CN110647141B - 避障路径的生成方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种避障路径的生成方法、装置和系统，以解决现有技术生成的避障路径浪费土地资源的问题而发明，包括获取障碍物的轮廓点坐标；根据所述轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标；根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标；根据所述避障边界坐标生成避障路径。本发明可以应用在农机自动化领域中。

Description

避障路径的生成方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及一种信息处理技术，具体涉及一种避障路径的生成方法、装置和系统。
背景技术
农业自动化作业通常需要先设定作业路径，然后农机按照该作业路径自动导航从而实现自动化作业。然而，在实际的作业过程中，作业场地通常存在各种障碍物，为了保证自动化作业顺利进行，需要对作业路径进行避障路径设计。
现有技术提供的避障路径的生成方法，包括：首先，获取障碍物的坐标数据；然后，根据坐标数据生成外接圆作为避障边界；最后，根据避障边界生成避障路径。
在实现本发明的过程中，发明人发现：现有技术提供的避障路径的生成方法采用外接圆作为避障边界，造成土地浪费，尤其是障碍物长度延作业方向较大时，其外接圆半径过大，对土地造成了极大地浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例提出了一种避障路径的生成方法、装置和系统，能够在避障的同时减小土地资源浪费。
一方面，本发明实施例提供的避障路径的生成方法，包括：获取障碍物的轮廓点坐标；根据所述轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标；根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标；根据所述避障边界坐标生成避障路径。
进一步地，所述根据所述轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标包括：如果所述障碍物为圆形，根据所述轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标；或者，如果所述障碍物为多边形，且不存在凹边，获取所述轮廓点坐标为最小凸包坐标；或者，如果所述障碍物为多边形，且存在凹边，采用Graham算法对所述轮廓点坐标进行计算，获取最小凸包坐标。
进一步地，根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标包括：如果所述最小转弯半径小于所述作业幅宽的一半，获取所述最小转弯半径为第一避障边界距，其中，所述第一避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；以所述顶点坐标为圆心，所述第一避障边界距为半径，生成第一圆弧；根据所述顶点坐标和所述第一避障边界距，获取所述第一圆弧的切点坐标和弧长；根据预先设置的第一间隔距离，获取所述第一圆弧上的第一转弯避障边界坐标；根据预先设置的第二间隔距离，获取所述切点坐标之间连线的第一直线避障边界坐标；根据所述第一转弯避障边界坐标和所述第一直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
进一步地，根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标包括：如果所述最小转弯半径大于所述作业幅宽的一半，从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标；以所述圆心坐标为圆心，所述最小转弯半径为半径，生成第二圆弧，其中，所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离大于等于所述作业幅宽的一半，且小于所述最小转弯半径；获取所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离为第二避障边界距，其中，所述第二避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；根据所述顶点坐标和所述第二避障边界距，获取所述第二圆弧的切点坐标和弧长；根据预先设置的第三间隔距离，获取所述第二圆弧上的第二转弯避障边界坐标；根据预先设置的第四间隔距离，获取所述切点坐标之间连线的第二直线避障边界坐标；根据所述第二转弯避障边界坐标和所述第二直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
进一步地，所述根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标包括：根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，在所述顶点坐标对应的顶点的角平分线上获取圆心坐标。
进一步地，所述根据所述避障边界坐标生成避障路径包括：采用快速排斥试验和跨立检测试验，判断预先设置的行驶路径和所述避障边界坐标对应的避障边界之间是否相交；如果相交，根据所述避障边界坐标生成避障路径。
进一步地，所述根据所述第一交点坐标和所述避障边界坐标生成避障路径包括：获取所述行驶路径和所述避障边界之间的法矢量；在预先设置的偏移方向上，根据所述法矢量和所述最小转弯半径，生成偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界；获取所述偏移后的行驶路径和所述偏移后的避障边界之间的交点坐标；以所述交点坐标为圆心，生成所述行驶路径和所述避障边界之间的过渡圆弧；根据所述过渡圆弧、所述行驶路径和所述避障边界，生成避障路径。
