CN110238841B - 障碍物的避让方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种障碍物的避让方法及装置。该申请的方法包括根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径；根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径。本申请解决相关的动态障碍物的避让方式无法使机器人实现更高效的避让的问题。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种障碍物的避让方法及装置。
背景技术
服务机器人运行场景多为动态环境，涉及到的关键任务之一是处理与动态障碍物之间的避让。针对动态障碍物的避让，相关的实现方式主要分为两类：第一类是按照动态障碍物的速度向前预测一段距离，按照高斯分布在代价地图中生成障碍物代价，然后在新的代价地图基础上规划路径；第二类是通过最优化的方法，将与动态障碍物之间的距离作为误差项进行优化。本发明人发现，在使用中第一类实现方式时由于没有考虑长期运动态势，导致选择的路径大部分不是有效避让路径；在使用第二类的实现方式时由于采用优化的方法，导致结果存在不稳定性。综上，相关的动态障碍物的避让方式无法使机器人实现更高效的避让。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种障碍物的避让方法，以解决相关的动态障碍物的避让方式无法使机器人实现更高效的避让的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，提供了一种障碍物的避让方法。
根据本申请的障碍物的避让方法包括：
根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径；
根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径。
进一步的，所述根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径包括：
根据障碍物的运动信息，确定障碍物到虚拟交点的时长T，其中所述虚拟交点为检测本体到差速度方向的直线的距离交点，所述差速度为检测本体与障碍物的速度矢量差；
将所述时长T分割为多个子时长；
根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径。
进一步的，所述根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径，包括：
确定子时长对应的检测本体与障碍物的新位置；
计算检测本体到其新位置的第一距离；
计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离；
将第一距离第二距离合成得到子时长对应的运动路径。
进一步的，所述计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离包括：
计算障碍物从其新位置到虚拟交点的时长T1；
根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图；
根据代价地图确定所述第二距离。
进一步的，所述根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图包括：
确定以障碍物的新位置为中心，差速度与T1的乘积为半径的新的障碍物；
根据新的障碍物确定检测本体对应的代价地图。
进一步的，所述方法还包括：
判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能；
若有碰撞的可能，则执行确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径的步骤。
进一步的，所述判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能包括：
计算检测本体到与障碍物差速度方向的直线的距离，得到第三距离；
根据第三距离与预设阈值的比较结果判断是否有碰撞的可能。
为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种障碍物的避让装置。
根据本申请的障碍物的避让装置包括：
第一确定单元，用于根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径；
第二确定单元，用于根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径。
进一步的，所述第一确定单元包括：
第一确定模块，用于根据障碍物的运动信息，确定障碍物到虚拟交点的时长T，其中所述虚拟交点为检测本体到差速度方向的直线的距离交点，所述差速度为检测本体与障碍物的速度矢量差；
分割模块，用于将所述时长T分割为多个子时长；
第二确定模块，用于根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径。
进一步的，所述第二确定模块，用于：
确定子时长对应的检测本体与障碍物的新位置；
计算检测本体到其新位置的第一距离；
计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离；
将第一距离第二距离合成得到子时长对应的运动路径。
进一步的，所述第二确定模块，还用于：
计算障碍物从其新位置到虚拟交点的时长T1；
根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图；
根据代价地图确定所述第二距离。
进一步的，所述第二确定模块，还用于：
确定以障碍物的新位置为中心，差速度与T1的乘积为半径的新的障碍物；
根据新的障碍物确定检测本体对应的代价地图。
进一步的，所述装置还包括：
判断单元，用于判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能；
执行单元，用于若有碰撞的可能，则执行确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径的步骤。
进一步的，所述判断单元包括：
计算模块，用于计算检测本体到与障碍物差速度方向的直线的距离，得到第三距离；
比较模块，用于根据第三距离与预设阈值的比较结果判断是否有碰撞的可能。
为了实现上述目的，根据本申请的第三个方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，
所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行第一方面中任一项所述的障碍物的避让方法。
为了实现上述目的，根据本申请的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述第一方面中任一项所述的障碍物的避让方法。
