CN110308717B - 控制自主式移动机器移动的方法、装置、机器及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制自主式移动机器移动的方法，包括：获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点；计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差；根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；根据所述方向控制转角参数控制所述自主式移动机器进行移动。本发明还公开了一种控制自主式移动机器移动的装置、机器及存储介质，能够快速获取合适的方向控制转角参数，提高计算效率，并且可以根据实际情况对参数匹配表中的参数进行调整，使得机器控制更加稳定和精确。
Description
技术领域
本发明涉及自主移动技术领域，尤其涉及一种控制自主式移动机器移动的方法、装置、机器及存储介质。
背景技术
随着科学技术的发展，智能汽车、智能移动机器人等智能设备迅速发展，无人驾驶汽车是智能汽车的一种，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目标。在现有技术中，一种实现车辆无人驾驶的方法是通过计算汽车的转弯曲率，根据转弯曲率来得到方向控制的转角值；另一种方法为根据不同行驶工况下驾驶员操纵、车辆状态和道路环境等多源信息，提取驾驶员的行为特征数据和操纵规律，利用数据库直接由输入的车速信息获得输出的转向，或由输入的转向直接获得目标车速信息。
然而，发明人在实施本发明的过程中发现，上述第一种方法需要进行一系列复杂的算法对方向控制的转角值进行计算，导致计算效率较低，第二种方法需要采集大量数据进行分析，而且控制过程是黑盒子，无法进行修正或者调试，降低了车辆控制的稳定性和精确性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种控制自主式移动机器移动的方法、装置、机器及存储介质，根据参数匹配表可以快速获取与当前速度对应的合适的方向控制转角参数，可以提高计算速度和效率；并且可以根据实际情况对参数匹配表中的参数进行调整，使得机器控制更加稳定和精确。
第一方面，本发明实施例提供了一种控制自主式移动机器移动的方法，包括以下步骤：
获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；其中，所述当前状态包括当前速度以及当前位置；
根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；
根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点；
计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差，其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离；
根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；其中，所述参数匹配表定义了所述自主式移动机器在特定速度时特定横向偏差情况下的方向控制转角参数；
根据所述方向控制转角参数控制所述自主式移动机器进行移动。
在第一方面的第一种实现方式中，在所述获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态之前，还包括：
获取所述自主式移动机器在一定速度时不同横向偏差情况下的所有第一方向控制转角参数；
获取所述自主式移动机器在一定横向偏差时不同速度情况下的所有第二方向控制转角参数；
根据所有所述第一方向控制转角参数和所有所述第二方向控制转角参数，生成参数匹配表。
在第一方面的第二种实现方式中，在所述根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离之前，还包括：
根据所述目标路径和所述当前状态建立跟踪坐标系；
根据所述当前位置和所述跟踪坐标系，获得所述自主式移动机器的当前坐标；
则所述计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差具体为：
根据所述跟踪坐标系，计算得到每个所述预瞄点的预瞄坐标；
根据所述当前坐标以及所述预瞄坐标，计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差。
在第一方面的第三种实现方式中，所述目标路径中包含多个路径点；则所述根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点，具体为：
对于每一个预瞄距离：
计算所述各个路径点与所述当前位置的距离，并将所述距离最小的路径点作为最近点；
根据所述目标路径中的路径点的排序关系，从所述最近点开始获取各个路径点到所述当前位置的距离，直至首次获取到与当前位置的距离大于或者等于所述预瞄距离的第一路径点；
根据所述目标路径，选取所述第一路径点的上一个路径点作为第二路径点；
在所述第一路径点和所述第二路径点之间进行预设间隔的插值处理，得到插值点集；
