CN111966101B - 无人移动装置的转弯控制方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了无人移动装置的转弯控制方法、装置、系统及存储介质。该方法包括：当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；根据目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；根据位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的输出控制量给驱动器，指示驱动器根据输出控制量驱动车身在运动中转弯。通过实时计算车身的位置坐标和姿态角度，对位置坐标和姿态角度分别控制，缩短转弯时间，提高转弯效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及运动控制技术，尤其涉及无人移动装置的转弯控制方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
在物流仓储行业中作业的无人移动装置，除了沿直线运动外，还不可避免地需要进行转弯。
目前，在无人移动装置的基于光学的导航方案中，是通过在行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过车上安装的摄像机识别色带图像，对采入的色带图像信号进行简单处理得到装置相对色带的偏差，进而实现导引。但该方案只对直线路径有效，对曲线色带的识别和处理难度较大，且导引可靠性较差，精度较低，不能满足准确导航的要求。因此通过布置曲线色带，进行识别和处理，进而导引无人移动装置完成转弯动作的方案，在实际中并不可行。
现有方案中，基于光学导航的无人移动装置转弯时，先沿直线色带行走一段距离，读取到地面转弯停车标识卡后停车，然后舵轮角度打90度，无人移动装置原地自旋，通过车载传感器检测车身姿态角，车身转过相应角度后，舵轮回正，继续沿直线行进。显见，通过该方案实现无人移动装置转弯，过程动作复杂，耗时较长，尤其是对于具有大载重与大惯性特点的无人移动装置，更是会影响生产效率。
发明内容
本发明实施例提供无人移动装置的转弯控制方法、装置、系统及存储介质，可以实现缩短转弯时间，提高转弯效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种无人移动装置的转弯控制方法，包括：
当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；
根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；
根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；
根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯。
第二方面，本发明实施例还提供了一种转弯控制装置，包括：
指令接收模块，用于当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；
位姿计算模块，用于根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；
控制量计算模块，用于根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；
控制量发送模块，用于根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯。
第三方面，本发明实施例还提供了一种转弯控制系统，所述转弯控制系统包括：
车载相机，用于获取标识卡信息，并将所述标识卡信息发送给转弯控制器；
转弯控制器，与所述车载相机通信连接，用于将所述标识卡信息反馈给调度系统，以及执行如本发明任意实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法；
调度系统，与所述转弯控制器通信连接，用于在接收到所述标识卡信息后，发送转弯指令给所述转弯控制器；
驱动器，与所述转弯控制器通信连接，用于根据转弯控制器发送的舵轮速度和舵轮角度驱动所述车身向目标点转弯，并向所述转弯控制器实时反馈舵轮速度和舵轮角度。
第四方面，本发明实施例还提供了一种无人移动装置，所述无人移动装置包括如本发明实施例提供的转弯控制系统。
第五方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如本发明任意实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法。
