CN112050805A - 一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质，其中，该方法包括：根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径；根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围；基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。本发明实施例，通过电子设备的目标行驶路径和物理约束信息确定移动速度范围，按照移动速度范围生成规划路径，路径规划更贴合电子设备实际行驶状态，可提高电子设备移动路径的准确确定，提高电子设备移动的安全性。

Description

一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
随着计算机技术的发展，移动机器人和自动驾驶得到了广泛的研究。在上述技术领域中速度规划对自动驾驶的安全性和舒适性，以及移动机器人的运行流畅性具有重要影响，并且通过规划的速度确定出的行驶路径可提高移动机器人或者车辆的行驶安全。
现有的速度规划通常可以分为解耦的速度规划和耦合的速度规划。在解耦速度规划方案中，常将沿给定路径的速度曲线参数化，综合考虑时间、能量、舒适性等因素设计评价函数，通过评价函数选择最优的速度规划结果。但是由于未考虑车辆本身和行驶环境的影响确定出的最优的速度规划结果存在局限，不能完全真实的反应车辆的最优行驶速度，在此基础上确定出的规划路径往往存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质，通过电子设备移动执行机构的物理约束和目标行驶路径确定最大速度范围，通过该最大速度范围规划路径，提高了路径规划的准确性，可降低电子设备移动过程中的安全隐患。
第一方面，本发明实施例提供了一种路径规划方法，包括：
根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径；
根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围；
基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
可选的，所述根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径，包括：
通过所述电子设备的当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率预测所述电子设备前方经过的至少一个目标位置；
获取所述目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率作为位置信息；
将对应至少一个所述目标位置的位置信息按照至少一个所述目标位置的经过顺序排列生成目标行驶路径。
本发明实施例，通过预测电子设备未来行驶的目标位置，并通过目标位置的位置坐标、道路曲率和朝向角构成目标行驶路径，可提高计算机设备行驶速度范围确定的准确性。
可选的，电子设备的移动执行机构的物理约束信息至少包括运动几何约束和运动动力学约束，其中，运动几何约束包括转向角范围，运动力学约束包括速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种。
本发明实施例，通过运动几何约束和运动动力学约束表示移动执行机构的物理约束信息，可增强移动速度范围的真实性，更加符合电子设备行驶的状态。
可选的，根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围，包括：
在所述电子设备的运动学模型和所述目标行驶路径的条件下确定所述运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系；
根据所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种所述速度限制曲线确定移动速度范围。
本发明实施例，通过确定目标行驶路径与不同的物理约束信息的关联关系，可丰富移动速度范围确定的角度，提高移动速度范围确定的精度。
可选的，所述运动学模型包括在电子设备在目标行驶路径的目标道路曲率、电子设备的转向角与电子设备的前后轮轴距之间的关联关系。
本发明实施例，通过目标道路曲率、转向角以及前后轮轴距作为电子设备的运动学模型，可真实反应电子设备的行驶状态，使得确定处的规划路径具有更高的行驶效率。
可选的，所述在所述电子设备的运动学模型和所述目标行驶路径的条件下确定所述运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系，包括：
按照所述电子设备的运动学模型确定所述目标行驶路径相当于时间的路径一阶导数关系和路径二阶导数关系；
通过运动几何约束、路径一阶导数关系和路径二阶导数关系确定转向角相对于时间的转向角一阶导数关系和转向角二阶导数关系；
将所述转向角一阶导数关系和所述转向角二阶导数关系分别代入所述速度范围、所述角速度范围和所述加速度范围以确定速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系。
本发明实施例，通过确定目标行驶路径与不同的物理约束信息的关联关系，可丰富移动速度范围确定的角度，提高移动速度范围确定的精度。
可选的，所述根据速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系中至少一种所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种所述速度限制曲线确定移动速度范围，包括：