根据所述预瞄距离和所述插值点集，获得与所述预瞄距离对应的预瞄点。
根据第一方面的第三种实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，所述预瞄距离包括远距预瞄距离和近距预瞄距离，其中，所述远距预瞄距离为基于所述当前速度和预设的远距预瞄时间计算得出的距离。
在第一方面的第五种实现方式中，所述根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数，具体为：
判断预设的参数匹配表中是否存在与所述横向偏差和所述当前速度同时匹配的横向偏差和速度；
若是，则在所述参数匹配表中提取方向控制转角参数；
若否，则根据预设的参数匹配表，对所述横向偏差和所述速度，利用线性插值法进行计算得到所述当前控制周期的方向控制转角参数。
在第一方面的第六种实现方式中，所述根据所述方向控制转角参数控制自主式移动机器进行移动，具体为：
根据所述方向控制转角参数，所述横向偏差以及所述当前速度，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的控制参数；
根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量；
根据所述目标方向控制转角控制量控制自主式移动机器进行移动。
根据第一方面的第六种实现方式，在第一方面的第七种实现方式中，所述根据所述方向控制转角参数，所述横向偏差以及所述当前速度，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的控制参数具体为：
根据所述方向控制转角参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的比例参数；
根据所述当前速度，获得所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的积分参数和微分参数。
根据第一方面的第六种实现方式，在第一方面的第八种实现方式中，所述预瞄点为至少两个；则所述根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算目标方向控制转角控制量，具体为：
根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量；
将每个所述控制输出量进行加权处理，得到方向控制转角控制量；
对所述方向控制转角控制量进行限幅处理，得到所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量。
在第一方面的第九种实现方式中，还包括：在非首个控制周期中，获取前N个控制周期中与所述当前控制周期中的每个预瞄点对应的历史横向偏差；
则所述根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量具体为：
根据每个所述预瞄点的所述控制参数、所述横向偏差和所述历史横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量。
第二方面，本发明实施例还提供了一种控制自主式移动机器移动的装置，包括：
数据获取模块，用于获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；其中，所述当前状态包括当前速度以及当前位置；
预瞄距离计算模块，用于根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；
预瞄点获取模块，用于根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点；
横向偏差计算模块，用于计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差；其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离；
方向控制转角参数获取模块，用于根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；其中，所述参数匹配表定义了所述自主式移动机器在特定速度时特定横向偏差情况下的方向控制转角值参数；
移动控制模块，用于根据所述方向控制转角参数控制自主式移动机器进行移动。
第三方面，本发明实施例还提供了一种自主式移动机器自主式移动机器，包括机器本体和控制器；其中，所述控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述的控制自主式移动机器移动的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项所述的控制自主式移动机器移动的方法。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：根据参数匹配表可以快速获取与当前速度对应的合适的方向控制转角参数，提高了计算效率；并且可以根据实际情况对参数匹配表中的参数进行调整，使得机器控制更加稳定和精确；根据所述方向控制转角参数计算方向控制转角控制量从而控制自主式移动机器(例如无人驾驶汽车或智能移动机器人等)在过弯道、转向以及掉头等不同工况下都能进行平滑、稳定地运动；通过获得在不同车速与不同横向偏差的情况下与方向控制转角的关系，从而把横向控制和纵向控制耦合在一起，提高了精确度和稳定性。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例提供的控制自主式移动机器移动的方法的流程示意图。