本发明实施例通过当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度，通过获取的舵轮速度和舵轮角度实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度，根据目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标以及目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度，分别确定各个时刻的位置控制量和姿态控制量，进而确定各个时刻的输出控制量，指示驱动器根据输出控制量驱动车身在运动中转弯。通过实时计算车身的位置坐标和姿态角度，对车身的位置坐标和姿态角度分别控制，得到输出控制量，指示驱动器根据输出控制量驱动车身在运动中转弯，避免了沿直线路径行走通过原地自旋完成转弯时不必要的停车，简化转弯过程，缩短转弯消耗的时间，提高转弯效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种无人移动装置的转弯控制方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种无人移动装置的转弯控制方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种转弯控制框图；
图4是本发明实施例三提供的一种实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度的方法的流程图；
图5是本发明实施例三提供的一种车身转弯状态的坐标系示意图；
图6是本发明实施例三提供的一种车身位置坐标和姿态角度的坐标系示意图；
图7是本发明实施例四提供的一种转弯控制装置的结构示意图；
图8是本发明实施例五提供的一种转弯控制系统工作的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明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本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种无人移动装置的转弯控制方法的流程图，本实施例可适用于基于光学导航的无人移动装置转弯控制的情况，该方法可以由转弯控制装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现。该装置可配置于无人移动装置中。如图1所示，该方法包括：
步骤S110、当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度。
具体地，转弯控制器在接收到转弯指令时，从自身存储器中获取目标点的位置坐标和姿态角度，开始进入转弯控制过程。其中，转弯指令可以由调度系统发送给转弯控制器，用于指示转弯控制器开始进入转弯控制过程。目标点是车身转弯运动的终点。
示例性地，无人移动装置在直行路段上沿着地面敷设的直线色带直行，车载相机不断扫描色带和地面贴的标识卡，当车载相机读取到转弯起始标识卡时，车载相机将标识卡信息发送给转弯控制器，转弯控制器将该标识卡信息反馈给调度系统，调度系统在接收到该标识卡信息后，发送转弯指令给转弯控制器，当转弯控制器接收到转弯指令时，从自身存储器中获取目标点的位置坐标和姿态角度，开始进入转弯控制过程。
步骤S120、根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度。
具体地，转弯控制器在接收到转弯指令时，实时获取车身舵轮的舵轮速度和舵轮角度，根据驱动器反馈的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度。
可选地，根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度，可以通过以下方式实施：根据获取的舵轮角度以及车身轴距，计算车身参考点的旋转半径，根据该旋转半径、各个时刻时车身的舵轮速度和舵轮角度，计算各个时刻车身转弯的角速度，根据该角速度、在接收转弯指令时车身的初始位置坐标和姿态角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度。其中，舵轮可以为无人移动装置的前端可转动轮，可以直行或转动。车身参考点可以为无人移动装置的两个支撑轮轴线的中心。车身参考点的旋转半径是无人移动装置在转弯过程中由转弯中心到车身参考点的距离，无人移动装置在某一时刻转弯时，以当前时刻的转弯中心为中心，当前时刻车身参考点到转弯中心的距离为旋转半径进行转弯。无人移动装置在整个转弯过程中，转弯中心可以是固定不变的，也可以是在各个时刻不断变化的。当转弯中心固定不变时，无人移动装置可以绕固定转弯中心进行旋转，当转弯中心在各个时刻不断变化时，无人移动装置可以根据道路情况适应性地变化转弯中心，可以提高自适应性和鲁棒性。
步骤S130、根据目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量。
具体地，转弯控制器可以包括位置控制器和姿态控制器，将目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标输入位置控制器中，位置控制器输出各个时刻的位置控制量。将目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度输入姿态控制器中，姿态控制器输出各个时刻的姿态控制量。其中，位置控制器可以是采用第一预设控制算法实现对车身的位置坐标进行控制的控制器，姿态控制器可以是采用第二预设控制算法实现对车身的姿态角度进行控制的控制器。第一预设控制算法和第二预设控制算法可以是闭环控制系统，用于输出各个时刻的位置控制量和姿态控制量，例如，第一预设控制算法和/或第二预设控制算法可以是比例、积分、微分(Proportion Integral Differential,PID)控制算法。