进一步地，所述避障路径的生成方法，还包括：以所述避障路径为基路径，生成等间距的两条以上自动驾驶目标行驶路径。
另一方面，本发明实施例提供的避障路径的生成装置，包括：
第一获取模块，用于获取障碍物的轮廓点坐标；
第二获取模块，用于根据所述第一获取模块获取的轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标；
第三获取模块，用于根据所述第二获取模块获取的最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标；
第一生成模块，用于根据所述避障边界坐标生成避障路径。
进一步地，所述第二获取模块包括：
第一获取子模块，用于如果所述障碍物为圆形，根据所述轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标；或者，
第二获取子模块，用于如果所述障碍物为多边形，且不存在凹边，获取所述轮廓点坐标为最小凸包坐标；或者，
第三获取子模块，用于如果所述障碍物为多边形，且存在凹边，采用Graham算法对所述轮廓点坐标进行计算，获取最小凸包坐标。
进一步地，所述第三获取模块包括：
第四获取子模块，用于如果所述最小转弯半径小于所述作业幅宽的一半，获取所述最小转弯半径为第一避障边界距，其中，所述第一避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
第五获取子模块，用于从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
第六获取子模块，用于以所述第五获取子模块获取的顶点坐标为圆心，所述第四获取子模块获取的第一避障边界距为半径，生成第一圆弧；
第七获取子模块，用于根据所述第五获取子模块获取的顶点坐标和所述第四获取子模块获取的第一避障边界距，获取所述第六获取子模块获取的第一圆弧的切点坐标和弧长；
第八获取子模块，用于根据预先设置的第一间隔距离，获取所述第六获取子模块获取的第一圆弧上的第一转弯避障边界坐标；
第九获取子模块，用于根据预先设置的第二间隔距离，获取所述第七获取子模块获取的切点坐标之间连线的第一直线避障边界坐标；
第十获取子模块，用于根据所述第八获取子模块获取的第一转弯避障边界坐标和所述第九获取子模块获取的第一直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
进一步地，所述第三获取模块包括：
第十一获取子模块，用于如果所述最小转弯半径大于所述作业幅宽的一半，从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
第十二获取子模块，用于根据所述第十一获取子模块获取的顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标；
第十三获取子模块，用于以所述第十二获取子模块获取的圆心坐标为圆心，所述最小转弯半径为半径，生成第二圆弧，其中，所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离大于等于所述作业幅宽的一半，且小于所述最小转弯半径；
第十四获取子模块，用于获取所述第十三获取子模块获取的第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离为第二避障边界距，其中，所述第二避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
第十五获取子模块，用于根据所述第十一获取子模块获取的顶点坐标和所述第十四获取子模块获取的第二避障边界距，获取所述第十三获取子模块获取的第二圆弧的切点坐标和弧长；
第十六获取子模块，用于根据预先设置的第三间隔距离，获取所述第十三获取子模块获取的第二圆弧上的第二转弯避障边界坐标；
第十七获取子模块，用于根据预先设置的第四间隔距离，获取所述第十五获取子模块获取的切点坐标之间连线的第二直线避障边界坐标；
第十八获取子模块，用于根据所述第十六获取子模块获取的第二转弯避障边界坐标和所述第十七获取子模块获取的第二直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
进一步地，所述第十二获取子模块，具体用于根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，在所述第十一获取子模块获取的顶点坐标对应的顶点的角平分线上获取圆心坐标。
进一步地，所述第一生成模块包括：
判断子模块，用于采用快速排斥试验和跨立检测试验，判断预先设置的行驶路径和所述避障边界坐标对应的避障边界之间是否相交；
第一生成子模块，用于如果判断子模块判断相交，根据所述避障边界坐标生成避障路径。
进一步地，所述第一生成子模块包括：
第一获取单元，用于获取所述行驶路径和所述避障边界之间的法矢量；
第二获取单元，用于在预先设置的偏移方向上，根据所述第一获取单元获取的法矢量和所述最小转弯半径，生成偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界；
第三获取单元，用于获取所述第二获取单元获取的偏移后的行驶路径和所述偏移后的避障边界之间的交点坐标；
第一生成单元，用于以所述第三获取单元获取的交点坐标为圆心，生成所述行驶路径和所述避障边界之间的过渡圆弧；
第二生成单元，用于根据所述第一生成单元生成的过渡圆弧、所述行驶路径和所述避障边界，生成避障路径。
进一步地，所述避障路径的生成装置，还包括：
第二生成模块，用于以所述第一生成模块生成的避障路径为基路径，生成等间距的两条以上自动驾驶目标行驶路径。