将所述速度关联关系和所述角速度关联关系代入预设速度公式确定第一速度限制曲线；
将所述加速度关联关系代入预设加速度公式确定第二速度限制曲线；
将所述目标形式路径的摩擦系数代入预设摩擦约束公式确定第三速度限制曲线；
在所述目标行驶路径中选择所述第一速度限制曲线、所述第二速度限制曲线和所述第三速度限制曲线中的最小值组成移动速度范围。
本发明实施例，通过不同物理约束信息确定出的速度限制曲线生成移动速度范围，可丰富确定移动速度范围的角度，提高移动速度范围确定准确性，可增强电子设备的规划路径的合理性。
可选的，基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径，包括：
基于所述移动速度范围进行数值积分以获取轨迹规划结果；
将所述轨迹规划结果作为所述电子设备行驶的规划路径。
本发明实施例，在移动速度范围内通过数值积分的方式确定规划路径，可以提高规划路径确定的准确性，提高电子设备移动的安全性。
可选的，所述方法还包括：确定所述目标行驶路径的路径平滑程度，并根据所述路径平滑程度调整所述移动速度范围。
本发明实施，通过目标行驶路径的路径平滑程度调整移动速度范围，进一步提高电子设备在规划路径行驶的安全性。
第二方面，本发明实施例提供了一种路径规划装置，该装置包括：
初始路径模块，用于根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径；
移动范围模块，用于根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围；
规划路径模块，用于基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
可选的，初始路径模块包括：
目标位置单元，用于通过所述电子设备的当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率预测所述电子设备前方经过的至少一个目标位置。
信息获取单元，用于获取所述目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率作为位置信息。
路径生成单元，用于将对应至少一个所述目标位置的位置信息按照预测的至少一个所述目标位置的经过顺序排列生成目标行驶路径。
本发明实施例，通过预测电子设备未来行驶的目标位置，并通过目标位置的位置坐标、道路曲率和朝向角构成目标行驶路径，可提高计算机设备行驶速度范围确定的准确性。
可选的，所述装置中电子设备的移动执行机构的物理约束信息至少包括运动几何约束和运动动力学约束，其中，运动几何约束包括转向角范围，运动力学约束包括速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种。
本发明实施例，通过运动几何约束和运动动力学约束表示移动执行机构的物理约束信息，可增强移动速度范围的真实性，更加符合电子设备行驶的状态。
可选的，移动范围模块包括：关联关系单元，用于在所述电子设备的运动学模型和所述目标行驶路径的条件下确定所述运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系；
速度范围单元，用于根据各所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种所述速度限制曲线确定移动速度范围。
本发明实施例，通过确定目标行驶路径与不同的物理约束信息的关联关系，可丰富移动速度范围确定的角度，提高移动速度范围确定的精度。
可选的，所述关联关系单元中的运动学模型包括目标行驶路径的目标道路曲率、电子设备的转向角与电子设备的前后轮轴距之间的关联关系。
本发明实施例，通过目标道路曲率、转向角以及前后轮轴距作为电子设备的运动学模型，可真实反应电子设备的行驶状态，使得确定处的规划路径具有更高的行驶效率。
可选的，关联关系单元包括：
求导子单元，用于按照所述电子设备的运动学模型确定所述目标行驶路径相当于时间的路径一阶导数关系和路径二阶导数关系；
转向角子单元，用于通过运动几何约束、路径一阶导数关系和路径二阶导数关系确定转向角相对于时间的转向角一阶导数关系和转向角二阶导数关系；
关系确定子单元，用于将所述转向角一阶导数关系和所述转向角二阶导数关系分别代入所述速度范围、所述角速度范围和所述加速度范围以确定速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系。
本发明实施例，通过确定目标行驶路径与不同的物理约束信息的关联关系，可丰富移动速度范围确定的角度，提高移动速度范围确定的精度。
可选的，速度范围单元包括：
第一曲线子单元，用于将所述速度关联关系和所述角速度关联关系代入预设速度公式确定第一速度限制曲线；
第二曲线子单元，用于将所述加速度关联关系代入预设加速度公式确定第二速度限制曲线；
第三曲线子单元，用于将所述目标形式路径的摩擦系数代入预设摩擦约束公式确定第三速度限制曲线；
速度范围子单元，用于在所述目标行驶路径中选择所述第一速度限制曲线、所述第二速度限制曲线和所述第三速度限制曲线中的最小值组成移动速度范围。
本发明实施例，通过不同物理约束信息确定出的速度限制曲线生成移动速度范围，可丰富确定移动速度范围的角度，提高移动速度范围确定准确性，可增强电子设备的规划路径的合理性。
可选的，规划路径模块包括：
数值积分单元，用于基于所述移动速度范围进行数值积分以获取轨迹规划结果；
路径规划单元，用于将所述轨迹规划结果作为所述电子设备行驶的规划路径。
本发明实施例，在移动速度范围内通过数值积分的方式确定规划路径，可以提高规划路径确定的准确性，提高电子设备移动的安全性。
可选的，所述装置还包括：
平滑调整模块，用于确定所述目标行驶路径的路径平滑程度，并根据所述路径平滑程度调整所述移动速度范围。
