CN107562047B - 无人驾驶设备编队方法以及存储装置、处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能驾驶领域,具体涉及一种无人驾驶设备编队方法以及存储装置、处理装置。为了缩短无人驾驶设备编队的耗时,本发明的无人驾驶设备编队方法,首先从全局最优角度优先考虑,选择与各待分配目标点间距离之和最大的待编队无人驾驶设备;然后考虑局部最优,选择距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点,作为该无人驾驶设备对应的目标点;重复执行上述步骤,直到为各待编队无人驾驶设备分别分配了对应的目标点,完成编队。此外,在队形形成的过程中,采用类似合同流程的握手通信方式,在一定程度上保证分布式无人驾驶设备系统通信的可靠性,有利于增加分布式控制系统的鲁棒性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及智能驾驶领域,具体涉及一种无人驾驶设备编队方法以及存储装置、处理装置。
背景技术
目前针对机器人的协同控制研究,涉及到机器人之间、机器人与路侧设备通过通信进行协作,形成编队,在时间和空间上并发地完成复杂的任务,以提高工作效率、增强分布式感知信息的能力及对环境的适应性。各机器人能在功能上互补,具有经济可靠、响应快速等优点,并且具有极为重要的现实意义。在许多与人们息息相关的方面有广阔的应用前景,如危险环境作业、航天探测、军事行动、物流领域、娱乐(机器人足球)等等。
现有技术中,大多数机器人编队方法是选取离当前机器人最近的一个队形空缺位置进行占据,其他机器人在剩下的空余位置中继续选取最近的空缺位置。这种方法的缺点是会出现某一个机器人在连续竞争自己最近的空缺位置失败时,因其自身条件依旧没有竞争力,不得不去占据一个很远的位置,队形的形成时间类似木桶原理,取决于最后一个机器人到达目标位置的耗时,故这种策略会使队形形成的整体时间较长。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,本发明提出了一种无人驾驶设备编队方法以及存储装置、处理装置,有效缩短了无人驾驶设备编队的耗时。
本发明的一方面,提出一种无人驾驶设备编队方法,按照预设的目标队形,循环执行目标点分配方法,直至所有待编队无人驾驶设备均分配了对应的目标点,并分别行驶至各自对应的目标点;
所述目标点分配方法,包括:
分别计算每一个待编队无人驾驶设备与所有待分配目标点的空间距离之和,选择所述空间距离之和最大的待编队无人驾驶设备,并将距离该待编队无人驾驶设备最近的待分配目标点,分配给该待编队无人驾驶设备,作为该待编队无人驾驶设备的对应目标点;
所述预设的目标队形,在空间上包括多个目标点;
所述待分配目标点,为未分配给无人驾驶设备的目标点;
所述待编队无人驾驶设备,为未分配对应目标点的无人驾驶设备。
优选地,所述目标点分配方法基于拍卖协商机制进行目标点分配,具体为:
步骤A1,拍卖者依据所述预设的目标队形中各待分配目标点的位置、各竞拍者的当前位置,分别计算所述各竞拍者与各待分配目标点间的空间距离;分别向所述各竞拍者发布各待分配目标点的位置,以及该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离;
步骤A2,分别接收所述各竞拍者发来的竞拍筹码,选择最大的竞拍筹码对应的竞拍者作为胜出者,并向所述胜出者发送胜出信息;
步骤A3,接收所述胜出者发来的投标信息,并返回授权信息;
步骤A4,接收所述胜出者发来的确认信息,进行合同签订;将所述胜出者从竞拍者中排除,并将所述投标信息对应的目标点标记为已分配状态;
其中:
所述拍卖者,为编队系统的规划层;
所述各竞拍者,为各待编队无人驾驶设备;
所述竞拍筹码,与所述各竞拍者一一对应;由所述各竞拍者,分别计算该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离之和得到;
所述投标信息,包括距离所述胜出者最近的待分配目标点的信息;
所述合同签订,为将所述投标信息对应的目标点与所述胜出者进行关联的步骤。
优选地,步骤A1中,若各待编队无人驾驶设备在分配对应的目标点之前均处于静止状态,则所述分别计算所述各竞拍者与各待分配目标点间的空间距离,只在第一次进入步骤A1时执行;否则,每次进入步骤A1时均执行。
优选地,步骤A1具体为:
步骤A11,拍卖者依据所述预设的目标队形中各待分配目标点的位置、所述各竞拍者的当前位置,针对所述各竞拍者,分别计算该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离,作为矩阵的一行;形成竞拍者—目标点的距离矩阵;