可选地，位置控制量可以包括第一舵轮速度和第一舵轮角度，姿态控制量可以包括第二舵轮速度和第二舵轮角度。其中，第一舵轮速度、第一舵轮角度、第二舵轮速度和第二舵轮角度用于指示驱动器根据该第一舵轮速度、第一舵轮角度、第二舵轮速度和第二舵轮角度驱动车身在运动中转弯。
步骤S140、根据位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的输出控制量给驱动器，指示驱动器根据输出控制量驱动车身在运动中转弯。
具体地，转弯控制器根据位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，将该输出控制量发送给驱动器，指示驱动器根据该输出控制量驱动车身在运动中转弯。
可选地，输出控制量可以至少包括舵轮速度和舵轮角度。转弯控制器可以根据位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，发送各个时刻的舵轮速度和舵轮角度给驱动器，指示驱动器根据舵轮速度和舵轮角度驱动车身在运动中转弯。
可选地，根据位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，可以通过以下方式实施：基于预设策略分别确定位置控制量和姿态控制量的权重系数；基于权重系数，对位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，将加权求和结果作为输出控制量。其中，预设策略包括：当车身与目标点之间的距离减小时，位置权重系数以预设变化率递减；姿态权重系数与位置权重系数的代数和为1。例如，当某一时刻位置权重系数为0.6时，姿态权重系数为0.4，此时，基于该位置权重系数0.6和姿态权重系数0.4，对位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，将加权求和结果作为输出控制量。当车身与目标点之间的距离很远时，位置控制量和姿态控制量中的位置控制量可以占主导地位，能够指示驱动器加速驱动车身靠近目标点，当车身与目标点之间的距离很近时，姿态控制量可以占主导地位，能够指示驱动器主要调整车身的姿态角度，加速车身与目标点的姿态角度一致。现有技术中，通常通过人工驾驶，以一定的速度沿一条可行的轨迹转弯，记录下转弯过程中舵轮的角度，将上述转弯过程中的角度固化在程序代码中，在自动行驶时，作为舵轮指令下发，实现车身沿前述轨迹转弯。该方案的自适应性和鲁棒性不高，稳定性差。本发明实施例通过对位置控制量和姿态控制量进行加权求和处理，能够保证在路况复杂的情况下，实时自动调整舵轮速度和舵轮角度，提高车身的自适应性和鲁棒性，增强稳定性。
本发明实施例通过当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度，通过获取的舵轮速度和舵轮角度实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度，根据目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标以及目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度，分别确定各个时刻的位置控制量和姿态控制量，进而确定各个时刻的输出控制量，指示驱动器根据输出控制量驱动车身在运动中转弯。通过实时计算车身的位置坐标和姿态角度，对车身的位置坐标和姿态角度分别控制，得到输出控制量，指示驱动器根据输出控制量驱动车身在运动中转弯，避免了沿直线路径行走通过原地自旋完成转弯时不必要的停车，简化转弯过程，缩短转弯消耗的时间，提高转弯效率。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种无人移动装置的转弯控制方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行优化，如图2所示，该方法包括：
步骤S210、当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度。
步骤S220、根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度。
步骤S230、将目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标输入第一比例积分控制模型，获取第一比例积分控制模型输出的各个时刻的位置控制量。
具体地，转弯控制器将目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标输入第一比例积分控制模型，第一比例积分控制模型根据目标点的位置坐标和车身的位置坐标，输出各个时刻的位置控制量。
可选地，第一比例积分控制模型可以是PID控制模型。转弯控制器向PID控制模型输入目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标，PID控制模型输出各个时刻的位置控制量。