图2是本发明第三实施例提供的控制自主式移动机器移动的方法的选取远距预瞄点的示意图。
图3是本发明第四实施例提供的控制自主式移动机器移动的方法的控制系统流程示意图。
图4是本发明第五实施例提供的控制自主式移动机器移动的装置的结构示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
本发明提供了一种控制自主式移动机器移动的方法、装置、自主式移动机器以及存储介质，用于控制所述自主式移动机器进行移动，使得所述自主式移动机器在无外界人为控制的情况下准确地进行运动，以下分别进行详细说明。
其中，所述自主式移动机器可以为智能汽车、无人驾驶汽车、智能机器人或者自主式移动机器人等具有自主移动或运动的机器，为便于理解，下述实施例以无人驾驶汽车为例进行说明，然而应当理解的是，其他具有自主移动能力的机器也在本发明的保护范围之内。
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种控制自主式移动机器移动的方法，其可以在自主式移动机器上执行，包括以下步骤：
S10，获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；其中，所述当前状态包括当前速度以及当前位置。
在本实施例中，以0.1s为控制周期，在本控制周期(当前控制周期)刚开始时获取指定的目标路径，所述目标路径包括了至少一个包含经纬度信息的路径点，在控制车辆运动之前，预先设定目标路径并存储在无人驾驶汽车的控制模块或工控机中，以便在控制车辆运动时快速获取得到所需要的目标路径。在本控制周期开始时，还需获取车辆自身的当前状态信息，在这里，所述当前状态信息包括了车辆的当前车速以及车辆当前所在的位置，可以利用GPS定位系统来获取车辆的当前位置和当前车速，当然，还可以获取车辆的当前航向(当前行驶方向)。
S20，根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；
S30，根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点。
在本实施例中，可以根据实际情况来确定所需要计算的预瞄距离的个数，并且根据车辆的当前速度来计算预瞄距离，例如给每个预瞄距离设定一个预瞄时间，将所述预瞄时间与所述当前速度相乘得到预瞄距离。在本实施例，优选地，所述预瞄距离包括远距预瞄距离和近距预瞄距离，作为示例，指定远距预瞄距离d1对应的远距预瞄时间为2s，用车辆的当前速度(例如当前车速为10m/s)乘以远距预瞄时间(2s)后计算得出远距预瞄距离d1，在这里优选地，d1上限为25m；当然，也可以预先指定近距预瞄时间来计算近距预瞄距离，在本实施例中，所述近距预瞄距离d2选取为车辆前方3m，该数值为通过实验得出的一个较好的控制效果值。
在本实施例中，根据计算得到的预瞄距离和目标路径来选取预瞄点。作为示例，根据目标路径依次选取目标点(路径点)，在这里，所述目标点必须在车辆的前方并且判断所述目标点和车辆的距离是否在对应的预瞄距离之外，若所述目标点与车辆的距离小于所述预瞄距离，抛弃该目标点并选取下一个目标点，否则，则将该目标点作为与所述预瞄距离对应的预瞄点，并且不用对所述预瞄点后面的目标点进行计算或判断。在本实施例中，根据所述远距预瞄距离计算得到远距预瞄点，根据所述近距预瞄距离计算得到近距预瞄点。
S40，计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差。其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离。
在本实施例中，计算预瞄点到车辆当前位置的横向偏差，即计算所述预瞄点到车辆当前的运动航向上的垂直距离，其中，所述车辆的当前的运动航向为所述车辆当前的行驶方向(速度方向)；在这里，可以通过三角函数来计算每个预瞄点到车辆当前位置的横向偏差。在本实施例中，根据所述远距预瞄点和所述近距预瞄点分别计算得到远距预瞄点横向偏差和近距预瞄点横向偏差。
在本实施例的一种实现方式中，可以通过建立跟踪坐标系来计算横向偏差。具体地，当获取到目标路径和车辆当前状态后，根据所述目标路径和所述当前状态建立跟踪坐标系；根据所述当前位置和所述跟踪坐标系，获得所述自主式移动机器的当前坐标。作为示例，可以以GPS定位系统的坐标原点为原点，根据所述目标路径和车辆当前状态确定x轴和y轴，建立跟踪坐标系，从而可以在跟踪坐标系上根据车辆的当前位置来计算得到车辆的当前坐标(x0，y0)。因此，可以快速地计算每个预瞄点到车辆当前位置的横向偏差，具体地，根据所述跟踪坐标系，计算得到每个所述预瞄点的预瞄坐标；根据所述当前坐标以及所述预瞄坐标，计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差。作为示例，根据远距预瞄点在跟踪坐标系上的位置计算得到远距预瞄坐标(xA，yA)，进而根据当前坐标(x0，y0)和远距预瞄坐标(xA，yA)进行计算得到远距预瞄点横向偏差，同理可以计算得到近距预瞄点横向偏差。