本发明实施，通过目标行驶路径的路径平滑程度调整移动速度范围，进一步提高电子设备在规划路径行驶的安全性。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明实施例中任一所述的路径规划方法；
移动执行机构，用于根据规划路径驱动电子设备行驶。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有一个或多个计算机程序，当计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的路径规划方法。
本发明实施例，通过将目标位置的位置信息构成目标行驶路径，按照目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围，基于移动速度范围确定控制电子设备行驶的规划路径，实现了速度范围的确定更加贴合电子设备，提高了路径规划的准确性，可降低电子设备移动过程中的安全隐患。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种路径规划方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种路径规划方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种路径平滑程度速度影响效果的示例图；
图4是本发明实施例提供的另一种路径平滑程度速度影响效果的示例图；
图5是本发明实施例提供的另一种路径平滑程度速度影响效果的示例图；
图6是本发明实施例提供的另一种路径平滑程度速度影响效果的示例图；
图7是本发明实施例提供的另一种路径平滑程度速度影响效果的示例图；
图8是本发明实施例提供的一种目标行驶路径的属性示例图；
图9是本发明实施例提供的一种目标行驶路径的曲率变化示例图；
图10是本发明实施例提供的一种目标行驶路径的求导结果示例图；
图11是本发明实施例提供的一种移动速度范围的示例图；
图12是本发明实施例提供的一种规划路径的示例图；
图13是本发明实施例提供的另一种路径规划装置的结构示意图；
图14是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图15是本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图。
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，此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。
图1是本发明实施例提供的一种路径规划方法的流程图，本实施例可适用于在自动驾驶领域或者机器人领域进行最优路径规划的情况，该方法可以由路径规划装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的方式来实现，参见图1，本发明实施例提供的路径规划方法包括如下步骤：
步骤110、根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径。
其中，电子设备可以存在驱动装置的设备，该电子设备可以根据控制信息在环境中移动行驶。目标位置可以是电子设备周围环境中的位置点，电子设备可以在未来一段时间内经过在位置点，目标位置的数量可以为一个或者多个，根据电子设备的移动方向，目标位置可以位于电子设备的前方、后方、左方和右方等。目标行驶路径可以是由目标位置组成的位置点序列，目标行驶路径可以反应电子设备在未来一段时间内的行驶状态。
具体的，可以根据电子设备移动方向和当前位置确定一个或者多个目标位置，确定目标位置的方式可以包括在电子设备的预设导航路径中选择目标位置，还可以包括通过传感器获取导电子设备前方道路的信息，根据采集的信息进行预测确定出目标位置。可以按照电子设备经过各目标位置的先后顺序排列各目标位置生成目标行驶路径。
步骤120、根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围。
其中，移动执行机构可以是驱动电子设备移动的装置，可以包括电动机、燃油发电机和新能源燃料发动机等。物理约束信息可以是移动执行机构驱动电子设备行驶时的性能范围，可以包括驱动轮的转向角度范围、驱动轮的速度范围、驱动轮的加速度范围、从动轮的角速度范围和从动轮的加速度范围等。移动速度范围可以是电子设备在目标行驶路径上各位置行驶时的速度范围。
具体的，可以通过目标行驶路径中各目标位置的位置信息以及移动执行机构的物理约束信息在目标行驶路径中确定出各目标位置处的最大速度和最小速度，可以将确定出的最大速度和最小速度，可以将每个目标位置处的最大速度和最小速度作为该目标位置处的移动速度范围，可以将各目标位置处的移动速度范围的集合作为电子设备的移动速度范围，还可以将确定各目标位置对应的最小速度中的最大值以及各目标位置对应的最大速度中的最小值分别作为在目标行驶路径中行驶的最小速度和最大速度，将这两个速度值确定出的速度范围作为电子设备的移动速度范围。示例性的，可以确定目标行驶路径中各目标位置处的道路曲率和道路宽窄等信息，确定对应各目标位置的道路曲率和道路宽窄的加权值，根据该加权值对物理约束信息中的驱动轮的最大速度和最小速度进行调整，可以将调整后的最大速度和最小速度作为电子设备在目标行驶路径中对应目标位置处的移动速度范围。可以理解的是，根据目标行驶路径各目标位置的位置信息不同，电子设备在目标行驶路径中各目标位置处的移动速度范围不相同。
步骤130、基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