在本申请实施例中，障碍物的避让方法和装置能够根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径，然后根据多条路径的比较结果来最终确定检测本体的有效避让路径。多条路径是重复考虑运动长期趋势得到的，这样能够更好的保证得到的避让路径为有效避让路径。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请一种实施例的障碍物的避让方法流程图；
图2是根据本申请另一种实施例的障碍物的避让方法流程图；
图3是根据本申请一种实施例的有效避让路径确定过程中相关的位置、距离关系的示意图；
图4是根据本申请一种实施例的障碍物的避让装置的组成框图；
图5是根据本申请另一种实施例的障碍物的避让装置的组成框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
根据本申请实施例，提供了一种障碍物的避让方法，如图1所示，该方法包括如下的步骤S101至步骤S102：
S101.根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径。
本实施例的应用场景为检测本体想要绕过前方障碍物到达障碍物后方位置点。其中，检测本体和障碍物都处于运动中，多条运动路径是根据检测本体以及障碍物的当前的运动信息，重复考虑运动长期趋势，预估的多条绕过障碍物的运动路径。
S102.根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径。
对多条运动路径进行比较，具体比较的内容包含运动时长的比较、运动距离、运动路径对应的路面情况等比较。根据比较的结果，以及实际的需求选择最有效的运动路径作为检测本体绕过障碍物到达障碍物后方位置点的有效避让路径。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例中障碍物的避让方法能够根据检测本体以及障碍物的运动趋势通过确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径，然后根据多条路径的比较结果来最终确定检测本体的有效避让路径。多条路径是重复考虑运动长期趋势得到的，这样能够更好的保证得到的避让路径为有效避让路径。
根据本申请另一实施例，提供了一种障碍物的避让方法，如图2所示，该方法包括：
S201.判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能。
本实施例的应用场景为检测本体想要绕过前方障碍物到达障碍物后方位置点。由于障碍物是动态的障碍物，即处于运动中，因此首先需要根据检测本体当前的运动状态预估是否有与障碍物碰撞的可能，如果有碰撞的可能，才需要继续执行后续确定有效避让路径的一系列步骤；如果没有碰撞的可能，则继续保持原来的运动路径即可。
具体的判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能的实现过程为：
首先，计算检测本体到与障碍物差速度方向的直线的距离，得到第三距离；
差速度方向的直线为过障碍物当前位置点的直线，检测本体到与障碍物差速度方向的直线的距离为垂直距离，具体的参见图3，图3为有效避让路径确定过程中相关的位置、距离关系的示意图，其中A点为检测本体的位置点，对应的速度为v1，B点为障碍物的位置点，对应的速度为v2，C点为障碍物后方位置点；v12为检测本体到与障碍物差速度；O点为过A点作v12方向的直线的垂线的交点；对应的第三距离为L(AO)。
其次，根据第三距离与预设阈值的比较结果判断是否有碰撞的可能。
预设阈值根据检测本体的半径设定，具体设置为大于检测本体的半径1倍的距离值，比如1.5倍的半径等。根据第三距离与预设阈值的比较结果判断是否有碰撞的可能具体为：比较第三距离与预设阈值的大小；若第三距离小于等于预设阈值，则检测本体与障碍物有碰撞的可能；若大于预设阈值，则检测本体与障碍物没有碰撞的可能。
S202.若有碰撞的可能，则根据障碍物的运动信息，确定障碍物到虚拟交点的时长T。
若有与障碍物碰撞的可能，则进行有效避让路径的确定，具体的包括步骤S202-S205。
其中，虚拟交点为检测本体到差速度方向的直线的距离交点，对应于图3，具体的虚拟交点为O。障碍物到虚拟交点的时长T可以根据障碍物的速度v2以及障碍物到虚拟交点的距离L(BO)得到。T＝L(BO)/v2。
S203.将时长T分割为多个子时长。
具体的，可以将时长T按照任意的分割方式进行分割。优选的，本实施例中将时长T平均分割为多个子时长，具体的子时长的数量的设置要求为至少大于5个子时长，选择的子时长太少影响最终有效避让路径的有效性。
S204.根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径。
每条运动路径的确定方式是相同的，本实施了以其中一条运动路径为例来说明，以第二子时长为例说明：
第一，确定子时长对应的检测本体与障碍物的新位置；
确定第二子时长对应的检测本体与障碍物的新位置：根据检测本体的速度v1、第二子时长对应的时长t2、以及检测本体的位置点计算对应的新位置点；同理，根据障碍物的速度v2、第二子时长对应的时长t2、以及障碍物的位置点计算对应的新位置点。其中，第二子时长对应的时长t2为包含第二时长以及之前的所有子时长的时长之和。
第二，计算检测本体到其新位置的第一距离；
根据检测本体的速度v1与第二时长对应的时长t2乘积，得到第一距离。
第三，计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离：1)计算障碍物从其新位置到虚拟交点O的时长T1；2)根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图：确定以障碍物的新位置为中心，差速度v12与T1的乘积为半径的新的障碍物；根据新的障碍物确定检测本体对应的代价地图。3)根据代价地图确定第二距离：确定代价地图后，根据现有的根据代价地图生成避让路径的方法得到避让路径，然后根据避让路径确定第二距离，其中第二距离为避让路径的距离。
第四，将第一距离第二距离合成得到子时长对应的运动路径。
重复上述步骤得到每个子时长对应的运动路径。
S205.将多条运动路径中距离最小的确定为检测本体的有效避让路径。
计算每个子时长对应的每条运动路径的距离的长度，将距离的长度最小的运动路径确定为有效避让路径。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述图1和图2所述方法的障碍物的避让装置，如图4所示，该装置包括：
第一确定单元31，用于根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径；
