转弯至目标位置。其中，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，曲率保持不变的部分为直线或圆弧线，从而使得车体在转弯过程中的曲率连续变化，不发生原地转向的现象，特别是在工程机械为筑路机械时，可有效防止原地转向对施工路面造成破坏，以免影响施工质量和精度。运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，用于计算缓和曲线的曲线方程。
在上述技术方案中，工程机械为无人驾驶工程机械。
在该技术方案中，工程机械为无人驾驶工程机械，即工程机械可完全在控制器在控制下进行施工操作，不限于车体的直线行驶和转弯，还包括进场、转场、变道以及位置调整等操作，以及相应的作业操作。无人驾驶工程机械可以有效减少人工操作过程，降低人工劳动强度，同时可以大幅提高施工作业的准确性、精度和施工质量。特别是在转弯过程中，可以理解，人工操作的精度和准确性较低，即是事先规划好转弯路径，也不能保证实际的行驶轨迹能够完全与转弯路径相吻合，实际的行驶轨迹中不可避免地会存在曲率突变的点，即发生原地转向的位置，容易对施工路面造成破坏。本方案中的无人驾驶工程机械可以精确控制车体沿规划好的转弯路径进行转弯，可有效防止出现原地转向的现象。
本发明第三方面技术方案中提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并可在处理器中运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如上述第一方面技术方案中任一项的工程机械转弯控制方法的步骤。
根据本发明第三方面技术方案，通过计算机设备存储和运行计算机程序，实现上述第一方面技术方案中任一项的工程机械转弯控制方法的步骤，以使工程机械实现曲率连续变化的转弯操作。此外，本方案中的计算机设备还应具有上述第一方面技术方案中的工程机械转弯控制系统的全部有益效果，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图2示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图3示出了根据本发明一个实施例的曲线模型的示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图5示出了根据本发明一个实施例的工程机械的位置与曲线类型的对应关系示意图；
图6示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图7示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图8示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图9示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图10示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图11示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图12示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图13示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图14示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图15示出了根据本发明一个实施例的工程机械转弯控制方法的流程图；
图16示出了根据本发明一个实施例的工程机械的转弯示意图；
图17示出了根据本发明一个实施例的工程机械的示意框图；
图18示出了根据本发明一个实施例的计算机设备的示意框图。
图17和图18中附图标记与部件之间的对应关系如下：
1工程机械，11车体，12检测组件，13控制器，2计算机设备，21存储器，22处理器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图18描述根据本发明一些实施例的工程机械转弯控制方法、工程机械和计算机设备。
实施例一
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2000：根据位置信息和运动学参数确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线。