再一方面，本发明实施例提供的避障路径的生成系统，包括以上所述的避障路径的生成装置。
本发明与现有技术相比较，避障边界坐标是根据最小凸包坐标、作业幅宽以及最小转弯半径获取的，在满足作业幅宽和最小转弯半径的基础上最大程度地节省了避障所占用的土地资源，解决了现有技术中避障边界坐标是障碍物的外接圆坐标，当障碍物长度延作业方向较大时，避障对土地造成极大的浪费问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例提供的避障路径的生成方法流程图一；
图2是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤103的流程图一；
图3是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤103获取避障边界坐标的示意图一；
图4是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤103获取避障边界坐标的示意图二；
图5是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤103的流程图二；
图6是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤103获取避障边界坐标的示意图三；
图7是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤103获取避障边界坐标的示意图四；
图8是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤104的流程图；
图9是图8所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤802的流程图；
图10是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤104生成避障路径的示意图一；
图11是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤104生成避障路径的示意图二；
图12是图1所示的本发明实施例提供的避障路径的生成方法中步骤104生成避障路径的示意图三；
图13是本发明另一实施例提供的避障路径的生成方法流程图；
图14是图13所示的避障路径的生成方法中步骤105生成目标自动驾驶行驶路径的示意图；
图15是本发明实施例提供的避障路径的生成装置结构示意图；
图16是图15所示的发明实施例提供的避障路径的生成装置中第二获取模块1502的结构示意图；
图17是图15所示的发明实施例提供的避障路径的生成装置中第三获取模块1503的结构示意图一；
图18是图15所示的发明实施例提供的避障路径的生成装置中第三获取模块1503的结构示意图二；
图19是图15所示的发明实施例提供的避障路径的生成装置中第一生成模块1504的结构示意图；
图20是图19所示的发明实施例提供的避障路径的生成装置中第一生成子模块1902的结构示意图；
图21是本发明另一实施例提供的避障路径的生成装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
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。
为了解决现有技术生成的避障路径浪费土地资源的问题，本发明实施例提供一种避障路径的生成方法、装置和系统。
如图1所示，本发明实施例提供的避障路径的生成方法，包括：
步骤101，获取障碍物的轮廓点坐标。
在本实施例中，步骤101可以用过激光扫描测定或者手动测定等方式获取障碍物的轮廓点坐标，在实际的使用过程中，还可以通过其他方式获取障碍物的轮廓点坐标，此处不对每种情况进行一一赘述。
需要说明的是，本领域技术人员应该能够轻易联想到，本发明实施例所述的障碍物的轮廓点不止一个，故轮廓点坐标也不应理解为一个坐标，而应该为多个坐标的集合，本实施例以轮廓点坐标为P＝{P1，P2，…，Pk}，其中，k＞＝2，为例进行说明。
步骤102，根据轮廓点坐标获取障碍物的最小凸包坐标。
1、如果障碍物为圆形，根据轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标。
在本实施例中，当k＝2，且P1为坐标值，P2为长度值时，障碍物为圆形，此时最小凸包为该圆形障碍物的轮廓，根据预先设置的间隔角度(如5°)对障碍物的轮廓进行均匀取点，获取最小凸包坐标。
需要说明的是，本领域技术人员应该能够轻易联想到，本发明实施例所述的最小凸包的点不止一个，故最小凸包坐标也不应理解为一个坐标，而应该为多个坐标的集合，本实施例以最小凸包坐标为T＝{T1，T2，…，Tk}，其中，k＞＝2，为例进行说明。
2、如果障碍物为多边形，且不存在凹边，获取轮廓点坐标为最小凸包坐标，此时，T＝P。
3、如果障碍物为多边形，且存在凹边，采用Graham算法对轮廓点坐标进行计算，获取最小凸包坐标。
具体地，可以包括以下步骤：
(1)如公式(1)所示，按y坐标值对P进行排序，获取y坐标值最小的点miny(P)，若存在多个y坐标最小值，则按x坐标值对该多个y坐标最小值的点进行排序，获取x坐标值最小的点，同时剔除重复点，获取基点O。
Figure BDA0001710204230000091
(2)计算基点O与P中任意一点构成的向量与x轴的夹角，通过公式(2)获取夹角点集合θ，并进行排序，得到按夹角大小排序的点集L＝{L1，L2，…，Lk}。
Figure BDA0001710204230000092
其中，θi为θ集合中第i个夹角点的值，x(Po)、y(Po)分别表示基点O的横坐标和纵坐标，x(Pi)、y(Pi)分别表示第i个P点的横坐标和纵坐标。