示例性地，图3是本发明实施例二提供的一种转弯控制框图，如图3所示，转弯控制器可以至少包括位置控制器和姿态控制器，将目标点的位置坐标和各个时刻时车身的位置坐标发送给位置控制器，第一比例积分控制模型可以预先配置于位置控制器中，位置控制器根据目标点的位置坐标和车身的位置坐标，输出各个时刻的位置控制量。
步骤S240、将目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度输入第二比例积分控制模型，获取第二比例积分控制模型输出的各个时刻的姿态控制量。
具体地，转弯控制器将目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度输入第二比例积分控制模型，第二比例积分控制模型根据目标点的姿态角度和车身的姿态角度，输出各个时刻的姿态控制量。
可选地，第二比例积分控制模型可以是PID控制模型。转弯控制器向PID控制模型输入目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度，PID控制模型输出各个时刻的姿态控制量。
示例性地，如图3所示，将目标点的姿态角度和各个时刻时车身的姿态角度发送给姿态控制器，第二比例积分控制模型可以预先配置于姿态控制器中，姿态控制器根据目标点的姿态角度和车身的姿态角度，输出各个时刻的姿态控制量。
步骤S250、基于预设策略分别确定位置控制量和姿态控制量的权重系数。
其中，预设策略包括：当车身与目标点之间的距离减小时，位置权重系数以预设变化率递减；姿态权重系数与位置权重系数的代数和为1。位置权重系数与车身和目标点之间的距离有关，当车身与目标点之间的距离增大时，位置权重系数也随之增大，当车身距离目标点的距离最大时，位置权重系数最大。位置权重系数的下限为预设阈值，当位置权重系数以预设变化率递减时，递减的下限不能低于预设阈值。
步骤S260、基于权重系数，对位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，将加权求和结果作为输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯。
可选地，输出控制量可以包括舵轮速度和舵轮角度。如图3所示，转弯控制器将加权求和之后得到的舵轮速度和舵轮角度发送给驱动器，指示驱动器根据舵轮速度和舵轮角度驱动车身在运动中转弯。
可选地，转弯控制器可以实时获取驱动器反馈的舵轮速度和舵轮角度。如图3所示，驱动器可以实时向转弯控制器反馈舵轮速度和舵轮角度，转弯控制器根据驱动器反馈的舵轮速度和舵轮角度对车身的位置坐标和姿态角度进行实时计算，再将计算得到的位置坐标和姿态角度分别反馈给位置控制器和姿态控制器，构成位置闭环和姿态闭环，能够实时调整车身转弯的位置和姿态，在路况复杂的情况下，实时自动调整舵轮速度和舵轮角度，提高车身的自适应性和鲁棒性，增强稳定性。
步骤S270、判断车身的位置坐标与目标点的位置坐标之间的偏差是否小于等于第一预设阈值、车身的姿态角度与目标点的姿态角度的偏差是否小于等于第二预设阈值且车载相机能否识别到色带，若是，执行步骤S280，否则返回执行步骤S220。
具体地，转弯控制器根据车身的位置坐标与目标点的位置坐标之间的偏差是否小于等于第一预设阈值、车身的姿态角度与目标点的姿态角度的偏差是否小于等于第二预设阈值且车载相机能否识别到色带，判断车身的位置坐标和姿态角度是否与目标点的位置坐标和姿态角度分别一致。
步骤S280、确定转弯完成。
具体地，当车身的位置坐标和姿态角度是否与目标点的位置坐标和姿态角度分别一致时，确定转弯完成。
可选地，指示驱动器驱动车身切换到沿色带的直行运动。当转弯控制器确定车身转弯到目标点后，指示驱动器驱动车身直行运动。
本发明实施例根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度，对车身转弯过程中的位置坐标和姿态角度分别进行控制，并基于预设策略，对位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，指示驱动器根据加权求和结果驱动车身在运动中转弯，实现在没有参考轨迹的情况下向目标点的位置坐标和姿态角度转弯，避免了沿直线路径行走通过原地自旋完成转弯时不必要的停车，简化了转弯的过程，缩短转弯消耗的时间，提高效率，并且在路况复杂的情况下，实时自动调整舵轮速度和舵轮角度，提高无人移动装置对不同路况的自适应性和鲁棒性，增强稳定性，提高控制精度。
实施例三
图4是本发明实施例三提供的一种实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度的方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行优化，如图4所示，根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的姿态角度，可以通过以下方式实施：
步骤S221、获取在接收转弯指令时车身的初始姿态角度。
具体地，转弯控制器当接收转弯指令时，获取当前时刻车身的姿态角度作为初始姿态角度。