在本实施例中，通过步骤S1000，获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息，以确定转弯过程的起终点位置；同时，获取工程机械的运动学参数，包括工程机械的最小转弯半径、转速行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，以便于后续步骤中确定转弯曲线时使用。通过步骤S2000，根据起始位置和终点位置的位置信息和运动学参数，经过数学计算确定转弯过程的转弯曲线，以作为工程机械转弯的路径参照。其中，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线(在直线与圆曲线、圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线)，以确保转弯曲线中不存在曲率突变的点。步骤S3000，根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置，使工程机械在整个转弯过程中曲率连续变化，不存在原地转向的现象。
本实施例的工程机械转弯控制方法，可有效防止对施工路面造成破坏，特别是针对压路机等筑路机械，有利于控制施工路面的质量和施工精度，降低转弯过程中的误差，且适用于工程机械进场、转场、变道以及位置调整等过程中的转弯操作，适用范围广。
实施例二
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；
步骤S2300：根据第一距离确定转弯曲线的曲线类型；
步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间(即S2200中的切换时间)，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。
本实施例提供的工程机械转弯控制方法，在实施例一的基础上对步骤S2000做了进一步改进。通过步骤S2100，根据起始位置和目标位置的位置信息确定第一角度，并确定目标位置与起始位置延长线之间的第一距离，以作为后续确定转弯曲线的计算依据。其中，第一角度为由起始位置转弯至目标位置的转弯角度的补角。通过步骤S2200，根据工程机械的运动学参数，即最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间，建立计算转弯曲线的曲线模型，用于计算由起始位置至目标位置的转弯曲线。转弯曲线的曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同类型，每种类型的转弯曲线的计算过程存在差异，通过步骤S2300，可根据第一距离的大小确定转弯曲线的曲线类型。最后通过步骤S2400，根据第一角度、曲线类型以及曲线模型可计算出转弯曲线的曲线方程，即确定转弯曲线。
举例而言，如图3所示的曲线模型，转弯曲线为曲线PW，其中，α为缓和曲线PN的转过角度，即切偏角；γ为缓和曲线PN与圆弧线NQ的连接点N点至第一角度β的角平分线L1转过的角度；β为第一角度，π-β为整条转弯曲线PW的转弯角度；R为最小转弯半径，L为缓和曲线的长度，V为转弯行驶速度，t为工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间。转弯曲线PW包括两段缓和曲线PN和UW以及两段圆弧线NQ和QU，起始位置P和目标位置W分别位于两段缓和曲线的起点和终点，两段圆弧线连接两段缓和曲线，且两段缓和曲线和两段圆弧线以第一角度β的角平分线L1为轴对称设置，O点为圆弧线NQ和QU的圆点。由几何关系可得：2α+2γ＝π-β，且α＝L/(2R)；缓和曲线PN满足方程：r×l＝R×L，且L＝V×t。通过缓和曲线PN、圆弧线NQ的方程以及相对于L1的对称关系，可确定圆弧线QU和缓和曲线UW的方程，从而确定整体转弯曲线PW。
实施例三
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；
步骤S2310：判断第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；若第一判断结果为是，执行步骤S2320，若第一判断结果为否，执行步骤S2330；
步骤S2320：确定曲线类型为第一类型；
步骤S2330：确定曲线类型为第二类型；
步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间(即S2200中的切换时间)，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。在曲线类型为第一类型时，工程机械可仅通过转弯实现由起始位置行驶至目标位置，在曲线类型为第二类型时，工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由起始位置行驶至目标位置。