(3)将Lo，L1，L2作为凸包的初始三个点，并赋予新的编号Ti，则T0，T1必为凸包的两点，且T0＝Lo，T1＝L1，再以T1为基点，判断T1，T2，L3的走向，即Pointi＝T1，Pointj＝T2，Pointk＝L3进行如下公式(3)的判断：
Figure BDA0001710204230000093
若公式(3)成立，则三点构成的走向为逆时针走向，则T3＝L3。再以T2为基点，判断T2，T3，L4为走向，若为逆时针走向，则T4＝L4。再以T3为基点以此类推；若为顺时针走向时，T3＝L4此时以T2为基点，判断T2，T3，L5的走向。按照上述规则遍历完L中的点，得到的T即为多边形的最小凸包坐标。
步骤103，根据最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标。
本实施例以作业幅宽为W，最小转弯半径为R为例进行说明。
具体地，如果R＜W/2，则如图2所示，步骤103可以包括：
步骤201，获取最小转弯半径为第一避障边界距，其中，第一避障边界距为避障边界到障碍物的距离。
在本实施例中，第一避障边界距为d，且d＝R。
步骤202，从最小凸包坐标中获取顶点坐标。
如图3所示，障碍物的轮廓有P0、T1、T0、T3和T2构成，根据公式(1)-(3)可以获得最小凸包为T0、T1、T2和T3组成的多边形，其中，T0、T1、T2和T3为四个顶点坐标。
步骤203，以顶点坐标为圆心，第一避障边界距为半径，生成第一圆弧。
步骤204，根据顶点坐标和第一避障边界距，获取第一圆弧的切点坐标和弧长。
本实施例以如图3所示的情况为例，对步骤204进行说明：
1、根据公式(4)获取T0T1与x轴的夹角α1。
Figure BDA0001710204230000101
其中，x(To)、y(To)分别表示顶点T0的横坐标和纵坐标，x(T1)、y(T1)分别表示顶点T1的横坐标和纵坐标。
2、根据公式(5)获取切点T01的横坐标x(T01)和纵坐标y(T01)。
x(T01)＝x(T0)+d*sin(α1)，y(T01)＝y(T0)-d*cos(α1) (5)
3、根据公式(6)获取切点T11的横坐标x(T11)和纵坐标y(T11)。
x(T11)＝x(T1)+d*sin(α1)，y(T11)＝y(T1)-d*cos(α1) (6)
4、根据公式(7)获取T1T2与x轴的夹角α2。
Figure BDA0001710204230000104
5、根据公式(8)获取切点T12的横坐标x(T12)和纵坐标y(T12)。
x(T12)＝x(T1)+d*sin(α2)，y(T12)＝y(T1)-d*cos(α2) (8)
6、根据公式(9)获取切点T22的横坐标x(T22)和纵坐标y(T22)。
x(T22)＝x(T2)+d*sin(α2)，y(T22)＝y(T2)-d*cos(α2) (9)
7、根据公式(10)-(12)获取T11T12构成的第一圆弧的弧长arc_len。
Figure BDA0001710204230000102
Figure BDA0001710204230000103
arc_len＝|θ1-θ2|*π*|d| (12)
其中，θ1θ2分别是T11、T12与T1的夹角。
通过以上公式(4)-(12)可以获得顶点T1对应的第一圆弧的切点坐标和弧长，同理，可以获得顶点T0、T2和T3对应的第一圆弧的切点坐标和弧长，此处不做赘述。
步骤205，根据预先设置的第一间隔距离，获取第一圆弧上的第一转弯避障边界坐标。
具体地，可以根据如下公式(13)获取T1对应的第一转弯避障边界坐标。
Figure BDA0001710204230000111
其中，0.2为预先设置的第一间隔距离，β为T11T1T12构成的夹角。按照公式(13)提供的方法，同理，可以获得顶点T0、T2和T3对应的第一转弯避障边界坐标，此处不再赘述。
步骤206，根据预先设置的第二间隔距离，获取切点坐标之间连线的第一直线避障边界坐标
如图3所示，切点坐标之间的连线为T01T11、T12T22、T23T33以及T30T00，实际中可以根据具体需求设置第二间隔距离，如可以将第二间隔距离设置成1m，并按照第二间隔具体获取T01T11、T12T22、T23T33以及T30T00上的第一直线避障边界坐标。
步骤207，根据第一转弯避障边界坐标和第一直线避障边界坐标，获取避障边界坐标。
在本实施例中，避障边界坐标为第一转弯避障边界坐标和第一直线避障边界坐标的集合。
如图3所示，根据如图2所示的步骤获取的避障边界相较于现有技术采用外接圆方式获取的避障边界占用的土地面积更小，从而能够达到节省土地资源的目的，进一步地，如图4所示，在障碍物长度较大的场景下，采用如图2所示的步骤获取的避障边界相较于现有技术采用外接圆方式获取的避障边界占用的土地面积更小。
如果R＞W/2，则如图5所示，步骤103可以包括：
步骤501，从最小凸包坐标中获取顶点坐标。
如图6所示，障碍物为多边形，且不含凹边，此时T＝P，从T中获取顶点坐标T0、T1和T2。
步骤502，根据顶点坐标、作业幅宽和最小转弯半径，获取圆心坐标。
具体地，步骤502可以通过如下公式(14)-(18)获取顶点T1对应的圆心O1坐标x(O1)和y(O1)。
Figure BDA0001710204230000121
Figure BDA0001710204230000122
Figure BDA0001710204230000123
Figure BDA0001710204230000124
Figure BDA0001710204230000125
需要说明的是，在本实施例中，
Figure BDA0001710204230000126
但是在实际的使用过程中，d是可以变化的，d的取值为
Figure BDA0001710204230000127
同理，可以获得顶点T0和T2对应的圆心O0和O2坐标，此处不做赘述。