步骤S222、根据车身轴距、各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，分别计算各个时刻车身转弯的角速度。
其中，车身轴距是指舵轮中心到车身参考点的距离，车身参考点是指两个支撑轮轴线的中心。舵轮速度是指车身转弯时舵轮的速度。舵轮角度是指舵轮速度方向与车身参考点到舵轮中心方向之间的夹角。车身转弯的角速度是指车身在单位时间内以转弯中心为中心绕过的角度，用于表示车身绕转弯中心运动的快慢。无人移动装置在整个转弯过程中，转弯中心可以是固定不变的，也可以是在各个时刻不断变化的。
示例性地，图5是本发明实施例三提供的一种车身转弯状态的坐标系示意图，如图5所示，C表示车身参考点，T表示当前时刻的转弯中心，Ow表示舵轮中心，COw表示车身轴距，长度可以设为d，车身参考点到转弯中心的距离R是车身参考点的旋转半径，vw表示舵轮速度，
表示舵轮角度。根据车身轴距d和舵轮角度
可以计算得到旋转半径
可见，随着舵轮角度的不同，旋转半径R在车身转弯过程中是不断变化的。vc表示车身的参考点速度，根据舵轮速度和舵轮角度，可以计算得到车身的参考点速度
即车身的旋转速度是
根据车身的旋转速度和旋转半径R，可以计算得到当前时刻车身转弯的角速度
步骤S223、分别计算从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内角速度的第一积分运算结果，根据第一积分运算结果和初始姿态角度确定各个时刻时车身的姿态角度。
示例性地，图6是本发明实施例三提供的一种车身位置坐标和姿态角度的坐标系示意图，如图6所示，(x1,y1,θ1)表示转弯控制器在接收转弯指令时刻的出发点，θ1表示转弯控制器获取的初始姿态角度，(x2,y2,θ2)表示转弯控制器在某一时刻的状态点。当无人移动装置在从出发点向该状态点转弯时，姿态角度从θ1变化为θ2，θ2表示当前时刻的姿态角度。对从出发点到状态点的角速度w进行第一积分运算，并根据初始姿态角度θ1，可以计算得到当前时刻车身的姿态角度θ2＝θ1+∫wdt。
可选地，计算上一时刻到当前时刻的时间段内角速度的第一积分运算结果，根据第一积分运算结果和上一时刻的姿态角度确定当前时刻车身的姿态角度。例如，如图6所示，θ1表示上一时刻车身的姿态角度，θ2表示当前时刻的姿态角度，对上一时刻到当前时刻的时间段内角速度w进行第一积分运算，并根据上一时刻车身的姿态角度θ1，可以计算得到当前时刻车身的姿态角度θ2＝θ1+∫wdt。根据上一时刻的姿态角度计算当前时刻车身的姿态角度，可以实时得到车身的姿态角度。
具体地，根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标，可以通过以下方式实施：
步骤S224、获取在接收转弯指令时车身的初始位置坐标。
具体地，转弯控制器当接收转弯指令时，获取当前时刻车身的位置坐标作为初始位置坐标。
步骤S225、根据各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，计算各个时刻时车身的参考点速度。
示例性地，如图5所示，vw表示当前时刻的舵轮速度，
表示当前时刻的舵轮角度，vc表示车身的参考点速度，根据舵轮速度和舵轮角度，可以计算得到车身的参考点速度
步骤S226、根据各个时刻的姿态角度沿横坐标方向和纵坐标方向分解对应时刻的参考点速度，得到各个时刻时参考点速度的横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度。
示例性地，如图6所示，θ1表示姿态角度，vc为参考点速度，根据姿态角度θ1沿横坐标方向分解参考点速度vc，可以得到参考点速度的横坐标方向线速度vx＝vccos(θ1)，根据姿态角度θ1沿纵坐标方向分解参考点速度vc，可以得到参考点速度的纵坐标方向线速度vy＝vcsin(θ1)。
步骤S227、在从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内，分别对横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度进行积分运算，得到第二积分运算结果和第三积分运算结果。
示例性地，如图6所示，(x1,y1,θ1)表示转弯控制器在接收转弯指令时刻的出发点，(x1,y1)表示转弯控制器获取的初始位置坐标，(x2,y2,θ2)表示转弯控制器在某一时刻的状态点。当无人移动装置在从出发点向该状态点转弯时，位置坐标从(x1,y1)变化为(x2,y2)，(x2,y2)表示当前时刻的位置坐标。对横坐标方向线速度vx进行第二积分运算，得到第二积分运算结果∫vxdt，对纵坐标方向线速度vy进行第二积分运算，得到第二积分运算结果∫vydt。
可选地，在上一时刻到当前时刻的时间段内，分别对横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度进行积分运算，得到第二积分运算结果和第三积分运算结果。例如，如图6所示，(x1,y1)表示转弯控制器上一时刻的位置坐标，(x2,y2)表示当前时刻的位置坐标。
步骤S228、根据第二积分运算结果、第三积分运算结果和初始位置坐标，确定各个时刻时车身的位置坐标。