步骤A12,分别向所述各竞拍者发送各待分配目标点的位置信息,以及所述距离矩阵中与该竞拍者对应的一行距离数据。
优选地,步骤A2具体为:
步骤A21,分别接收所述各竞拍者发来的信息;
步骤A22,判断所述各竞拍者发来的信息类型,若所述各竞拍者发来的信息类型均为竞拍筹码信息,则转至步骤A23;否则,转至步骤A24;
步骤A23,选择竞拍筹码的最大值对应的竞拍者作为胜出者,并向所述胜出者发送胜出信息,转至步骤A3;
步骤A24,中断该轮拍卖,转至步骤A1;
其中:
所述信息类型,包括:竞拍筹码信息或校验错误信息;
优选地,步骤A3具体为:
步骤A31,接收所述胜出者发来的投标信息;
步骤A32,判断所述投标信息中目标点是否为当前待分配目标点中距离所述胜出者最近的点;若是,则转至步骤A33,否则,转至步骤A34;
步骤A33,向所述胜出者返回授权信息,转至步骤A4;
步骤A34,向所述胜出者返回拒绝信息,转至步骤A1。
优选地,在步骤A4之后还包括:
步骤A5,接收所述胜出者发来的行驶至对应目标点的信息。
优选地,所述目标点分配方法具体为:
步骤B1,依据所述预设的目标队形中所述各待分配目标点的位置、各待编队无人驾驶设备的当前位置,针对各待编队无人驾驶设备,分别计算该无人驾驶设备与所述各待分配目标点间的空间距离之和;
步骤B2,选择步骤B1中所得空间距离之和的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;
步骤B3,向该无人驾驶设备发送该待分配目标点的位置信息;
步骤B4,接收该无人驾驶设备发来的确认信息,将该待分配目标点与该无人驾驶设备进行关联;将该待分配目标点标记为已分配状态,并将该无人驾驶设备从待编队无人驾驶设备中排除。
优选地,在步骤B4之后还包括:
步骤B5,接收该无人驾驶设备发来的行驶至对应目标点的信息。
优选地,将步骤B1中所得空间距离之和组成一个集合;若步骤B4中接收到该无人驾驶设备发来的拒绝信息,则转至步骤B6:
步骤B6,将该无人驾驶设备对应的空间距离之和从所述集合中删除;选择所述集合中元素的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;转至步骤B3。
本发明的另一方面,提出一种存储装置,其中存储有多条程序,所述程序适于由处理器加载并执行以实现上面所述的无人驾驶设备编队方法。
本发明的第三方面,提出一种处理装置,包括处理器和存储设备;
所述处理器,适于执行各条程序;
所述存储设备,适于存储多条程序;
所述程序适于由处理器加载并执行以实现上面所述的无人驾驶设备编队方法。
本发明的有益效果:
本发明的无人驾驶设备编队方法,分别计算各待编队无人驾驶设备与预设的目标队形中各待分配目标点间距离之和;首先从全局最优角度优先考虑,选择所述距离之和最大的待编队无人驾驶设备;然后考虑局部最优,选择距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点,作为该无人驾驶设备占据的目标点;从而达到全局优化与局部优化的平衡。此外,在队形形成的过程中,无人驾驶设备与编队规划系统之间采用类似合同流程的握手通信方式,在一定程度上保证分布式无人驾驶设备系统通信的可靠性,有利于增加分布式控制系统的鲁棒性与稳定性。
附图说明
图1是本发明的编队方法流程示意图;
图2是实施例一中基于拍卖协商机制的编队方法的流程示意图;
图3是实施例三中简化的编队方法流程示意图;
图4是实施例四中简化的编队方法流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明提出一种无人驾驶设备编队方法,以预设队形中的多个目标点作为待分配的目标点,依据全局最优和局部最优相结合的方法,逐一分配给各个待编队的无人驾驶设备,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S1,分别计算每一个待编队无人驾驶设备与所有待分配目标点的空间距离之和;
步骤S2,选择所述空间距离之和最大的待编队无人驾驶设备(全局最优),并将距离该待编队无人驾驶设备最近的待分配目标点,分配给该待编队无人驾驶设备(局部最优),作为该待编队无人驾驶设备的对应目标点;
步骤S3,循环执行上述步骤S1至步骤S2的目标点分配方法,直至所有待编队无人驾驶设备均分配了对应的目标点,并分别行驶至各自对应的目标点,即完成编队。
实施例一:
如图2所示,本实施例基于拍卖协商机制进行目标点分配,具体为:
步骤A11,拍卖者依据所述预设的目标队形中各待分配目标点的位置、所述各竞拍者的当前位置,针对所述各竞拍者,分别计算该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离,作为矩阵的一行;形成竞拍者—目标点的距离矩阵;
步骤A12,分别向所述各竞拍者发送各待分配目标点的位置信息,以及所述距离矩阵中与该竞拍者对应的一行距离数据;
每个竞拍者收到拍卖者发来的各待分配目标点位置信息,以及自身与这些目标点间距离之后,都要校验一下这些距离值是否正确;如果正确,则计算自身与各待分配目标点间的距离之和,得到一个竞拍筹码,并发送给拍卖者;如果校验结果认为这些距离值中至少有一个是错误的,则发送校验错误信息给拍卖者;
步骤A21,分别接收所述各竞拍者发来的信息;
步骤A22,判断所述各竞拍者发来的信息类型,若所述各竞拍者发来的信息类型均为竞拍筹码信息,则转至步骤A23;否则,转至步骤A24;
各竞拍者发来的信息,包括:信息类型和数值;其中,信息类型为:竞拍筹码信息或校验错误信息;当信息类型为竞拍筹码信息时,对应的数值为竞拍筹码,当信息类型为校验错误信息时,对应的数值为具体的错误码;
步骤A23,选择竞拍筹码的最大值对应的竞拍者作为胜出者,并向所述胜出者发送胜出信息,转至步骤A31;
步骤A24,中断该轮拍卖,转至步骤A11;
步骤A31,接收所述胜出者发来的投标信息;
步骤A32,判断所述投标信息中目标点是否为当前待分配目标点中距离所述胜出者最近的点;若是,则转至步骤A33,否则,转至步骤A34;
步骤A33,向所述胜出者返回授权信息,转至步骤A4;
步骤A34,向所述胜出者返回拒绝信息,转至步骤A11。
步骤A4,接收所述胜出者发来的确认信息,进行合同签订;将所述胜出者从竞拍者中排除,并将所述投标信息对应的目标点标记为已分配状态。
如果还有其他竞拍者没有分配对应目标点,则转至步骤A11开始下一轮拍卖,直到竞拍者的数量减少为零。为了更清楚地描述本实施例的方法,图2中除了目标点分配方法以外,也画入了对循环条件的判断。
其中:
所述拍卖者,为编队系统的规划层,可以为远程服务器(如云端服务器)或其他负责整体编队规划的设备,通过无线方式与无人驾驶设备进行通信。
所述各竞拍者,为各待编队无人驾驶设备。
所述竞拍筹码,与所述各竞拍者一一对应;由所述各竞拍者,分别计算该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离之和得到。
所述投标信息,包括距离所述胜出者最近的待分配目标点的信息。
所述合同签订,为将所述投标信息对应的目标点与所述胜出者进行关联的步骤。
本实施例中,胜出者在发出确认信息后,即可向对应的目标点行驶,行驶结束后向拍卖者发送到达信息;在此期间拍卖者可以继续对其他目标点进行拍卖,而不必停下来等待胜出者行驶至对应目标点。采用这种方法,拍卖目标点的动作可以在很短的时间内完成,每个竞拍者一旦收到对应目标点并校验正确,就可立即向拍卖者返回确认信息,并开始向对应目标点行驶。
实施例二:
与实施例一相近,不同的是在步骤A4之后还包括:
步骤A5,接收所述胜出者发来的行驶至对应目标点的信息。
在执行完A5之后,才转至步骤A11开始下一轮拍卖,直到竞拍者的数量减少为零。
本实施例适用于各待编队无人驾驶设备间的距离,以及各待分配目标点间的距离比较近的情况,在拍卖完一个目标点后,等待胜出者行驶至对应的目标点,才开始下一轮的拍卖。因为多个无人驾驶设备同时向各自目标点行驶时为避免互相碰撞可能发生频繁的避障和制动等操作,导致编队时间延长。
在实施例一和实施例二中,步骤A11中,若各待编队无人驾驶设备在分配对应的目标点之前均处于静止状态,则分别计算各竞拍者与各待分配目标点间的空间距离的操作,只需在第一次进入步骤A11时执行;否则,每次进入步骤A11时均执行。
实施例三:
本实施例中,如图3所示,为了简化流程,采用的目标点分配方法具体为:
步骤B1,依据所述预设的目标队形中所述各待分配目标点的位置、各待编队无人驾驶设备的当前位置,针对各待编队无人驾驶设备,分别计算该无人驾驶设备与所述各待分配目标点间的空间距离之和;
步骤B2,选择步骤B1中所得空间距离之和的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;
步骤B3,向该无人驾驶设备发送该待分配目标点的位置信息;
步骤B4,接收该无人驾驶设备发来的确认信息,将该待分配目标点与该无人驾驶设备进行关联;将该待分配目标点标记为已分配状态,并将该无人驾驶设备从待编队无人驾驶设备中排除。
如果还存在其他待编队无人驾驶设备,则转至步骤B1开始下一轮分配,直到待编队无人驾驶设备的数量减少为零。为了更清楚地描述本实施例的方法,图3中除了目标点分配方法以外,也画入了对循环条件的判断。