进一步地，为了确保避障边界的均衡性，步骤502具体可以根据顶点坐标、作业幅宽和最小转弯半径，在顶点坐标对应的顶点的角平分线上获取圆心坐标。
步骤503，以圆心坐标为圆心，最小转弯半径为半径，生成第二圆弧，其中，第二圆弧上点到顶点坐标的最近距离大于等于作业幅宽的一半，且小于所述最小转弯半径。
步骤504，获取第二圆弧上点到顶点坐标的最近距离为第二避障边界距。
步骤505，根据顶点坐标和第二避障边界距，获取第二圆弧的切点坐标和弧长。
本实施例中步骤505的具体实现方法可以参见公式(4)-(12)所示，此处不再赘述。
步骤506，根据预先设置的第三间隔距离，获取第二圆弧上的第二转弯避障边界坐标。
本实施例中步骤506的具体实现方法可以参见公式(13)所示，此处不再赘述。
步骤507，根据预先设置的第四间隔距离，获取切点坐标之间连线的第二直线避障边界坐标。
步骤508，根据第二转弯避障边界坐标和第二直线避障边界坐标，获取避障边界坐标。
根据如图5所示的步骤获取的避障边界可以参见如图7，根据如图5所示的步骤获取的避障边界相较于现有技术采用外接圆方式获取的避障边界占用的土地面积更小，从而能够达到节省土地资源的目的。
步骤104，根据避障边界坐标生成避障路径。
具体地，如图8所示，步骤104可以包括：
步骤801，采用快速排斥试验和跨立检测试验，判断预先设置的行驶路径和避障边界坐标对应的避障边界之间是否相交。
为了使本领域技术人员能够更清楚地理解本发明实施例提供的技术方案，下面对快速排斥试验和跨立检测试验进行详细说明。
1、快速排斥试验
根据公式(19)-(21)获取避障边界的最小外包矩形RT。
minTx＝min(x(Ti))，maxTx＝max(x(Ti)) (19)
minTy＝min(y(Ti))，maxTy＝max(y(Ti)) (20)
RT＝(minTx，minTy，maxTx，maxTy) (21)
同理，根据公式(22)获取行驶路径Q的最小外包矩形RQ。
RQ＝(minQx，minQy，maxQx，maxQy) (22)
如果RT与RQ相交，则交点构成新的矩阵R∩如公式(23)所示。
Figure BDA0001710204230000131
当minx＞maxx||miny＞maxy，则R∩不构成矩形，进而得到RT与RQ不相交，否则可能相交，进一步通过跨立检测试验进行判断是否相交。
2、跨立检测试验
判断点集Q上的两点Q1Q2与点集T上的两点T1T2是否相交，可以通过公式(24)判断其构成向量的矢量叉积来计算。
(Q1-T1)*(T2-T1)×(T2-T1)*(Q2-T1)≥0 (24)
当式(24)成立时，则称Q1Q2跨立T1T2，即两线段相交。
步骤802，如果相交，则预先设置的行驶路径与避障边界发生碰撞，需要进一步根据避障边界坐标生成行驶路径到避障边界的避障路径的过渡路径避障边界。
具体地，如图9所示，步骤802可以包括：
步骤901，获取行驶路径和避障边界之间的法矢量。
如图10所示，在本实施例中，行驶路径为Q，避障边界为M，根据如下公式(25)获取法矢量η。
Figure BDA0001710204230000141
其中，x，y为Q的坐标。
步骤902，在预先设置的偏移方向上，根据法矢量和最小转弯半径，生成偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界。
本实施例不对偏移方向进行限定，在实际的使用过程中可以根据需求设置偏移方向为向左或向右。
在本实施例中，步骤902可以根据公式(26)和(27)生成偏移后的行驶路径Q′和偏移后的避障边界M′。
Q′＝Q±R*η (26)
M′＝M±R*η (27)
步骤903，获取偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界之间的交点坐标。
在本实施例中，步骤903可以通过以上公式(19)-(24)所示的方法获取偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界之间的交点坐标。如图10所示，交点坐标为C1和C2。
步骤904，以交点坐标为圆心，生成行驶路径和避障边界之间的过渡圆弧。
步骤904的具体实现方法可以参见公式(4)-(13)所示，此处不再赘述。
步骤905，根据过渡圆弧、行驶路径和避障边界，生成避障路径。
根据步骤905生成的避障路径可以为如图11所示。
需要说明的是，本实施例提供的图10和图11给出了两种偏移方向(向左和向右)的避障路径，在实际的使用过程中，仅需要根据一个偏移方向生成避障路径即可。
进一步地，如图12所示，当存在多条行驶路径时，可以根据图8和9所示的方法为多条行驶路径生成避障路径，生成的避障路径可以参见图12所示。
如图13所示，本发明另一实施例还提供了一种避障路径的生成方法，该方法与图1所示的基本相同，区别在于，还包括：
步骤105，以避障路径为基路径，生成等间距的两条以上自动驾驶目标行驶路径。
本发明不对步骤105的具体实现方法进行限定，根据步骤105生成的自动驾驶目标行路径可以为如图14所示。
本发明与现有技术相比较，避障边界坐标是根据最小凸包坐标、作业幅宽以及最小转弯半径获取的，在满足作业幅宽和最小转弯半径的基础上最大程度地节省了避障所占用的土地资源，解决了现有技术中避障边界坐标是障碍物的外接圆坐标，当障碍物长度延作业方向较大时，避障对土地造成极大的浪费问题。
如图15所示，本发明实施例还提供一种避障路径的生成装置，包括：
第一获取模块1501，用于获取障碍物的轮廓点坐标；
第二获取模块1502，用于根据所述第一获取模块1501获取的轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标；
第三获取模块1503，用于根据所述第二获取模块1502获取的最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标；