示例性地，如图6所示，(x1,y1)表示转弯控制器获取的初始位置坐标，根据第二积分运算结果∫vxdt、第三积分运算结果∫vydt和初始位置坐标(x1,y1)，可以计算得到车身的位置坐标(x2,y2)，其中，x2＝x1+∫vxdt，y2＝y1+∫vydt。
可选地，根据第二积分运算结果、第三积分运算结果和上一时刻的位置坐标，确定当前时刻车身的位置坐标。例如，如图6所示，(x1,y1)表示上一时刻的位置坐标，(x2,y2)表示当前时刻车身的位置坐标，可以计算得到x2＝x1+∫vxdt，y2＝y1+∫vydt。
需要说明的是，步骤S221至步骤S228的顺序并不限于本实施例列举的顺序，这些步骤还可以以其它的顺序执行，例如，步骤S221～步骤S223与步骤S224和步骤S225可以并行执行，并在执行完步骤S223和步骤S225之后，继续执行步骤S226到步骤S228。或者，先执行步骤S224和步骤S225，再执行步骤S221到步骤S223，然后再继续执行步骤S226到步骤S228等。
本发明实施根据车身轴距、各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，分别计算各个时刻车身转弯的角速度，对从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内角速度进行第一积分运算，根据第一积分运算结果和初始姿态角度确定各个时刻时车身的姿态角度。根据各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，计算各个时刻时车身的参考点速度，根据各个时刻的姿态角度沿横坐标方向和纵坐标方向分解对应时刻的参考点速度，确定各个时刻时参考点速度的横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度，进而通过积分运算以及初始位置坐标，确定各个时刻时车身的位置坐标。本发明实施例通过将无人移动装置在转弯过程中的运动状态抽象成数学模型，实现对车身的位置坐标和姿态角度的实时计算，有利于分析无人移动装置在转弯时的运动本质，便于计算。
实施例四
图7是本发明实施例四提供的一种转弯控制装置的结构示意图。该装置可由软件和/或硬件实现，一般可集成在无人移动装置中，可以通过执行无人移动装置的转弯控制方法实现缩短转弯时间，提高转弯效率。如图7所示，该装置包括：
指令接收模块310，用于当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；
位姿计算模块320，用于根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；
控制量计算模块330，用于根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；
控制量发送模块340，用于根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯。
可选地，所述控制量计算模块330具体用于：
获取在接收转弯指令时车身的初始姿态角度；
根据车身轴距、各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，分别计算各个时刻所述车身转弯的角速度；
分别计算从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内所述角速度的第一积分运算结果，根据所述第一积分运算结果和所述初始姿态角度确定各个时刻时所述车身的姿态角度。
可选地，所述控制量计算模块330具体用于：
获取在接收转弯指令时车身的初始位置坐标；
根据各个时刻的所述舵轮速度和舵轮角度，计算各个时刻时车身的参考点速度；
根据各个时刻的姿态角度沿横坐标方向和纵坐标方向分解对应时刻的所述参考点速度，得到各个时刻时所述参考点速度的横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度；
在从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内，分别对所述横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度进行积分运算，得到第二积分运算结果和第三积分运算结果；
根据所述第二积分运算结果、第三积分运算结果和所述初始位置坐标，确定各个时刻时所述车身的位置坐标。
可选地，所述控制量计算模块330，具体用于：
将所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标输入第一比例积分控制模型，获取所述第一比例积分控制模型输出的各个时刻的位置控制量；
将所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度输入第二比例积分控制模型，获取所述第二比例积分控制模型输出的各个时刻的姿态控制量。
可选地，所述控制量发送模块340，具体用于：
基于预设策略分别确定所述位置控制量和姿态控制量的权重系数；
基于所述权重系数，对所述位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，将加权求和结果作为输出控制量。
可选地，所述预设策略，包括：
当所述车身与所述目标点之间的距离减小时，位置权重系数以预设变化率递减；