本实施例提供的工程机械转弯控制方法，在实施例三的基础上对步骤S2300做了进一步改进。如图5所示，转弯曲线的曲线类型具体分为两类：第一类型和第二类型；第一类型的转弯曲线中，起始位置与目标位置的距离较近，可直接通过转弯由起始位置到达目标位置，无需经过直线行驶；第二类型的转弯曲线中，起始位置距离目标位置较远，需要经过多次转弯以及直线行驶才能到达目标位置。通过步骤S2310，判断第一距离是否小于或等于距离阈值，并生成第一判断结果，以确定转弯曲线的曲线类型，以便于后续步骤中根据相应的曲线类型确定转弯曲线。若第一判断结果为是，表明起始位置距离目标位置较近，确定转弯曲线为第一类型，否则表明起始位置距离目标位置较远，确定转弯曲线为第二类型。
需要说明的是，在转弯曲线为第二类型的情况中，当转弯角度足够大时也可以由起始位置直接转弯至目标位置，但该操作路径较长，需要较大的空间，在实际施工过程中不易实现，故通过多次转弯以及直线行驶代替，以在较小的范围内实现转弯。
实施例四
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图6所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；
步骤S2310：判断第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；若第一判断结果为是，执行以下步骤S2320至S2414，若第一判断结果为否，执行以下步骤S2330至步骤S2400；
步骤S2320：确定曲线类型为第一类型；
步骤S2410：确定第一角度所处的角度区间；
若0°<第一角度≤第一角度阈值，执行步骤S2411：根据第一角度确定中转点，并根据中转点、起始位置、目标位置以及与曲线模型，确定转弯曲线；
若第一角度阈值<第一角度≤第二角度阈值，执行步骤S2412：根据曲线模型确定转弯曲线；
若第二角度阈值<第一角度≤第三角度阈值，执行步骤S2413：根据曲线模型经过角度变化确定转弯曲线；
若第三角度阈值<第一角度≤180°，执行步骤S2414：根据第一角度与第一距离确定后退转向角，根据后退转向角与曲线模型确定转弯曲线；
步骤S2330：确定曲线类型为第二类型；
步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间(即S2200中的切换时间)，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。在曲线类型为第一类型时，工程机械可仅通过转弯实现由起始位置行驶至目标位置，在曲线类型为第二类型时，工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由起始位置行驶至目标位置。第一角度阈值和第三角度阈值为预设值，第二角度阈值为缓和曲线的切偏角的余角的二倍，后退转向角为工程机械由起始位置后退并转向至车身轴线与位于目标位置时的车身轴线重合所转过的角度。
本实施例提供的工程机械转弯控制方法，在实施例三的基础上对S2400做了进一步改进。在曲线类型为第一类型时，通过步骤S2410，确定第一角度所处的角度区间，以确定不同情况下的转弯曲线计算方法。在(0°，180°]的范围内，设定三个临界值：第一角度阈值β0、第二角度阈值π-2α和第三角度阈值β1，且第一角度阈值β0小于第二角度阈值π-2α，第二角度阈值π-2α小于第三角度阈值β1。根据以上三个临界值划分四个角度区间。其中，第一角度阈值β0和第三角度阈值β1为预设值，根据试验或操作经验确定，第二角度阈值根据几何关系确定。
如图7所示，在0＜β≤β0时，转弯角度较大，工程机械无法通过一次转弯由起始位置行驶至目标位置。通过步骤S2411，根据第一角度确定一个中转点(即图7中的Z点)，根据曲线模型先后退转过角度β+2α至中转点，再根据曲线模型朝向目标位置前进转过角度π-2α，到达目标位置，分别计算出两次转弯过程中的路径曲线，即可确定总转弯曲线。
如图8所示，在β0＜β≤π-2α时，此时符合曲线模型中的位置关系，可通过步骤S2412，根据曲线模型直接确定转弯曲线。
如图9所示，在π-2α＜β≤β1时，此时的位置关系与图8中的情况类似，经过对角度的数学变换即可符合曲线模型，通过步骤S2413，对曲线模型进行角度的数学变化
Figure BDA0002547419560000121
C＝R×L，即可确定转弯曲线。
如图10所示，在β1<β≤π时，此时转弯角度β′较小，需通过后退转向至工程机械的车身轴线与位于目标位置时的车身轴线重合，再沿车身轴线直线行驶至目标位置。根据第一角度β的大小确定后退转向角θ，根据曲线模型以及后退转向角θ可确定后退转向部分的曲线，再与直线部分拼接，即可确定总转弯曲线。
实施例五
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图11所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；