实施例四:
本实施例中,如图4所示,也是采用了类似实例三的简化流程,但是增加了步骤B4中对无人驾驶设备可能返回拒绝信息的判断,以及相应的处理步骤B6;另外增加了步骤B5,确保接收到无人驾驶设备到达目标点的信息后,才开始下一轮的目标点分配。具体的目标点分配步骤如下:
步骤B1,依据所述预设的目标队形中所述各待分配目标点的位置、各待编队无人驾驶设备的当前位置,针对各待编队无人驾驶设备,分别计算该无人驾驶设备与所述各待分配目标点间的空间距离之和;将所得空间距离之和组成一个集合;
步骤B2,选择步骤B1中所得空间距离之和的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;
步骤B3,向该无人驾驶设备发送该待分配目标点的位置信息;
该无人驾驶设备将对分配给自己的位置信息进行校验,如果认为位置信息错误或不方便到达那个位置,则返回拒绝信息,否则返回确认信息表示接受;
步骤B41,接收该无人驾驶设备返回的信息;
步骤B42,判断接收到返回信息是否为确认信息,若是,则转至步骤B43;否则转至步骤B6;
步骤B43,将该待分配目标点与该无人驾驶设备进行关联;将该待分配目标点标记为已分配状态,并将该无人驾驶设备从待编队无人驾驶设备中排除;
步骤B5,接收该无人驾驶设备发来的行驶至对应目标点的信息;
步骤B6,将该无人驾驶设备对应的空间距离之和从所述集合中删除;选择所述集合中元素的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;转至步骤B3。
在执行完步骤B5之后,判断待编队无人驾驶设备是否减少为零,决定是否进行一下轮的目标点分配。为了更清楚地描述本实施例的方法,图4中除了目标点分配方法以外,也画入了对循环条件的判断。
实施例三适用于各目标点间距较大的情况,实施例四适用于各目标点间距较小的情况。
本发明的一种存储装置的实施例,其中存储有多条程序,所述程序适于由处理器加载并执行以实现上面所述的无人驾驶设备编队方法。
本发明的一种处理装置的实施例,包括处理器和存储设备;
所述处理器,适于执行各条程序;
所述存储设备,适于存储多条程序;
所述程序适于由处理器加载并执行以实现上面所述的无人驾驶设备编队方法。
本领域技术人员应该明白,相关的应用领域比如无人驾驶小客车编队、无人物流车编队、无人农用车编队、无人垃圾车编队、轮式机器人编队、无人机编队等等,都包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员应该能够意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种无人驾驶设备编队方法,其特征在于,按照预设的目标队形,循环执行目标点分配方法,直至所有待编队无人驾驶设备均分配了对应的目标点,并分别行驶至各自对应的目标点;
所述目标点分配方法,包括:
分别计算每一个待编队无人驾驶设备与所有待分配目标点的空间距离之和,选择所述空间距离之和最大的待编队无人驾驶设备,并将距离该待编队无人驾驶设备最近的待分配目标点,分配给该待编队无人驾驶设备,作为该待编队无人驾驶设备的对应目标点;
所述预设的目标队形,在空间上包括多个目标点;
所述待分配目标点,为未分配给无人驾驶设备的目标点;
所述待编队无人驾驶设备,为未分配对应目标点的无人驾驶设备;
其中,分配了对应目标点的待编队无人驾驶设备发出确认信息即向对应目标点行驶,负责整体编队规划的设备继续对其他所述待分配目标点循环执行所述目标点分配方法,不必等待分配了对应目标点的待编队无人驾驶设备行驶到对应目标点。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,所述目标点分配方法基于拍卖协商机制进行目标点分配,具体为:
步骤A1,拍卖者依据所述预设的目标队形中各待分配目标点的位置、各竞拍者的当前位置,分别计算所述各竞拍者与各待分配目标点间的空间距离;分别向所述各竞拍者发布各待分配目标点的位置,以及该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离;
步骤A2,分别接收所述各竞拍者发来的竞拍筹码,选择最大的竞拍筹码对应的竞拍者作为胜出者,并向所述胜出者发送胜出信息;
步骤A3,接收所述胜出者发来的投标信息,并返回授权信息;
步骤A4,接收所述胜出者发来的确认信息,进行合同签订;将所述胜出者从竞拍者中排除,并将所述投标信息对应的目标点标记为已分配状态;
其中,
所述拍卖者,为编队系统的规划层;
所述各竞拍者,为各待编队无人驾驶设备;