姿态权重系数与所述位置权重系数的代数和为1。
可选地，所述转弯控制装置，还包括：
完成确定模块，用于当所述车身的位置坐标与所述目标点的位置坐标之间的偏差小于等于第一预设阈值、所述车身的姿态角度与所述目标点的姿态角度的偏差小于等于第二预设阈值且车载相机识别到色带时，确定转弯完成。
本发明实施例所提供的转弯控制装置可执行本发明任意实施例所提供的无人移动装置的转弯控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
本发明实施例五提供一种转弯控制系统。该转弯控制系统可由软件和/或硬件实现，一般可集成在无人移动装置中，可以通过执行无人移动装置的转弯控制方法实现缩短转弯时间，提高转弯效率。该转弯控制系统包括：车载相机、转弯控制器、调度系统和驱动器。
图8是本发明实施例五提供的一种转弯控制系统工作的流程图，如图8所示，车载相机可以配置于无人移动装置上，用于获取标识卡信息，并将标识卡信息发送给转弯控制器。无人移动装置在直行路段沿地面敷设的直线色带运行，车载相机可以不断扫描色带和地面贴的标识卡，当读取到转弯起始标识卡时，表明将要进入转弯路段，车载相机将标识卡信息发送给转弯控制器。
转弯控制器与车载相机通信连接，用于将标识卡信息反馈给调度系统，以及执行如本发明任意实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法。转弯控制器将获取到的标识卡信息发送给调度系统，并获取调度系统发送的转弯指令，执行如本发明任意实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法，将输出控制量发送给驱动器，指示驱动器驱动车身在运动中转弯。运动控制器还可以获取驱动器反馈的车身的舵轮速度和舵轮角度，实时计算车身的位置坐标和姿态角度。
调度系统与转弯控制器通信连接，用于在接收到标识卡信息后，发送转弯指令给转弯控制器。调度系统可以发送转弯指令给转弯控制器，指示转弯控制器根据该转弯指令执行如本发明任意实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法。调度系统用于指示无人移动装置的所有运动状态，例如调度系统还可以发送直行指令给转弯控制器，指示转弯控制器沿色带直行。
驱动器与转弯控制器通信连接，用于根据转弯控制器发送的舵轮速度和舵轮角度驱动车身向目标点转弯，并向转弯控制器实时反馈舵轮速度和舵轮角度。驱动器用于驱动车身进行运动，例如驱动器还可以驱动车身沿色带直行。
本实施例的转弯控制系统包括转弯控制器，可执行本发明任意实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的方法。
实施例六
本发明实施例还提供一种无人移动装置，该无人移动装置包括本发明实施例提供的转弯控制系统，通过转弯控制系统执行本发明实施例提供的无人移动装置的转弯控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的方法。
实施例七
本发明实施例七还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种无人移动装置的转弯控制方法，该方法包括：
当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；
根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；
根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；
根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的无人移动装置的转弯控制方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述转弯控制装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种无人移动装置的转弯控制方法，其特征在于，包括：
当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；
根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；
根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；
根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯；
所述当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度，包括：转弯控制器在接收到所述转弯指令时，从自身存储器中获取所述目标点的位置坐标和姿态角度；
所述根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的姿态角度，包括：
获取在接收转弯指令时车身的初始姿态角度；
根据车身轴距、各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，分别计算各个时刻所述车身转弯的角速度；