S50，根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；其中，所述参数匹配表定义了所述自主式移动机器在特定速度时特定横向偏差情况下的方向控制转角参数；
S60，根据所述方向控制转角参数控制所述自主式移动机器进行移动。
在本实施例中，需要预先设定一张参数匹配表，在这里，利用工程方法标定所述自主式移动机器(如无人驾驶汽车)在不同速度和不同横向偏差的情况下的方向控制转角参数，并生成一张参数匹配表。当在线运行时，按照当前速度和横向偏差，查询上述参数匹配表来得出此时对应的方向控制转角参数。例如，按照当前速度和远距预瞄点横向偏差，查询上表得到与远距预瞄点对应的方向控制转角参数；按照当前速度和近距预瞄点横向偏差，查询上表得到与近距预瞄点对应的方向控制转角参数，可以理解的是，在无人驾驶汽车中，所述方向控制转角参数为方向盘转角参数。
在本实施例中，根据所得到的所有方向控制转角参数来计算方向控制转角控制量，并将方向控制转角控制量(即所述车辆的当前控制周期的方向盘转角控制量)输出至机器的控制执行系统，使得所述执行系统能够根据所述方向控制转角控制量来调整车辆的方向控制转动的角度，使得所述车辆能够按照指定的目标路径进行行驶，因此不会偏离路径。
综上所述，根据参数匹配表可以快速获取与当前速度对应的合适的方向控制转角参数，提高了计算效率；并且可以根据实际情况对参数匹配表中的参数进行调整，使得机器控制更加稳定和精确；根据所述方向控制转角参数计算方向控制转角控制量从而控制自主式移动机器(例如无人驾驶汽车或智能移动机器人等)在过弯道、转向以及掉头等不同工况下都能进行平滑、稳定地运动。
本发明第二实施例：
在第一个实施例的基础上，在步骤S10之前，还包括：
获取所述自主式移动机器在一定速度时不同横向偏差情况下的所有第一方向控制转角参数；获取所述自主式移动机器在一定横向偏差时不同速度情况下的所有第二方向控制转角参数；根据所有所述第一方向控制转角参数和所有所述第二方向控制转角参数，生成参数匹配表。
在本实施例中，作为示例，通过人工标定或者工程方法标定在一定车速时不同横向偏差的情况下的合适方向控制转角参数，进一步标定在一定横向偏差时不同车速的情况下的合适方向控制转角参数，例如在车速为15m/s时，记录在不同横向偏差时的方向控制转角值；在车速为20m/s时，记录在不同横向偏差时的方向控制转角值。最后获取在上述工况下标定得到的所有合适方向控制转角参数，并耦合生成一张车速-横向偏差-方向控制转角参数的参数匹配表。
在本实施例中，根据生成的参数匹配表可以快速获得方向控制转角参数，具体地，判断预设的参数匹配表中是否存在与所述横向偏差和所述当前速度同时匹配的横向偏差和速度；若是，则在所述参数匹配表中提取方向控制转角参数；若否，则根据预设的参数匹配表，对所述横向偏差和所述速度，利用线性插值法进行计算得到所述当前控制周期的方向控制转角参数。
在本实施例中，作为示例，假设所述无人驾驶汽车的当前车速为V，第一预瞄点的横向偏差为D，判断所述参数匹配表中是否存在与车速V和横向偏差D同时匹配车速和横向偏差，若是，则直接从所述参数匹配表中提取与车速V和横向偏差D对应的方向控制转角参数；若否，则利用线性插值法计算当前控制周期的与车速V和横向偏差D对应的方向控制转角参数。
通过上述方式，通过获得在不同车速与不同横向偏差的情况下与方向控制转角的关系，从而把横向控制和纵向控制耦合在一起，通过线性插值法可以获得覆盖所有工况的完整的方向控制转角参数，提高了机器控制的精确度和稳定性；并且基于物理量进行标定，参数可调，便于工作人员进行调试。
本发明第三实施例：
在第一个实施例的基础上，还包括：
所述目标路径中包含多个路径点；则所述根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点，具体为：对于每一个预瞄距离：
计算所述各个路径点与所述当前位置的距离，并将所述距离最小的路径点作为最近点；
根据所述目标路径中的路径点的排序关系，从所述最近点开始获取各个路径点到所述当前位置的距离，直至首次获取到与当前位置的距离大于或者等于所述预瞄距离的第一路径点；
根据所述目标路径，选取所述第一路径点的上一个路径点作为第二路径点；
在所述第一路径点和所述第二路径点之间进行预设间隔的插值处理，得到插值点集；
根据所述预瞄距离和所述插值点集，获得与所述预瞄距离对应的预瞄点。
在本实施例中，作为示例，所述预瞄距离包含远距预瞄距离和近距预瞄距离。对于远距预瞄距离d1：如图2所示，其中图中箭头方向为车辆的当前行驶方向。第一步，计算目标路径中的每一个路径点到车辆当前位置的距离s，取所有路径点中与本车距离最小的路径点作为最近点P0；根据目标路径中路径点的排序关系，从最近点开始获取上述计算得到的距离s，判断s是否大于或等于d1，若否，抛弃该点并获取下一路径点进行同样的判断，直至s大于或等于d1，并将该路径点(首次获取的s大于或等于d1的路径点)作为远距预瞄初始路径点A1；第二步，选取在目标路径中路径点A1的上一点A0，做预设间隔的插值(所述预设间隔可以为5cm)，得到插值点集X，并在插值点集X中按第一步中的方法进行计算，获得与远距预瞄距离d1对应的远距预瞄点A。同理，对于近距预瞄距离进行相同的方法计算获得近距预瞄点。在这里，可以理解的是，所选取的预瞄点都是位于车辆的前方，而位于车辆后方的路径点不需要进行计算。
