CN106647730A - 一种前方随行系统及随行方法和智能移动平台 - Google Patents

一种前方随行系统及随行方法和智能移动平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种前方随行系统及随行方法和智能移动平台；所述前方随行系统包括自定位模块、智能移动平台计算模块、跟随目标计算模块、驱动指令编辑模块和智能移动平台驱动模块，所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块、所述跟随目标计算模块、所述驱动指令编辑模块和所述智能移动平台驱动模块依次连接。本发明所公开的前方随行系统和方法，通过设置所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块和所述跟随目标计算模块，实现了智能移动平台在跟随目标的前方进行随行，使得跟随目标在移动平台后方时，依然能为移动平台提供良好的运动方向及速度引导，实现前方随行的目的。

Description

一种前方随行系统及随行方法和智能移动平台
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种前方随行系统及随行方法和智能移动平台。
背景技术
智能移动平台可以帮助人们解决实际生活中的很多问题，比如自主跟随摄影摄像、跟随购物、跟随领路等，因此智能移动平台正成为智能移动平台发展的一大趋势。
智能跟随是智能移动平台的主要功能之一。现有的跟随方式，绝大部分是移动平台在跟随目标的后方或者侧方进行随行。这些方式下，跟随目标对于移动平台具有直接的引导效果。当移动平台在跟随目标前方进行随行时，跟随目标没有直接的引导效果，需要更加复杂的模型变换来完成随行的目标。
因此，急需发明一种新的前方随行系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种前方随行系统及随行方法，实现在跟随目标的前方进行随行，使得跟随目标在移动平台后方时，依然能为移动平台提供良好的运动方向及速度引导，实现前方随行的目的。
本发明提供了下述方案：
一种前方随行系统，包括：
自定位模块，用于智能移动平台定位并记录跟随目标和自身的相对位置；
智能移动平台计算模块，用于根据智能移动平台的运动速度，计算并记录智能移动平台的运动状态和运动轨迹；
跟随目标计算模块，用于根据相对位置、智能移动平台的运动状态和运动轨迹，计算跟随目标的相对位置坐标、运动速度以及运动方向；
目标位置计算模块，用于根据移动平台与跟随目标相对速度，跟随目标运动速度以及运动方向，计算移动平台运动的目标位置；
驱动指令编辑模块，用于根据移动平台已解算出目标位置，进行运动轨迹规划和速度解算，并编辑智能移动平台驱动指令；
智能移动平台驱动模块，用于根据智能移动平台驱动指令驱动智能移动平台进行前方跟随动作。
优选地，所述自定位模块采用超声波测距定位模块或无线电测距定位模块。
优选地，所述驱动指令编辑模块包括左驱动轮指令编辑单元和右驱动轮指令编辑单元。
优选地，所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块、所述跟随目标计算模块、所述驱动指令编辑模块和所述智能移动平台驱动模块依次连接。
本发明还提供了一种所述前方随行系统实现的前方随行方法，包括：
利用自定位模块，定位智能移动平台并记录跟随目标和智能移动平台的相对位置；
利用智能移动平台计算模块，根据智能移动平台的运动速度，计算并记录智能移动平台的运动状态和运动轨迹；
利用跟随目标计算模块，根据相对位置、智能移动平台的运动状态和运动轨迹，计算跟随目标的相对位置坐标、运动速度以及运动方向；
利用目标位置计算模块，根据移动平台与跟随目标相对速度，跟随目标运动速度以及运动方向，计算移动平台运动的目标位置；
利用驱动指令编辑模块，用于根据移动平台已解算出目标位置，进行运动轨迹规划和速度解算，并编辑智能移动平台驱动指令；