第一生成模块1504，用于根据所述避障边界坐标生成避障路径。
进一步地，如图16所示，所述第二获取模块1502包括：
第一获取子模块1601，用于如果所述障碍物为圆形，根据所述轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标；或者，
第二获取子模块1602，用于如果所述障碍物为多边形，且不存在凹边，获取所述轮廓点坐标为最小凸包坐标；或者，
第三获取子模块1603，用于如果所述障碍物为多边形，且存在凹边，采用Graham算法对所述轮廓点坐标进行计算，获取最小凸包坐标。
进一步地，如图17所示，所述第三获取模块1503包括：
第四获取子模块1701，用于如果所述最小转弯半径小于所述作业幅宽的一半，获取所述最小转弯半径为第一避障边界距，其中，所述第一避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
第五获取子模块1702，用于从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
第六获取子模块1703，用于以所述第五获取子模块1702获取的顶点坐标为圆心，所述第四获取子模块1701获取的第一避障边界距为半径，生成第一圆弧；
第七获取子模块1704，用于根据所述第五获取子模块1702获取的顶点坐标和所述第四获取子模块1701获取的第一避障边界距，获取所述第六获取子模块1703获取的第一圆弧的切点坐标和弧长；
第八获取子模块1705，用于根据预先设置的第一间隔距离，获取所述第六获取子模块1703获取的第一圆弧上的第一转弯避障边界坐标；
第九获取子模块1706，用于根据预先设置的第二间隔距离，获取所述第七获取子模块1704获取的切点坐标之间连线的第一直线避障边界坐标；
第十获取子模块1707，用于根据所述第八获取子模块1705获取的第一转弯避障边界坐标和所述第九获取子模块1706获取的第一直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
进一步地，如图18所示，所述第三获取模块1503包括：
第十一获取子模块1801，用于如果所述最小转弯半径大于所述作业幅宽的一半，从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
第十二获取子模块1802，用于根据所述第十一获取子模块1801获取的顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标；
第十三获取子模块1803，用于以所述第十二获取子模块1802获取的圆心坐标为圆心，所述最小转弯半径为半径，生成第二圆弧，其中，所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离大于等于所述作业幅宽的一半，且小于所述最小转弯半径；
第十四获取子模块1804，用于获取所述第十三获取子模块1803获取的第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离为第二避障边界距，其中，所述第二避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
第十五获取子模块1805，用于根据所述第十一获取子模块1801获取的顶点坐标和所述第十四获取子模块1804获取的第二避障边界距，获取所述第十三获取子模块1803获取的第二圆弧的切点坐标和弧长；
第十六获取子模块1806，用于根据预先设置的第三间隔距离，获取所述第十三获取子模块1803获取的第二圆弧上的第二转弯避障边界坐标；
第十七获取子模块1807，用于根据预先设置的第四间隔距离，获取所述第十五获取子模块1805获取的切点坐标之间连线的第二直线避障边界坐标；
第十八获取子模块1808，用于根据所述第十六获取子模块1806获取的第二转弯避障边界坐标和所述第十七获取子模块1807获取的第二直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
进一步地，所述第十二获取子模块1802，具体用于根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，在所述第十一获取子模块1801获取的顶点坐标对应的顶点的角平分线上获取圆心坐标。
进一步地，如图19所示，所述第一生成模块1504包括：
判断子模块1901，用于采用快速排斥试验和跨立检测试验，判断预先设置的行驶路径和所述避障边界坐标对应的避障边界之间是否相交；
第一生成子模块1902，用于如果判断子模块1901判断相交，根据所述避障边界坐标生成避障路径。
进一步地，如图20所示，所述第一生成子模块1902包括：
第一获取单元2001，用于获取所述行驶路径和所述避障边界之间的法矢量；
第二获取单元2002，用于在预先设置的偏移方向上，根据所述第一获取单元2001获取的法矢量和所述最小转弯半径，生成偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界；
第三获取单元2003，用于获取所述第二获取单元2002获取的偏移后的行驶路径和所述偏移后的避障边界之间的交点坐标；
第一生成单元2004，用于以所述第三获取单元2003获取的交点坐标为圆心，生成所述行驶路径和所述避障边界之间的过渡圆弧；
第二生成单元2005，用于根据所述第一生成单元2004生成的过渡圆弧、所述行驶路径和所述避障边界，生成避障路径。
如图21所示，本发明另一实施例还提供一种避障路径的生成装置，与图15所示的基本相同，区别在于，还包括：
第二生成模块1505，用于以所述第一生成模块1504生成的避障路径为基路径，生成等间距的两条以上自动驾驶目标行驶路径。