步骤S2310：判断第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；若第一判断结果为是，执行步骤S2320至S2400，若第一判断结果为否，执行步骤S2330至步骤S2460；
步骤S2320：确定曲线类型为第一类型；
步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；
步骤S2330：确定曲线类型为第二类型；
步骤S2420：根据起始位置和目标位置确定第一转弯点和第二转弯点；
步骤S2430：确定穿过第一转弯点和第二转弯点的连接直线；
步骤S2440：根据第一角度、起始位置、第一转弯点以及曲线模型确定第一转弯曲线；
步骤S2450：根据第一角度、第二转弯点、目标位置以及曲线模型确定第二转弯曲线；
步骤S2460：根据连接直线、第一转弯曲线和第二转弯曲线，确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间(即S2200中的切换时间)，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。在曲线类型为第一类型时，工程机械仅通过转弯即可实现由起始位置行驶至目标位置，在曲线类型为第二类型时，工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由起始位置行驶至目标位置。第一转弯点为工程机械由起始位置转弯至连接直线上时的终点，第二转弯点为工程机械由连接直线向目标位置转弯时的起点。
本实施例提供的工程机械转弯控制方法，在实施例三的基础上对步骤S2400做了进一步改进。如图12所示，在曲线类型为第二类型时，起始位置距离目标位置较远，需要经过两次转弯，两次转弯过程之间需经过一段直线行驶过程。通过步骤S2420，根据起始位置和目标位置确定第一转弯点和第二转弯点，第一转弯点即图12中的M1点，作为第一次转弯的终点，第二转弯点即图12中的M2点，作为第二次转弯的起点。通过步骤S2430，确定穿过第一转弯点和第二转弯点的连接直线L2，以确定两次转弯之间的直线行驶的路径。通过步骤S2440，根据第一角度、起始位置、第一转弯点以及曲线模型，确定第一次转弯过程的第一转弯曲线；通过步骤S2450，根据第一角度、第二转弯点、目标位置以及曲线模型可以确定第二次转弯过程的第二转弯曲线，进而可通过步骤S2460，将第一转弯曲线、连接直线L2和第二转弯曲线拼接得到由起始位置到目标位置的总转弯曲线，如图13中实线所示的路径曲线。
需要说明的是，在转弯曲线为第二类型时，当转弯角度足够大时也可以由起始位置直接转弯至目标位置，但该操作路径较长，需要较大的空间，在实际施工过程中不易实现，故通过多次转弯以及直线行驶代替，以在较小的范围内实现转弯
实施例六
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图14所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；
步骤S2310：判断第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；若第一判断结果为是，执行步骤S2320至S2400，若第一判断结果为否，执行步骤S2330至步骤S2460；
步骤S2320：确定曲线类型为第一类型；
步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；
步骤S2330：确定曲线类型为第二类型；
步骤S2420：根据起始位置和目标位置确定第一转弯点和第二转弯点；
步骤S2430：确定穿过第一转弯点和第二转弯点的连接直线；
步骤S2441：确定工程机械在起始位置时的车身轴线为第一直线；
步骤S2442：确定第一直线与连接直线之间的第一夹角；
步骤S2443：根据第一夹角与曲线模型确定第一转弯曲线；
步骤S2450：根据第一角度、第二转弯点、目标位置以及曲线模型确定第二转弯曲线；
步骤S2460：根据连接直线、第一转弯曲线和第二转弯曲线，确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间(即S2200中的切换时间)，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。在曲线类型为第一类型时，工程机械仅通过转弯即可实现由起始位置行驶至目标位置，在曲线类型为第二类型时，工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由起始位置行驶至目标位置。第一转弯点为工程机械由起始位置转弯至连接直线上时的终点，第二转弯点为工程机械由连接直线向目标位置转弯时的起点。