利用智能移动平台驱动模块，根据智能移动平台驱动指令驱动智能移动平台进行前方跟随动作。
优选地，利用自定位模块实时定位跟随目标的相对位置，并记录跟随目标当前时刻t1的坐标(x′t1，y′t1)和上一时刻t0的坐标(xt0，yt0)，两个控制时刻的时间间隔为T。
优选地，利用智能移动平台计算模块，记录上一时刻下发的驱动轮速度，该速度即为过去这一时刻智能移动平台的移动速度，其中左轮速度为SL，右轮速度为SR；根据左轮速度和右轮速度，计算得出智能移动平台的转弯半径r和角速度ω；进一步计算得出智能移动平台在时间T内的运动角度α和运动距离L。
优选地，利用跟随目标计算模块，在t0时刻，跟随目标相对于智能移动平台，其坐标为(xt0，yt0)；从t0到t1时刻，智能移动平台的运动角度为α，运动距离为L，相应的智能移动平台的坐标系也发生了移动和偏转，根据直角坐标系旋转变换原理，根据原坐标系为(x,y)，计算得出新坐标系为(x′，y′)；再通过公式进行坐标变换和平移，可获得t1时刻智能移动平台的坐标系下，t0时刻跟随目标的新坐标(x′t0，y′t0)；进一步求得，当前时刻跟随目标的位置(x′t1，y′t1)、运动方向和运动速度。
优选地，利用目标位置计算模块，设定智能移动平台在时间tn内需要运动到跟随目标的正前方，距离跟随目标的距离为D，计算出tn时刻的运动目标地点；设定移动平台圆弧运动的半径为R,解算跟随所需的左轮和右轮速度。
本发明还提供了一种智能移动平台，包括所述前方随行系统。
本发明产生的有益效果：
本发明所公开的前方随行系统，通过设置所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块和所述跟随目标计算模块，实现了智能移动平台在跟随目标的前方进行随行，使得跟随目标在移动平台后方时，依然能为移动平台提供良好的运动方向及速度引导，实现前方随行的目的。
附图说明
图1为本发明的前方随行系统的框图；
图2为本发明的智能移动平台的位置示意图；
图3为本发明的路径规划的示意图；
图4为本发明的前方随行方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1所示，一种前方随行系统，包括：
自定位模块，用于智能移动平台定位并记录跟随目标和自身的相对位置；
智能移动平台计算模块，用于根据智能移动平台的运动速度，计算并记录智能移动平台的运动状态和运动轨迹；
跟随目标计算模块，用于根据相对位置、智能移动平台的运动状态和运动轨迹，计算跟随目标的相对位置坐标、运动速度以及运动方向；
目标位置计算模块，用于根据移动平台与跟随目标相对速度，跟随目标运动速度以及运动方向，计算移动平台运动的目标位置；
驱动指令编辑模块，用于根据移动平台已解算出目标位置，进行运动轨迹规划和速度解算，并编辑智能移动平台驱动指令；
智能移动平台驱动模块，用于根据智能移动平台驱动指令驱动智能移动平台进行前方跟随动作。所述自定位模块采用超声波测距定位模块或无线电测距定位模块。所述驱动指令编辑模块包括左驱动轮指令编辑单元和右驱动轮指令编辑单元。所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块、所述跟随目标计算模块、所述驱动指令编辑模块和所述智能移动平台驱动模块依次连接。
本实施例中所述前方随行系统通过设置所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块和所述跟随目标计算模块，实现了智能移动平台在跟随目标的前方进行随行，使得跟随目标在移动平台后方时，依然能为移动平台提供良好的运动方向及速度引导，实现前方随行的目的。
实施例二，本实施例是基于实施例一的所述前方随行系统，实施例一中所描述的内容也是本实施例所具有的，此处不再具体赘述。
参见图2、图3和图4，一种所述前方随行系统实现的前方随行方法，包括：
利用自定位模块，定位智能移动平台并记录跟随目标和智能移动平台的相对位置；
利用智能移动平台计算模块，根据智能移动平台的运动速度，计算并记录智能移动平台的运动状态和运动轨迹；