本发明实施例提供的避障路径的生成装置其具体的实现方法可以参见本发明实施例提供的避障路径的生成方法所述，此处不再赘述。
本发明与现有技术相比较，避障边界坐标是根据最小凸包坐标、作业幅宽以及最小转弯半径获取的，在满足作业幅宽和最小转弯半径的基础上最大程度地节省了避障所占用的土地资源，解决了现有技术中避障边界坐标是障碍物的外接圆坐标，当障碍物长度延作业方向较大时，避障对土地造成极大的浪费问题。
本发明实施例还提供一种避障路径的生成系统，该系统包括图15-21所示的避障路径的生成装置。
本发明与现有技术相比较，避障边界坐标是根据最小凸包坐标、作业幅宽以及最小转弯半径获取的，在满足作业幅宽和最小转弯半径的基础上最大程度地节省了避障所占用的土地资源，解决了现有技术中避障边界坐标是障碍物的外接圆坐标，当障碍物长度延作业方向较大时，避障对土地造成极大的浪费问题。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (17)

1.一种避障路径的生成方法，其特征在于，包括：
获取障碍物的轮廓点坐标；
根据所述轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标；
根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标；
根据所述避障边界坐标生成避障路径；
其中，所述根据所述轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标包括：
如果所述障碍物为圆形，根据所述轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标；或者，
如果所述障碍物为多边形，且不存在凹边，获取所述轮廓点坐标为最小凸包坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标还包括：
如果所述障碍物为多边形，且存在凹边，采用Graham算法对所述轮廓点坐标进行计算，获取最小凸包坐标。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标包括：
如果所述最小转弯半径小于所述作业幅宽的一半，获取所述最小转弯半径为第一避障边界距，其中，所述第一避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
以所述顶点坐标为圆心，所述第一避障边界距为半径，生成第一圆弧；
根据所述顶点坐标和所述第一避障边界距，获取所述第一圆弧的切点坐标和弧长；
根据预先设置的第一间隔距离，获取所述第一圆弧上的第一转弯避障边界坐标；
根据预先设置的第二间隔距离，获取所述切点坐标之间连线的第一直线避障边界坐标；
根据所述第一转弯避障边界坐标和所述第一直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标包括：
如果所述最小转弯半径大于所述作业幅宽的一半，从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标；
以所述圆心坐标为圆心，所述最小转弯半径为半径，生成第二圆弧，其中，所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离大于等于所述作业幅宽的一半，且小于所述最小转弯半径；
获取所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离为第二避障边界距，其中，所述第二避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
根据所述顶点坐标和所述第二避障边界距，获取所述第二圆弧的切点坐标和弧长；
根据预先设置的第三间隔距离，获取所述第二圆弧上的第二转弯避障边界坐标；
根据预先设置的第四间隔距离，获取所述切点坐标之间连线的第二直线避障边界坐标；
根据所述第二转弯避障边界坐标和所述第二直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标包括：
根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，在所述顶点坐标对应的顶点的角平分线上获取圆心坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述避障边界坐标生成避障路径包括：
采用快速排斥试验和跨立检测试验，判断预先设置的行驶路径和所述避障边界坐标对应的避障边界之间是否相交；
如果相交，根据所述避障边界坐标生成避障路径。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述避障边界坐标生成避障路径包括：
获取所述行驶路径和所述避障边界之间的法矢量；
在预先设置的偏移方向上，根据所述法矢量和所述最小转弯半径，生成偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界；
获取所述偏移后的行驶路径和所述偏移后的避障边界之间的交点坐标；
以所述交点坐标为圆心，生成所述行驶路径和所述避障边界之间的过渡圆弧；
根据所述过渡圆弧、所述行驶路径和所述避障边界，生成避障路径。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
以所述避障路径为基路径，生成等间距的两条以上自动驾驶目标行驶路径。
9.一种避障路径的生成装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取障碍物的轮廓点坐标；
第二获取模块，用于根据所述第一获取模块获取的轮廓点坐标获取所述障碍物的最小凸包坐标；