所述竞拍筹码,与所述各竞拍者一一对应;由所述各竞拍者,分别计算该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离之和得到;
所述投标信息,包括距离所述胜出者最近的待分配目标点的信息;
所述合同签订,为将所述投标信息对应的目标点与所述胜出者进行关联的步骤。
3.根据权利要求2所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,步骤A1中,若各待编队无人驾驶设备在分配对应的目标点之前均处于静止状态,则所述分别计算所述各竞拍者与各待分配目标点间的空间距离,只在第一次进入步骤A1时执行;否则,每次进入步骤A1时均执行。
4.根据权利要求2所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,步骤A1具体为:
步骤A11,拍卖者依据所述预设的目标队形中各待分配目标点的位置、所述各竞拍者的当前位置,针对所述各竞拍者,分别计算该竞拍者与各待分配目标点间的空间距离,作为矩阵的一行;形成竞拍者—目标点的距离矩阵;
步骤A12,分别向所述各竞拍者发送各待分配目标点的位置信息,以及所述距离矩阵中与该竞拍者对应的一行距离数据。
5.根据权利要求2所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,步骤A2具体为:
步骤A21,分别接收所述各竞拍者发来的信息;
步骤A22,判断所述各竞拍者发来的信息类型,若所述各竞拍者发来的信息类型均为竞拍筹码信息,则转至步骤A23;否则,转至步骤A24;
步骤A23,选择竞拍筹码的最大值对应的竞拍者作为胜出者,并向所述胜出者发送胜出信息,转至步骤A3;
步骤A24,中断该轮拍卖,转至步骤A1;
其中,
所述信息类型,包括:竞拍筹码信息或校验错误信息。
6.根据权利要求2所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,步骤A3具体为:
步骤A31,接收所述胜出者发来的投标信息;
步骤A32,判断所述投标信息中目标点是否为当前待分配目标点中距离所述胜出者最近的点;若是,则转至步骤A33,否则,转至步骤A34;
步骤A33,向所述胜出者返回授权信息,转至步骤A4;
步骤A34,向所述胜出者返回拒绝信息,转至步骤A1。
7.根据权利要求2所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,在步骤A4之后还包括:
步骤A5,接收所述胜出者发来的行驶至对应目标点的信息。
8.根据权利要求1所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,所述目标点分配方法具体为:
步骤B1,依据所述预设的目标队形中所述各待分配目标点的位置、各待编队无人驾驶设备的当前位置,针对各待编队无人驾驶设备,分别计算该无人驾驶设备与所述各待分配目标点间的空间距离之和;
步骤B2,选择步骤B1中所得空间距离之和的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;
步骤B3,向该无人驾驶设备发送该待分配目标点的位置信息;
步骤B4,接收该无人驾驶设备发来的确认信息,将该待分配目标点与该无人驾驶设备进行关联;将该待分配目标点标记为已分配状态,并将该无人驾驶设备从待编队无人驾驶设备中排除。
9.根据权利要求8所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,在步骤B4之后还包括:
步骤B5,接收该无人驾驶设备发来的行驶至对应目标点的信息。
10.根据权利要求8所述的无人驾驶设备编队方法,其特征在于,
将步骤B1中所得空间距离之和组成一个集合;
若步骤B4中接收到该无人驾驶设备发来的拒绝信息,则转至步骤B6:
步骤B6,将该无人驾驶设备对应的空间距离之和从所述集合中删除;选择所述集合中元素的最大值,选择该最大值对应的无人驾驶设备,计算距离该无人驾驶设备最近的待分配目标点;转至步骤B3。
11.一种存储装置,其中存储有多条程序,其特征在于,所述程序适于由处理器加载并执行以实现权利要求1-10中任一项所述的无人驾驶设备编队方法。
12.一种处理装置,包括
处理器,适于执行各条程序;以及
存储设备,适于存储多条程序;
其特征在于,所述程序适于由处理器加载并执行以实现:
权利要求1-10中任一项所述的无人驾驶设备编队方法。
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