通过上述方式，根据每个预瞄距离获取对应的预瞄点，可以保证所述计算得到的预瞄点的位置在自主式移动机器(如无人驾驶汽车)的前方，并且避免因为所述预瞄点与当前位置之前的间隔过大而导致跳变，保证在高速运动时不会因为目标路径近处的小幅抖动而发生震荡。
本发明第四实施例：
在第一个实施例的基础上，所述根据所述方向控制转角参数控制自主式移动机器进行移动，具体为：
S61，根据所述方向控制转角参数，所述横向偏差以及所述当前速度，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的控制参数。
在本实施例中，设计PID(比例-微分-积分)控制器来计算控制量，因此需要先确定控制参数。具体地，根据所述方向控制转角参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的比例参数；根据所述当前速度，获得所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的积分参数和微分参数。作为示例，当获取得到与某一个预瞄点的横向偏差对应的方向控制转角参数时，计算表达式比例参数＝方向控制转角参数/横向偏差，得到与每个该预瞄点对应的比例参数的值，并根据车辆当前状态调整得出与每个该预瞄点对应的积分参数的值和微分参数的值，在这里，可以对上述各个控制参数的值适当进行调整，例如当当前速度没有达到预定的车速时，可以将某些指定的预瞄点的积分参数置零等等。
S62，根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量。
在本实施例中，请参阅图3，图3为本实施例中的控制系统流程图，将计算得到的与预瞄点对应的控制参数(比例参数、微分参数和积分参数)和横向偏差输入至PID控制器即可得到所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量，其中所述PID控制器是带反馈的自动控制器。
在本实施例中，当所述预瞄点为至少两个时，具体地，根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量；将每个所述控制输出量进行加权处理，得到方向控制转角控制量；对所述方向控制转角控制量进行限幅处理，得到所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量。并且，在非首个控制周期中，获取前N个控制周期中与所述当前控制周期中的每个预瞄点对应的历史横向偏差；则所述根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量具体为：根据每个所述预瞄点的所述控制参数、所述横向偏差和所述历史横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量。
在本实施例中，优选地，根据前一个控制周期中每个预瞄点的横向偏差和方向控制转角控制量等来进行当前控制周期中的相关计算。作为示例，如图3所述，所述预瞄点为远距预瞄点和近距预瞄点；通过上述方法计算得到与远距预瞄点对应的比例参数Kp1和微分参数Kd1，还有与近距预瞄点对应的比例参数Kp2、微分参数Kd2和积分参数Ki2；接着通过PID控制分别计算远距预瞄控制输出量δ1和近距预瞄控制输出量δ2，其中：
δ1＝Kp1·Δd1+Kd1·(Δd1-Δd1’)
δ2＝Kp2·Δd2+∫Ki2·Δd2+Kd2·(Δd2-Δd2’)
其中，Δd1’为前一个控制周期中的远距预瞄点横向误差，Δd2’为前一个控制周期中的近距预瞄点横向误差。
接着，对计算得出的两个控制输出量做加权求和得到未限幅的方向控制转角控制量δ，其中：
δ＝a1·δ1+a2·δ2
其中，a1为当前控制周期的远距预瞄控制输出量的权重，a2为当前控制周期的近距预瞄控制输出量的权重，一般地，a1＝a2＝1。
最后，为了防止方向控制转角控制量过大或者过小，需要根据车辆的当前速度等对目标方向控制转角控制量做限幅处理，最终得到目标方向控制转角控制量，其中：
并且还需满足：
其中，δ为当前控制周期的方向控制转角控制量，δ’为前一个控制周期的方向控制转角控制量，δmax为预设的最大控制量，δmin为预设的最小控制量，Δδmax为预设的最大误差量，其中，所述Δδmax与车辆当前速度及当前控制周期有关。
S63，根据所述目标方向控制转角控制量控制自主式移动机器进行移动。
在本实施例中，将方向控制转角控制量输出至机器的控制执行系统，使得所述执行系统能够根据所述方向控制转角控制量来调整车辆的方向控制转动的角度，使得所述车辆能够按照指定的目标路径进行行驶，因此不会偏离路径。
通过上述方式，通过加权处理可以得到当前控制周期所需要的方向控制转角控制量，并且将控制量进行限幅处理，防止控制量过大，从而避免了机器在高速时急转弯等情况下引发失控，提高了机器移动或运动的稳定性。
请参阅图4，本发明第五实施例还提供了一种控制自主式移动机器移动的装置，包括：
数据获取模块10，用于获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；其中，所述当前状态包括当前速度以及当前位置；