利用跟随目标计算模块，根据相对位置、智能移动平台的运动状态和运动轨迹，计算跟随目标的相对位置坐标、运动速度以及运动方向；
利用目标位置计算模块，根据移动平台与跟随目标相对速度，跟随目标运动速度以及运动方向，计算移动平台运动的目标位置；
利用驱动指令编辑模块，用于根据移动平台已解算出目标位置，进行运动轨迹规划和速度解算，并编辑智能移动平台驱动指令；
利用智能移动平台驱动模块，根据智能移动平台驱动指令驱动智能移动平台进行前方跟随动作。
本实施例中利用自定位模块实时定位跟随目标的相对位置，并记录跟随目标当前时刻t1的坐标(x′t1，y′t1)和上一时刻t0的坐标(xt0，yt0)，两个控制时刻的时间间隔为T；利用智能移动平台计算模块，记录上一时刻下发的驱动轮速度，该速度即为过去这一时刻智能移动平台的移动速度，其中左轮速度为SL，右轮速度为SR；根据左轮速度和右轮速度，计算得出智能移动平台的转弯半径r和角速度ω；进一步计算得出智能移动平台在时间T内的运动角度α和运动距离L；利用跟随目标计算模块，在t0时刻，跟随目标相对于智能移动平台，其坐标为(xt0，yt0)；从t0到t1时刻，智能移动平台的运动角度为α，运动距离为L，相应的智能移动平台的坐标系也发生了移动和偏转，根据直角坐标系旋转变换原理，根据原坐标系为(x,y)，计算得出新坐标系为(x′，y′)；再通过公式进行坐标变换和平移，可获得t1时刻智能移动平台的坐标系下，t0时刻跟随目标的新坐标(x′t0，y′t0)；进一步求得，当前时刻跟随目标的位置(x′t1，y′t1)、运动方向和运动速度。利用目标位置计算模块，设定智能移动平台在时间tn内需要运动到跟随目标的正前方，距离跟随目标的距离为D，计算出tn时刻的运动目标地点；设定移动平台圆弧运动的半径为R,解算跟随所需的左轮和右轮速度。
本实施例中，具体的步骤如下：
1)智能移动平台和跟随目标上装配有近场自定位系统。该自定位系统以智能移动平台为固定坐标轴，实时定位跟随目标的相对位置。系统会记录跟随目标当前时刻t1的坐标(x′t1，y′t1)和上一时刻t0的坐标(xt0，yt0)，两个控制时刻的时间间隔为T。智能移动平台同时记录上一时刻下发的驱动轮速度，该速度即为过去这一时刻智能移动平台的移动速度，其中左轮速度为SL，右轮速度为SR。
2)由1)中信息，移动平台可计算当前时刻跟随目标的相对位置、运动方向和运动速度，具体参考图2。
a)左轮速度为SL，右轮速度为SR。由于左右驱动轮具有相同的角速度，因此：
其中r是转弯半径，W是两个驱动轮的间距；
由此可以得到移动平台的转弯半径r和角速度ω：
b)根据已经求得的转弯半径r和角速度ω，可以推算智能移动平台在时间T内的位移(通过转向角度α和中心前进距离L表示)：
c)在t0时刻，跟随目标相对于智能移动平台，其坐标为(xt0，yt0)；从t0到t1时刻，智能移动平台的运动角度为α，运动距离为L，相应的智能移动平台的坐标系也发生了移动和偏转，根据直角坐标系旋转变换原理，原坐标系为(x,y)，新坐标系为(x′，y′)，则新坐标系坐标为：
x′＝x*cosα+y*sinα；
y′＝y*cosα+x*sinα；
通过公式进行坐标变换和平移，可获得t1时刻智能移动平台的坐标系下，t0时刻跟随目标的新坐标(x′t0，y′t0)。
3)根据a)b)c)的计算，可以得到当前时刻跟随目标的位置、运动方向和速度
·位置坐标为：(x′t1，y′t1)
·运动方向为：
·运动速度：
4)设定智能移动平台在时间tn内需要运动到跟随目标的正前方，距离跟随目标的距离为D。计算出tn时刻的运动目标地点和规划运动轨迹。
智能移动平台在tn时刻需要目标坐标为：
y′tn＝(D+tn)*sinθ-y′t1；
x′tn＝(D+tn)*cosθ-x′t1；
根据已经计算出运动的目的地，进行运动路径规划，具体参考图3。
5)设定移动平台圆弧运动的半径为R,可解算跟随所需的左轮和右轮速度：
根据上述的计算结果，进行相应的驱动指令编辑并驱动智能移动平台进行前方随行动作。