本实施例提供的工程机械转弯控制方法，在实施例五的基础上对步骤S2440做了进一步改进。如图12和图13所示，通过S2441，根据起始位置，可确定工程机械位于起始位置时的朝向，并确定此时车身轴线为第一直线L3。通过步骤S2442，确定第一直线L3与连接直线L2之间的夹角，即第一夹角a1，进而通过步骤S2443，根据曲线模型和第一夹角a1确定由起始位置至第一转弯点M1的转弯路径，即第一转弯曲线，从而使得第一转弯曲线中不存在曲率突变的现象。
实施例七
本实施例提供了一种工程机械转弯控制方法，如图15所示，包括以下步骤：
步骤S1000：获取工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2100：根据位置信息确定第一角度、目标位置与起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和切换时间建立曲线模型；
步骤S2310：判断第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；若第一判断结果为是，执行步骤S2320至S2400，若第一判断结果为否，执行步骤S2330至步骤S2460；
步骤S2320：确定曲线类型为第一类型；
步骤S2400：根据第一角度、曲线类型以及曲线模型确定转弯曲线；
步骤S2330：确定曲线类型为第二类型；
步骤S2420：根据起始位置和目标位置确定第一转弯点和第二转弯点；
步骤S2430：确定穿过第一转弯点和第二转弯点的连接直线；
步骤S2440：根据第一角度、起始位置、第一转弯点以及曲线模型确定第一转弯曲线；
步骤S2451：确定工程机械位于目标位置时的车身轴线为第二直线；
步骤S2452：确定第二直线与连接直线之间的第二夹角；
步骤S2453：根据第二夹角与曲线模型确定第二转弯曲线；
步骤S2460：根据连接直线、第一转弯曲线和第二转弯曲线，确定转弯曲线；
步骤S3000：根据转弯曲线控制工程机械由起始位置行驶至目标位置。
其中，运动学参数包括工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间(即S2200中的切换时间)，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，第一角度为工程机械的转弯角度的补角，曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，曲线模型可计算工程机械由起始位置到达目标位置的转弯曲线。在曲线类型为第一类型时，工程机械仅通过转弯即可实现由起始位置行驶至目标位置，在曲线类型为第二类型时，工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由起始位置行驶至目标位置。第一转弯点为工程机械由起始位置转弯至连接直线上时的终点，第二转弯点为工程机械由连接直线向目标位置转弯时的起点。
本实施例提供的工程机械转弯控制方法，在实施例五的基础上对步骤S2450做了进一步改进。如图12和图13所示，通过步骤S2451，根据目标位置，可确定工程机械位于目标位置时的朝向，并确定此时车身轴线为第二直线L4。通过步骤S2452，确定第二直线L4与连接直线L2之间的夹角，即第二夹角a2，以根据曲线模型和第二夹角a2确定由第二转弯点M2至目标位置的转弯路径，即第二转弯曲线，从而使得第二转弯曲线中不存在曲率突变的现象。
实施例八
本实施例为应用上述实施例中的工程机械转弯控制方法的具体示例。
如图16所示，以工程机械在目标位置时的车身轴线的中点为原点，沿车身轴线的前进方向为x轴，建立直角坐标系。起始位置为P点，目标位置为O点，起始位置P点至x轴的距离为D，第一角度为β。工程机械通过检测装置可获取起始位置P点和目标位置O点的位置信息，并可确定转弯角度β′＝0.18rad，第一角度β＝π-β′，距离D＝1.52m。工程机械的运动学参数分别为：最小转弯半径R＝7m，转弯行驶速度V＝0.5m/s，工程机械由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间t＝5s。
结合上述已知条件，根据D可确定曲线类型为第一类型，利用曲线模型可确定一条缓和曲线方程为r×l＝R×L＝R×V×t＝17.5，α＝L/(2R)＝0.1786rad。根据第一角度β可确定β处于(β1，π]的角度区间，需先后退转向至车身轴线与位于目标位置时的车身轴线重合，即图16中车身轴线与x轴重合的位置；经过计算可确定后退转向角θ＝0.16rad。根据上述参数在局部坐标下计算可得到工程机械由起始位置P点后退转向至N点的路径曲线由四条部分缓和曲线组合而成，再通过坐标变化可得到在直角坐标系下的路径曲线的曲线方程，进而再拼接工程机械沿x轴直线行驶时的直线方程，可最终确定总转弯曲线。根据总转弯曲线控制工程机械行驶，行驶过程中可避免出现原地转向的现象，从而防止对施工路面造成破坏。
实施例九
本实施例中提供了一种工程机械1，如图17所示，工程机械1包括车体11、检测组件12和控制器13。