第二确定单元32，用于根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例中障碍物的避让装置能够根据检测本体以及障碍物的运动趋势通过确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径，然后根据多条路径的比较结果来最终确定检测本体的有效避让路径。多条路径是重复考虑运动长期趋势得到的，这样能够更好的保证得到的避让路径为有效避让路径。
进一步的，如图5所示，所述第一确定单元31包括：
第一确定模块311，用于根据障碍物的运动信息，确定障碍物到虚拟交点的时长T，其中所述虚拟交点为检测本体到差速度方向的直线的距离交点，所述差速度为检测本体与障碍物的速度矢量差；
分割模块312，用于将所述时长T分割为多个子时长；
第二确定模块313，用于根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每运动路径。
进一步的，如图5所示，所述第二确定模块313，用于:
确定子时长对应的检测本体与障碍物的新位置；
计算检测本体到其新位置的第一距离；
计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离；
将第一距离第二距离合成得到子时长对应的运动路径。
进一步的，如图5所示，所述第二确定模块313，还用于：
计算障碍物从其新位置到虚拟交点的时长T1；
根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图；
根据代价地图确定所述第二距离。
进一步的，如图5所示，所述第二确定模块313，还用于：
确定以障碍物的新位置为中心，差速度与T1的乘积为半径的新的障碍物；
根据新的障碍物确定检测本体对应的代价地图。
进一步的，如图5所示，所述装置还包括：
判断单元33，用于判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能；
执行单元34，用于若有碰撞的可能，则执行确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径的步骤。
进一步的，如图5所示，所述判断单元33包括：
计算模块331，用于计算检测本体到与障碍物差速度方向的直线的距离，得到第三距离；
比较模块332，用于根据第三距离与预设阈值的比较结果判断是否有碰撞的可能。
根据本申请实施例，还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，
所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述图1或图2中所述的障碍物的避让方法。
根据本申请实施例，还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行图1或图2所述的障碍物的避让方法。
具体的，本申请实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种障碍物的避让方法，其特征在于，所述方法包括：
根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径；
根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径；
所述根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径包括：
根据障碍物的运动信息，确定障碍物到虚拟交点的时长T，其中所述虚拟交点为检测本体到差速度方向的直线的距离交点，所述差速度为检测本体与障碍物的速度矢量差；
将所述时长T分割为多个子时长；
根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径。
2.根据权利要求1所述的障碍物的避让方法，其特征在于，所述根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径包括：
确定子时长对应的检测本体与障碍物的新位置；
计算检测本体到其新位置的第一距离；
计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离；
将第一距离第二距离合成得到子时长对应的运动路径。
3.根据权利要求2所述的障碍物的避让方法，其特征在于，所述计算检测本体从其新位置到障碍物后方位置点的避让路径，得到第二距离包括：
计算障碍物从其新位置到虚拟交点的时长T1；
根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图；
根据代价地图确定所述第二距离。
4.根据权利要求3所述的障碍物的避让方法，其特征在于，所述根据检测本体的新位置和运动信息、障碍物的新位置和运动信息、以及T1确定检测本体对应的代价地图包括：
确定以障碍物的新位置为中心，差速度与T1的乘积为半径的新的障碍物；
根据新的障碍物确定检测本体对应的代价地图。
5.根据权利要求1中所述的障碍物的避让方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能；
若有碰撞的可能，则执行确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径的步骤。
6.根据权利要求5中所述的障碍物的避让方法，其特征在于，所述判断检测本体是否有与障碍物碰撞可能包括：
计算检测本体到与障碍物差速度方向的直线的距离，得到第三距离；
根据第三距离与预设阈值的比较结果判断是否有碰撞的可能。
7.一种障碍物的避让装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径；
第二确定单元，用于根据多条运动路径的比较结果确定检测本体的有效避让路径；
所述根据检测本体以及障碍物的运动趋势确定检测本体到障碍物后方位置点的多条运动路径包括：
根据障碍物的运动信息，确定障碍物到虚拟交点的时长T，其中所述虚拟交点为检测本体到差速度方向的直线的距离交点，所述差速度为检测本体与障碍物的速度矢量差；
将所述时长T分割为多个子时长；
根据每个子时长对应的检测本体的位置到障碍物后方位置点的路径，得到每条运动路径。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，
所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行权利要求1至权利要求6中任一项所述的障碍物的避让方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至权利要求6中任一项所述的障碍物的避让方法。
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| CN110238841A (zh) | 2019-09-17 |
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