预瞄距离计算模块20，用于根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；
预瞄点获取模块30，用于根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点；
横向偏差计算模块40，用于计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差；其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离；
方向控制转角参数获取模块50，用于根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；其中，所述参数匹配表定义了所述自主式移动机器在特定速度时特定横向偏差情况下的方向控制转角值参数；
移动控制模块60，用于根据所述方向控制转角参数控制自主式移动机器进行移动。
进一步地，所述控制自主式移动机器移动的装置还包括：
第一数据获取单元，用于获取所述自主式移动机器在一定速度时不同横向偏差情况下的所有第一方向控制转角参数；
第二数据获取单元，用于获取所述自主式移动机器在一定横向偏差时不同速度情况下的所有第二方向控制转角参数；
匹配表生成单元，用于根据所有所述第一方向控制转角参数和所有所述第二方向控制转角参数，生成参数匹配表。
优选地，所述控制自主式移动机器移动的装置还包括：
坐标系建立单元，用于根据所述目标路径和所述当前状态建立跟踪坐标系；
当前坐标计算单元，用于根据所述当前位置和所述跟踪坐标系，获得所述自主式移动机器的当前坐标；
则所述横向偏差计算模块40，具体为：
预瞄坐标计算单元，用于根据所述跟踪坐标系，计算得到每个所述预瞄点的预瞄坐标；
横向偏差计算单元，用于根据所述当前坐标以及所述预瞄坐标，计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差；其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离。
优选地，所述目标路径中包含多个路径点，则所述预瞄点获取模块30，具体为：
对于每一个预瞄距离：
最近点确定单元，用于计算所述各个路径点与所述当前位置的距离，并将所述距离最小的路径点作为最近点；
第一路径点选取单元，用于根据所述目标路径中的路径点的排序关系，从所述最近点开始获取各个路径点到所述当前位置的距离，直至首次获取到与当前位置的距离大于或者等于所述预瞄距离的第一路径点；
第二路径点选取单元，用于根据所述目标路径，选取所述第一路径点的上一个路径点作为第二路径点；
插值处理单元，用于在所述第一路径点和所述第二路径点之间进行预设间隔的插值处理，得到插值点集；
预瞄点获取单元，用于根据所述预瞄距离和所述插值点集，获得与所述预瞄距离对应的预瞄点。
进一步地，所述预瞄距离包括远距预瞄距离和近距预瞄距离，其中，所述远距预瞄距离为基于所述当前速度和预设的远距预瞄时间计算得出的距离。
优选地，所述方向控制转角参数获取模块50，具体为：
判断单元，用于判断预设的参数匹配表中是否存在与所述横向偏差和所述当前速度同时匹配的横向偏差和速度；
提取单元，用于若是，则在所述参数匹配表中提取方向控制转角参数；
线性计算单元，用于若否，则根据预设的参数匹配表，对所述横向偏差和所述速度，利用线性插值法进行计算得到所述当前控制周期的方向控制转角参数。
优选地，所述移动控制模块60，具体为：
控制参数计算单元，用于根据所述方向控制转角参数，所述横向偏差以及所述当前速度，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的控制参数；
目标控制量计算单元，用于根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量；
移动控制单元，用于根据所述目标方向控制转角控制量控制自主式移动机器进行移动。
进一步地，所述控制参数计算单元，具体为：
第一参数计算单元，用于根据所述方向控制转角参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的比例参数；
第二参数计算单元，用于根据所述当前速度，获得所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的积分参数和微分参数。
优选地，所述预瞄点为至少两个，则所述目标控制量计算单元，具体为：
输出量计算单元，用于根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量；
加权计算单元，用于将每个所述控制输出量进行加权处理，得到方向控制转角控制量；
限幅处理单元，用于对所述方向控制转角控制量进行限幅处理，得到所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量。
进一步地，所述控制自主式移动机器移动的装置，还包括：
历史横向偏差获取单元，用于在非首个控制周期中，获取前N个控制周期中与所述当前控制周期中的每个预瞄点对应的历史横向偏差；
则所述输出量计算单元，具体为：
根据每个所述预瞄点的所述控制参数、所述横向偏差和所述历史横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量。