车体11作为工程机械1的主体，用于搭载各种作业机构。检测组件12连接于车体11尚，以检测车体11的位置信息，包括起始位置、终点位置以及转弯路径上任一点的坐标信息和角度信息，以作为确定转弯曲线的依据。控制器13设于车体11内，并与车体11和检测组件12电连接，以根据检测组件12检测到的位置信息控制车体11行驶。在车体11转弯时，控制器13根据车体11的起始位置和目标位置的位置信息以及车体11的运动学参数确定车体11的转弯曲线，进而根据转弯曲线控制车体11进行转弯，并由起始位置转弯至目标位置。其中，转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线，曲率保持不变的部分为直线或圆弧线，从而使得车体11在转弯过程中的曲率连续变化，不发生原地转向的现象，特别是在工程机械1为筑路机械时，可有效防止原地转向对施工路面造成破坏，以免影响施工质量和精度。其中，运动学参数包括工程机械1的最小转弯半径、转弯行驶速度和工程机械1由直行状态切换至以最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，用于计算缓和曲线的曲线方程。
进一步地，工程机械1为无人驾驶工程机械，可完全在控制器13在控制下进行施工操作，不限于车体11的直线行驶和转弯，应用场景包括进场、转场、变道以及位置调整等操作，以及相应的作业操作。无人驾驶工程机械可以有效减少人工操作过程，降低人工劳动强度，同时可以大幅提高施工作业的准确性、精度和施工质量。
实施例十
本实施例中提供了一种计算机设备2，如图18所示，包括存储器21、处理器22及存储在存储器中并可在处理器22中运行的计算机程序，处理器22执行计算机程序时，实现如上述任一实施例中的工程机械转弯控制方法的步骤，以使工程机械1实现曲率连续变化的转弯操作。此外，本实施例中的计算机设备2还应具有上述任一实施例中的工程机械转弯控制系统的全部有益效果，在此不再赘述。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，可使工程机械在转弯过程中曲率连续变化，不存在原地转向的现象，防止对施工路面造成破坏，有利于控制施工路面的质量和施工精度，降低转弯过程中的误差，可适用于多种应用场景，适用范围广。
在本发明中，可以理解的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成的，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工程机械转弯控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1000：获取所述工程机械的起始位置和目标位置的位置信息以及运动学参数；
步骤S2000：根据所述位置信息和所述运动学参数确定转弯曲线；
步骤S3000：根据所述转弯曲线控制所述工程机械由所述起始位置行驶至所述目标位置；
其中，所述运动学参数包括所述工程机械的最小转弯半径、转弯行驶速度和所述工程机械由直行状态切换至以所述最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，所述转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线。
2.根据权利要求1所述的工程机械转弯控制方法，其特征在于，所述步骤S2000：根据所述位置信息和所述运动学参数确定所述转弯曲线，具体包括：
步骤S2100：根据所述位置信息确定第一角度、所述目标位置与所述起始位置延长线之间的第一距离；
步骤S2200：根据所述工程机械的所述最小转弯半径、所述转弯行驶速度和所述切换时间建立曲线模型；
步骤S2300：根据所述第一距离确定所述转弯曲线的曲线类型；
步骤S2400：根据所述第一角度、所述曲线类型以及所述曲线模型确定所述转弯曲线；
其中，所述第一角度为所述工程机械的转弯角度的补角，所述曲线类型根据是否需要经过直线行驶可分为多种不同的类型，所述曲线模型可计算所述工程机械由所述起始位置到达所述目标位置的转弯曲线。
3.根据权利要求2所述的工程机械转弯控制方法，其特征在于，所述步骤S2300：根据所述第一距离确定所述转弯曲线的曲线类型，具体包括：
步骤S2310：判断所述第一距离是否小于或等于距离阈值，生成第一判断结果；
若所述第一判断结果为是，执行步骤S2320：确定所述曲线类型为第一类型；
若所述第一判断结果为否，执行步骤S2330：确定所述曲线类型为第二类型；
其中，在所述曲线类型为所述第一类型时，所述工程机械可仅通过转弯实现由所述起始位置行驶至所述目标位置，在所述曲线类型为所述第二类型时，所述工程机械需通过多次转弯以及直线行驶实现由所述起始位置行驶至所述目标位置。
4.根据权利要求3所述的工程机械转弯控制方法，其特征在于，