分别计算从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内所述角速度的第一积分运算结果，根据所述第一积分运算结果和所述初始姿态角度确定各个时刻时所述车身的姿态角度；
所述根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，包括：
基于预设策略分别确定所述位置控制量和姿态控制量的权重系数；
基于所述权重系数，对所述位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，将加权求和结果作为输出控制量；
所述预设策略，包括：
当所述车身与所述目标点之间的距离减小时，位置权重系数以预设变化率递减；
姿态权重系数与所述位置权重系数的代数和为1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标，包括：
获取在接收转弯指令时车身的初始位置坐标；
根据各个时刻的所述舵轮速度和舵轮角度，计算各个时刻时车身的参考点速度；
根据各个时刻的姿态角度沿横坐标方向和纵坐标方向分解对应时刻的所述参考点速度，得到各个时刻时所述参考点速度的横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度；
在从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内，分别对所述横坐标方向线速度和纵坐标方向线速度进行积分运算，得到第二积分运算结果和第三积分运算结果；
根据所述第二积分运算结果、第三积分运算结果和所述初始位置坐标，确定各个时刻时所述车身的位置坐标。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量，包括：
将所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标输入第一比例积分控制模型，获取所述第一比例积分控制模型输出的各个时刻的位置控制量；
将所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度输入第二比例积分控制模型，获取所述第二比例积分控制模型输出的各个时刻的姿态控制量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯之后，还包括：
当所述车身的位置坐标与所述目标点的位置坐标之间的偏差小于等于第一预设阈值、所述车身的姿态角度与所述目标点的姿态角度的偏差小于等于第二预设阈值且车载相机识别到色带时，确定转弯完成。
5.一种转弯控制装置，其特征在于，包括：
指令接收模块，用于当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度；
位姿计算模块，用于根据获取的舵轮速度和舵轮角度，实时计算转弯过程中各个时刻时车身的位置坐标和姿态角度；
控制量计算模块，用于根据所述目标点的位置坐标和各个时刻时所述车身的位置坐标，确定各个时刻的位置控制量，根据所述目标点的姿态角度和各个时刻时所述车身的姿态角度，确定各个时刻的姿态控制量；
控制量发送模块，用于根据所述位置控制量和姿态控制量，确定各个时刻的输出控制量，发送各个时刻的所述输出控制量给驱动器，指示驱动器根据所述输出控制量驱动所述车身在运动中转弯；
所述当接收到转弯指令时，获取目标点的位置坐标和姿态角度，包括：转弯控制器在接收到所述转弯指令时，从自身存储器中获取所述目标点的位置坐标和姿态角度；
所述控制量计算模块具体用于：
获取在接收所述转弯指令时所述车身的初始姿态角度；
根据车身轴距、各个时刻的舵轮速度和舵轮角度，分别计算各个时刻所述车身转弯的角速度；
分别计算从接收转弯指令时刻到各个时刻的各个时间段内所述角速度的第一积分运算结果，根据所述第一积分运算结果和所述初始姿态角度确定各个时刻时所述车身的姿态角度；
所述控制量发送模块，具体用于：
基于预设策略分别确定所述位置控制量和姿态控制量的权重系数；
基于所述权重系数，对所述位置控制量和姿态控制量进行加权求和运算，将加权求和结果作为输出控制量；
所述预设策略，包括：
当所述车身与所述目标点之间的距离减小时，位置权重系数以预设变化率递减；
姿态权重系数与所述位置权重系数的代数和为1。
6.一种转弯控制系统，其特征在于，所述转弯控制系统包括：
车载相机，用于获取标识卡信息，并将所述标识卡信息发送给转弯控制器；
转弯控制器，与所述车载相机通信连接，用于将所述标识卡信息反馈给调度系统，以及执行如权利要求1-3中任一所述的无人移动装置的转弯控制方法；
调度系统，与所述转弯控制器通信连接，用于在接收到所述标识卡信息后，发送转弯指令给所述转弯控制器；
驱动器，与所述转弯控制器通信连接，用于根据转弯控制器发送的舵轮速度和舵轮角度驱动所述车身向目标点转弯，并向所述转弯控制器实时反馈舵轮速度和舵轮角度。
7.一种无人移动装置，其特征在于，包括如权利要求6所述的转弯控制系统。
8.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-3中任一所述的无人移动装置的转弯控制方法。
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