控制输出量计算单元，用于根据每个所述预瞄点的所述控制参数、所述横向偏差和所述历史横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量。
本发明第六实施例还提供了一种自主式移动机器。该实施例的自主式移动机器包括机器本体和控制器；其中，所述控制器包括：处理器、显示器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如控制自主式移动机器移动的程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个控制自主式移动机器移动的方法的实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S10。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各单元的功能，例如图4所示的数据获取模块10。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述自主式移动机器中的执行过程。
所述自主式移动机器可以为智能汽车、无人驾驶汽车、智能机器人或者自主式移动机器人等具有自主移动或运动的机器。所述自主式移动机器可包括，但不仅限于，处理器、存储器、显示器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是自主式移动机器的示例，并不构成对自主式移动机器的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述自主式移动机器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述自主式移动机器的控制中心，利用各种接口和线路连接整个所述自主式移动机器的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述自主式移动机器的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、文字转换功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、文字消息数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述自主式移动机器集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，包括：
获取所述自主式移动机器在一定速度时不同横向偏差情况下的所有第一方向控制转角参数；
获取所述自主式移动机器在一定横向偏差时不同速度情况下的所有第二方向控制转角参数；
根据所有所述第一方向控制转角参数和所有所述第二方向控制转角参数，生成参数匹配表；
获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；其中，所述当前状态包括当前速度以及当前位置；
根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；
根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点；
计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差；其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离；
根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；其中，所述参数匹配表定义了所述自主式移动机器在特定速度时特定横向偏差情况下的方向控制转角参数；
根据所述方向控制转角参数控制所述自主式移动机器进行移动。
2.根据权利要求1所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，在所述根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离之前，还包括：
根据所述目标路径和所述当前状态建立跟踪坐标系；
根据所述当前位置和所述跟踪坐标系，获得所述自主式移动机器的当前坐标；
则所述计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差具体为：
根据所述跟踪坐标系，计算得到每个所述预瞄点的预瞄坐标；
根据所述当前坐标以及所述预瞄坐标，计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差。
3.根据权利要求1所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，所述目标路径中包含多个路径点；则所述根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点，具体为：
对于每一个预瞄距离：
计算所述各个路径点与所述当前位置的距离，并将距离最小的路径点作为最近点；
根据所述目标路径中的路径点的排序关系，从所述最近点开始获取各个路径点到所述当前位置的距离，直至首次获取到与当前位置的距离大于或者等于所述预瞄距离的第一路径点；