第三获取模块，用于根据所述第二获取模块获取的最小凸包坐标、预先设置的作业幅宽以及最小转弯半径，获取避障边界坐标；
第一生成模块，用于根据所述避障边界坐标生成避障路径；
其中，所述第二获取模块，具体用于如果所述障碍物为圆形，根据所述轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标；或者，如果所述障碍物为多边形，且不存在凹边，获取所述轮廓点坐标为最小凸包坐标。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：
第一获取子模块，用于如果所述障碍物为圆形，根据所述轮廓点坐标以及预先设置的间隔角度，获取最小凸包坐标；或者，
第二获取子模块，用于如果所述障碍物为多边形，且不存在凹边，获取所述轮廓点坐标为最小凸包坐标；或者，
第三获取子模块，用于如果所述障碍物为多边形，且存在凹边，采用Graham算法对所述轮廓点坐标进行计算，获取最小凸包坐标。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块包括：
第四获取子模块，用于如果所述最小转弯半径小于所述作业幅宽的一半，获取所述最小转弯半径为第一避障边界距，其中，所述第一避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
第五获取子模块，用于从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
第六获取子模块，用于以所述第五获取子模块获取的顶点坐标为圆心，所述第四获取子模块获取的第一避障边界距为半径，生成第一圆弧；
第七获取子模块，用于根据所述第五获取子模块获取的顶点坐标和所述第四获取子模块获取的第一避障边界距，获取所述第六获取子模块获取的第一圆弧的切点坐标和弧长；
第八获取子模块，用于根据预先设置的第一间隔距离，获取所述第六获取子模块获取的第一圆弧上的第一转弯避障边界坐标；
第九获取子模块，用于根据预先设置的第二间隔距离，获取所述第七获取子模块获取的切点坐标之间连线的第一直线避障边界坐标；
第十获取子模块，用于根据所述第八获取子模块获取的第一转弯避障边界坐标和所述第九获取子模块获取的第一直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块包括：
第十一获取子模块，用于如果所述最小转弯半径大于所述作业幅宽的一半，从所述最小凸包坐标中获取顶点坐标；
第十二获取子模块，用于根据所述第十一获取子模块获取的顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，获取圆心坐标；
第十三获取子模块，用于以所述第十二获取子模块获取的圆心坐标为圆心，所述最小转弯半径为半径，生成第二圆弧，其中，所述第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离大于等于所述作业幅宽的一半，且小于所述最小转弯半径；
第十四获取子模块，用于获取所述第十三获取子模块获取的第二圆弧上点到所述顶点坐标的最近距离为第二避障边界距，其中，所述第二避障边界距为所述避障边界到所述障碍物的距离；
第十五获取子模块，用于根据所述第十一获取子模块获取的顶点坐标和所述第十四获取子模块获取的第二避障边界距，获取所述第十三获取子模块获取的第二圆弧的切点坐标和弧长；
第十六获取子模块，用于根据预先设置的第三间隔距离，获取所述第十三获取子模块获取的第二圆弧上的第二转弯避障边界坐标；
第十七获取子模块，用于根据预先设置的第四间隔距离，获取所述第十五获取子模块获取的切点坐标之间连线的第二直线避障边界坐标；
第十八获取子模块，用于根据所述第十六获取子模块获取的第二转弯避障边界坐标和所述第十七获取子模块获取的第二直线避障边界坐标，获取所述避障边界坐标。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
所述第十二获取子模块，具体用于根据所述顶点坐标、所述作业幅宽和所述最小转弯半径，在所述第十一获取子模块获取的顶点坐标对应的顶点的角平分线上获取圆心坐标。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一生成模块包括：
判断子模块，用于采用快速排斥试验和跨立检测试验，判断预先设置的行驶路径和所述避障边界坐标对应的避障边界之间是否相交；
第一生成子模块，用于如果判断子模块判断相交，根据所述避障边界坐标生成避障路径。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一生成子模块包括：
第一获取单元，用于获取所述行驶路径和所述避障边界之间的法矢量；
第二获取单元，用于在预先设置的偏移方向上，根据所述第一获取单元获取的法矢量和所述最小转弯半径，生成偏移后的行驶路径和偏移后的避障边界；
第三获取单元，用于获取所述第二获取单元获取的偏移后的行驶路径和所述偏移后的避障边界之间的交点坐标；
第一生成单元，用于以所述第三获取单元获取的交点坐标为圆心，生成所述行驶路径和所述避障边界之间的过渡圆弧；
第二生成单元，用于根据所述第一生成单元生成的过渡圆弧、所述行驶路径和所述避障边界，生成避障路径。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
第二生成模块，用于以所述第一生成模块生成的避障路径为基路径，生成等间距的两条以上自动驾驶目标行驶路径。
17.一种避障路径的生成系统，其特征在于，包括权利要求9-16中任意一项所述的避障路径的生成装置。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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