在所述曲线类型为第一类型时，所述步骤S2400：根据所述第一角度、所述曲线类型以及所述曲线模型确定所述转弯曲线，具体包括：
步骤S2410：确定所述第一角度所处的角度区间；
若0°<所述第一角度≤第一角度阈值，执行步骤S2411：根据所述第一角度确定中转点，并根据所述中转点、所述起始位置、所述目标位置以及与所述曲线模型，确定所述转弯曲线；
若所述第一角度阈值<所述第一角度≤第二角度阈值，执行步骤S2412：根据所述曲线模型确定所述转弯曲线；
若所述第二角度阈值<所述第一角度≤第三角度阈值，执行步骤S2413：根据所述曲线模型经过角度变化确定所述转弯曲线；
若所述第三角度阈值<所述第一角度≤180°，执行步骤S2414：根据所述第一角度与所述第一距离确定后退转向角，根据所述后退转向角与所述曲线模型确定所述转弯曲线；
其中，所述第一角度阈值和所述第三角度阈值为预设值，所述第二角度阈值为所述缓和曲线的切偏角的余角的二倍，所述后退转向角为所述工程机械由所述起始位置后退并转向至车身轴线与位于所述目标位置时的车身轴线重合所转过的角度。
5.根据权利要求3所述的工程机械转弯控制方法，其特征在于，
在所述曲线类型为第二类型时，所述步骤S2400：根据所述第一角度、所述曲线类型以及所述曲线模型确定所述转弯曲线，具体包括：
步骤S2420：根据所述起始位置和所述目标位置确定第一转弯点和第二转弯点；
步骤S2430：确定穿过所述第一转弯点和所述第二转弯点的连接直线；
步骤S2440：根据所述第一角度、所述起始位置、所述第一转弯点以及所述曲线模型确定第一转弯曲线；
步骤S2450：根据所述第一角度、所述第二转弯点、所述目标位置以及所述曲线模型确定第二转弯曲线；
步骤S2460：根据所述连接直线、所述第一转弯曲线和所述第二转弯曲线，确定所述转弯曲线；
其中，所述第一转弯点为所述工程机械由所述起始位置转弯至所述连接直线上时的终点位置，所述第二转弯点为所述工程机械由所述连接直线向所述目标位置转弯时的起始位置。
6.根据权利要求5所述的工程机械转弯控制方法，其特征在于，所述步骤S2440：根据所述第一角度、所述起始位置、所述第一转弯点以及所述曲线模型确定第一转弯曲线，具体包括：
步骤S2441：确定所述工程机械在所述起始位置时的车身轴线为第一直线；
步骤S2442：确定所述第一直线与所述连接直线之间的第一夹角；
步骤S2443：根据所述第一夹角与所述曲线模型确定所述第一转弯曲线。
7.根据权利要求5所述的工程机械转弯控制方法，其特征在于，所述步骤S2450：根据所述第一角度、所述第二转弯点、所述目标位置以及所述曲线模型确定第二转弯曲线，具体包括：
步骤S2451：确定所述工程机械位于所述目标位置时的车身轴线为第二直线；
步骤S2452：确定所述第二直线与所述连接直线之间的第二夹角；
步骤S2453：根据所述第二夹角与所述曲线模型确定所述第二转弯曲线。
8.一种工程机械(1)，其特征在于，包括：
车体(11)；
检测组件(12)，连接于所述车体(11)，用于检测所述车体(11)的位置信息；
控制器(13)，设于所述车体(11)内，所述控制器(13)与所述车体(11)和所述检测组件(12)电连接，以根据所述检测组件(12)检测到的所述位置信息控制所述车体(11)行驶，在所述车体(11)转弯时，所述控制器(13)根据所述车体(11)的起始位置和目标位置的位置信息以及所述车体(11)的运动学参数确定所述车体(11)的转弯曲线，并根据所述转弯曲线控制使所述车体(11)由所述起始位置行驶至所述目标位置；
其中，所述运动学参数包括所述工程机械(1)的最小转弯半径、转弯行驶速度和所述工程机械(1)由直行状态切换至以所述最小转弯半径转弯的状态所需的切换时间，所述转弯曲线中曲率发生变化的部分为缓和曲线。
9.根据权利要求8所述的工程机械(1)，其特征在于，
所述工程机械(1)为无人驾驶工程机械。
10.一种计算机设备(2)，包括存储器(21)、处理器(22)及存储在所述存储器(21)中并可在所述处理器(22)中运行的计算机程序，其特征在于，
所述处理器(22)执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7中任一项所述的工程机械转弯控制方法的步骤。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112373463A (zh) * 2020-11-17 2021-02-19 湖南三一智能控制设备有限公司 车辆的控制方法、控制系统和车辆
CN112389465A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 湖南三一智能控制设备有限公司 工程车辆的控制方法、控制系统和工程车辆
CN113568406A (zh) * 2021-07-27 2021-10-29 北京京东乾石科技有限公司 装置移动方法、装置、电子设备和计算机可读介质