根据所述目标路径，选取所述第一路径点的上一个路径点作为第二路径点；
在所述第一路径点和所述第二路径点之间进行预设间隔的插值处理，得到插值点集；
根据所述预瞄距离和所述插值点集，获得与所述预瞄距离对应的预瞄点。
4.根据权利要求3所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，所述预瞄距离包括远距预瞄距离和近距预瞄距离，其中，所述远距预瞄距离为基于所述当前速度和预设的远距预瞄时间计算得出的距离。
5.根据权利要求1所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，所述根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数，具体为：
判断预设的参数匹配表中是否存在与所述横向偏差和所述当前速度同时匹配的横向偏差和速度；
若是，则在所述参数匹配表中提取方向控制转角参数；
若否，则根据预设的参数匹配表，对所述横向偏差和所述速度，利用线性插值法进行计算得到所述当前控制周期的方向控制转角参数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，所述根据所述方向控制转角参数控制自主式移动机器进行移动，具体为：
根据所述方向控制转角参数，所述横向偏差以及所述当前速度，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的控制参数；
根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量；
根据所述目标方向控制转角控制量控制自主式移动机器进行移动。
7.根据权利要求6所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，所述根据所述方向控制转角参数，所述横向偏差以及所述当前速度，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的控制参数具体为：
根据所述方向控制转角参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的比例参数；
根据所述当前速度，获得所述当前控制周期与每个所述预瞄点对应的积分参数和微分参数。
8.根据权利要求6所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，所述预瞄点为至少两个；则所述根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量，具体为：
根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量；
将每个所述控制输出量进行加权处理，得到方向控制转角控制量；
对所述方向控制转角控制量进行限幅处理，得到所述当前控制周期的目标方向控制转角控制量。
9.根据权利要求8所述的控制自主式移动机器移动的方法，其特征在于，还包括：在非首个控制周期中，获取前N个控制周期中与所述当前控制周期中的每个预瞄点对应的历史横向偏差；
则所述根据每个所述预瞄点的所述控制参数和所述横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量具体为：
根据每个所述预瞄点的所述控制参数、所述横向偏差和所述历史横向偏差，计算每个所述预瞄点的控制输出量。
10.一种控制自主式移动机器移动的装置，其特征在于，包括：
第一数据获取单元，用于获取所述自主式移动机器在一定速度时不同横向偏差情况下的所有第一方向控制转角参数；
第二数据获取单元，用于获取所述自主式移动机器在一定横向偏差时不同速度情况下的所有第二方向控制转角参数；
匹配表生成单元，用于根据所有所述第一方向控制转角参数和所有所述第二方向控制转角参数，生成参数匹配表；
数据获取模块，用于获取目标路径和自主式移动机器自身的当前状态；其中，所述当前状态包括当前速度以及当前位置；
预瞄距离计算模块，用于根据所述当前速度，计算得到至少一个预瞄距离；
预瞄点获取模块，用于根据所述目标路径和所述至少一个预瞄距离，获得相应于每个预瞄距离的预瞄点；
横向偏差计算模块，用于计算每个所述预瞄点到所述当前位置的横向偏差；其中，所述横向偏差为所述预瞄点到所述自主式移动机器当前的运动航向上的垂直距离；
方向控制转角参数获取模块，用于根据所述横向偏差、所述当前速度以及预设的参数匹配表，获得当前控制周期的方向控制转角参数；其中，所述参数匹配表定义了所述自主式移动机器在特定速度时特定横向偏差情况下的方向控制转角参数；
移动控制模块，用于根据所述方向控制转角参数控制自主式移动机器进行移动。
11.一种自主式移动机器，其特征在于，包括机器本体和控制器；其中，所述控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9中任意一项所述的控制自主式移动机器移动的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至9中任意一项所述的控制自主式移动机器移动的方法。
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