实施例三，本实施例是基于实施例一的所述前方随行系统，实施例一中所描述的内容也是本实施例所具有的，此处不再具体赘述。
本发明还提供了一种智能移动平台，包括所述前方随行系统。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种前方随行系统，其特征在于：包括：
自定位模块，用于智能移动平台定位并记录跟随目标和自身的相对位置；
智能移动平台计算模块，用于根据智能移动平台的运动速度，计算并记录智能移动平台的运动状态和运动轨迹；
跟随目标计算模块，用于根据相对位置、智能移动平台的运动状态和运动轨迹，计算跟随目标的相对位置坐标、运动速度以及运动方向；
目标位置计算模块，用于根据移动平台与跟随目标相对速度，跟随目标运动速度以及运动方向，计算移动平台运动的目标位置；
驱动指令编辑模块，用于根据移动平台已解算出目标位置，进行运动轨迹规划和速度解算，并编辑智能移动平台驱动指令；
智能移动平台驱动模块，用于根据智能移动平台驱动指令驱动智能移动平台进行前方跟随动作。
2.根据权利要求1所述的前方随行系统，其特征在于：所述自定位模块采用超声波测距定位模块或无线电测距定位模块。
3.根据权利要求2所述的前方随行系统，其特征在于：所述驱动指令编辑模块包括左驱动轮指令编辑单元和右驱动轮指令编辑单元。
4.根据权利要求3所述的前方随行系统，其特征在于：所述自定位模块、所述智能移动平台计算模块、所述跟随目标计算模块、所述驱动指令编辑模块和所述智能移动平台驱动模块依次连接。
5.一种根据权利要求1-4中任一所述前方随行系统实现的前方随行方法，其特征在于：包括：
利用自定位模块，定位智能移动平台并记录跟随目标和智能移动平台的相对位置；
利用智能移动平台计算模块，根据智能移动平台的运动速度，计算并记录智能移动平台的运动状态和运动轨迹；
利用跟随目标计算模块，根据相对位置、智能移动平台的运动状态和运动轨迹，计算跟随目标的相对位置坐标、运动速度以及运动方向；
利用目标位置计算模块，根据移动平台与跟随目标相对速度，跟随目标运动速度以及运动方向，计算移动平台运动的目标位置；
利用驱动指令编辑模块，用于根据移动平台已解算出目标位置，进行运动轨迹规划和速度解算，并编辑智能移动平台驱动指令；
利用智能移动平台驱动模块，根据智能移动平台驱动指令驱动智能移动平台进行前方跟随动作。
6.根据权利要求5所述的前方随行方法，其特征在于：利用自定位模块实时定位跟随目标的相对位置，并记录跟随目标当前时刻t1的坐标(x′t1，y′t1)和上一时刻t0的坐标(xt0，yt0)，两个控制时刻的时间间隔为T。
7.根据权利要求6所述的前方随行方法，其特征在于：利用智能移动平台计算模块，记录上一时刻下发的驱动轮速度，该速度即为过去这一时刻智能移动平台的移动速度，其中左轮速度为SL，右轮速度为SR；根据左轮速度和右轮速度，计算得出智能移动平台的转弯半径r和角速度ω；进一步计算得出智能移动平台在时间T内的运动角度α和运动距离L。
8.根据权利要求7所述的前方随行方法，其特征在于：利用跟随目标计算模块，在t0时刻，跟随目标相对于智能移动平台，其坐标为(xt0，yt0)；从t0到t1时刻，智能移动平台的运动角度为α，运动距离为L，相应的智能移动平台的坐标系也发生了移动和偏转，根据直角坐标系旋转变换原理，根据原坐标系为(x,y)，计算得出新坐标系为(x′，y′)；再通过公式进行坐标变换和平移，可获得t1时刻智能移动平台的坐标系下，t0时刻跟随目标的新坐标(x′t0，y′t0)；进一步求得，当前时刻跟随目标的位置(x′t1，y′t1)、运动方向和运动速度。
9.根据权利要求8所述的前方随行方法，其特征在于：利用目标位置计算模块，设定智能移动平台在时间tn内需要运动到跟随目标的正前方，距离跟随目标的距离为D，计算出tn时刻的运动目标地点；设定移动平台圆弧运动的半径为R,解算跟随所需的左轮和右轮速度。
10.一种智能移动平台，其特征在于：包括如权利要求1-4中任一所述前方随行系统。
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