WO2021254486A1 (zh) * 2020-06-19 2021-12-23 三一汽车制造有限公司 工程机械的转弯控制方法、工程机械和计算机设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003328316A (ja) * 2002-05-17 2003-11-19 Shige Saito アスファルト面取装置
CN104627175A (zh) * 2015-01-22 2015-05-20 北京理工大学 一种人车交互智能泊车系统
CN107447621A (zh) * 2017-08-17 2017-12-08 连云港市惠城市政工程有限公司 一种带有坡度和转弯的路面沥青铺设方法
CN109471441A (zh) * 2018-12-11 2019-03-15 湖南三智能控制设备有限公司 路面机械设备及其上线规划方法、系统和可读存储介质
CN111071247A (zh) * 2018-10-18 2020-04-28 歌乐株式会社 自动驾驶控制装置以及自动驾驶路径运算方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9002565B2 (en) * 2003-03-20 2015-04-07 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
CN110789523A (zh) * 2018-08-01 2020-02-14 上海汽车集团股份有限公司 一种轨迹规划方法及装置
JP7193948B2 (ja) * 2018-08-13 2022-12-21 株式会社Subaru 自動運転支援装置
DE102018007825A1 (de) * 2018-10-04 2020-04-09 Bomag Gmbh Verfahren zur Steuerung einer Bodenverdichtungsmaschine und Bodenverdichtungsmaschine
CN109857097B (zh) * 2018-12-07 2022-04-12 北京中交睿达科技有限公司 一种路面碾压过程的监控方法及系统
CN110440824A (zh) * 2019-08-27 2019-11-12 广州小鹏汽车科技有限公司 一种路径规划方法及路径规划系统
CN111764235B (zh) * 2020-06-19 2022-02-18 三一汽车制造有限公司 工程机械转弯控制方法、工程机械和计算机设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003328316A (ja) * 2002-05-17 2003-11-19 Shige Saito アスファルト面取装置
CN104627175A (zh) * 2015-01-22 2015-05-20 北京理工大学 一种人车交互智能泊车系统
CN107447621A (zh) * 2017-08-17 2017-12-08 连云港市惠城市政工程有限公司 一种带有坡度和转弯的路面沥青铺设方法
CN111071247A (zh) * 2018-10-18 2020-04-28 歌乐株式会社 自动驾驶控制装置以及自动驾驶路径运算方法
CN109471441A (zh) * 2018-12-11 2019-03-15 湖南三智能控制设备有限公司 路面机械设备及其上线规划方法、系统和可读存储介质

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021254486A1 (zh) * 2020-06-19 2021-12-23 三一汽车制造有限公司 工程机械的转弯控制方法、工程机械和计算机设备
CN112373463A (zh) * 2020-11-17 2021-02-19 湖南三一智能控制设备有限公司 车辆的控制方法、控制系统和车辆
CN112389465A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 湖南三一智能控制设备有限公司 工程车辆的控制方法、控制系统和工程车辆
CN112389465B (zh) * 2020-11-17 2022-03-18 湖南三一智能控制设备有限公司 工程车辆的控制方法、控制系统和工程车辆
CN112373463B (zh) * 2020-11-17 2022-05-06 湖南三一智能控制设备有限公司 车辆的控制方法、控制系统和车辆
CN113568406A (zh) * 2021-07-27 2021-10-29 北京京东乾石科技有限公司 装置移动方法、装置、电子设备和计算机可读介质

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