其中，规划路径可以包括电子设备的行驶位置和该行驶位置的行驶速度，电子设备根据规划路径行驶可以具有最优效率，例如，根据在移动速度范围内确定规划路径的方式不同，最优效率可以是规划路径具有最节省能源，可以是具有最优速度，还可以是具有最佳驾驶体验等。
在本发明实施例中，可以将移动速度范围作为确定电子设备行驶路径的基本条件，可以通过用户设定的时间评价指标、安全性平均指标以及舒适性平均指标中的一种或者多种在移动速度范围内选择电子设备的移动速度，可以将选择移动速度和目标映射路径作为规划路径。
本发明实施例，通过将目标位置的位置信息构成目标行驶路径，按照目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围，基于移动速度范围确定控制电子设备行驶的规划路径，实现了速度范围的确定更加贴合电子设备，提高了路径规划的准确性，可降低电子设备移动过程中的安全隐患。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述电子设备的移动执行机构的物理约束信息至少包括运动几何约束和运动动力学约束，其中，运动几何约束包括转向角范围，运动力学约束包括速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种。
在本发明实施例中，移动执行机构控制电子设备移动时主要收到两方面的约束，一方面是受到电子设备轴距、车宽等外形因素影响的运动几何约束，另一方面是受到移动执行机构性能影响的运动力学约束，其中，运动几何约束可以包括电子设备的转向角范围，运动力学约束包括电子设备的速度范围、加速度范围和角速度范围等。
示例性的，一个电子设备的移动执行机构为前轮转向后轮驱动的阿克曼底盘时，该移动执行机构的物理约束信息包括以下两个方面：
1)运动几何约束:δmin≤δ≤δmax，其中，δmin,δmax分别为最小转向角和最大转向角；
2)运动动力学约束：
Figure BDA0002663596150000131
其中vmin,vmax,amin,amax分别为后前进轮的最小线速度、最大线速度；ωmin,ωmax,αmin,αmax分别为前转向轮的最小角速度,最大角速度,最小角加速度,最大角加速度。
图2是本发明实施例提供的另一种路径规划方法的流程图，本发明实施例是以上述实施例为基础的具体化，参见图2，本发明实施例提供的路径规划方法包括如下步骤：
步骤210、通过电子设备的当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率预测电子设备待经过的至少一个目标位置。
其中，当前位置坐标可以是电子设备当前所处位置的坐标，可以包括世界坐标系坐标和笛卡尔坐标系坐标等，当前朝向角可以是电子设备在当前位置正前方角度的信息，当前道路曲率可以是电子设备当前所处道路的弯曲程度。
具体的，可以通过传感器采集电子设备当前状态的信息，可以包括当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率等，可以通过采集到的当前状态信息对电子设备将要经过的位置进行预测，可以将预测到的位置作为目标位置，例如，可以将采集到的当前状态信息输入到预先训练的神经网络中获取到目标位置，可以理解的是，目标位置可以位于电子设备的周围环境中，可以目标位置可以位于电子设备一定阈值距离内，当该阈值距离越小时，确定规划路径的精确度可以越高。
步骤220、获取目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率作为位置信息。
其中，目标位置坐标可以是目标位置处的坐标信息，可以通过高精地图或者摄像头确定。目标朝向角可以是电子设备经过目标位置处时的朝向角，可以通过电子设备的当前朝向角预测得到。目标道路曲率可以是目标位置处的道路完全程度，可以通过当前道路曲率预测得到，也可以通过高精地图查询得到。
具体的，可以对预测出的目标位置处的位置信息进行获取，可以图像识别、高精地图或者神经网络预测等方式确定出对应各目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率等。
步骤230、将对应至少一个目标位置的位置信息按照至少一个目标位置的经过顺序排列生成目标行驶路径。
其中，经过顺序可以是不同目标位置被电子设备经过的先后顺序，经过顺序可以通过在预测目标位置的过程中确定，例如，可以将生成预测的目标位置的先后顺序作为经过顺序，先预测出的目标位置可以由电子设备先经过。
在本发明实施例中，可以在获取到目标位置对应的位置信息后，可以按照电子设备经过目标位置的顺序将位置信息进行排列生成目标行驶路径。示例性的，一条目标行驶路径s，该路径上可以由一个或者多个目标位置q(s)组成，q(s)＝[x(s),y(s),θ(s),κ(s)]，其中，[x(s),y(s),θ(s)]可以为路长度s处电子设备车身坐标和朝向角，κ(s)为路径s处的曲率。
步骤240、在电子设备的运动学模型和目标行驶路径的条件下确定运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系。
其中，运动学模型可以是电子设备移动的运动学物理模型，可以反应出电子设备移动的状态，例如，可以包括电子设备前后轮轴距与电子设备的转向角之间的关系，对于阿克曼底盘，其运动模型中的曲率κ(s)可以通过转向角δ与轴距L确定，如κ(s)＝tan(δ(s))/L。
在本发明实施例中，可以通过电子设备的运动学模型以及目标路径分别确定出运动几何约束与运动力学约束的关联关系，该关联关系可以包括以下关联关系中的一种或者多种：运动几何约束与速度范围的关联关系、运动几何约束与加速度范围的关联约束以及运动几何约束与角速度范围的关联关系。示例性的，可以将目标路径中对的位置信息代入到运动学模型的公式中，可以通过运动学模型的公式作为运动几何约束与速度范围、加速度范围和角速度范围等运动力学约束的过渡函数，分别确定出运动几何约束与速度范围的关联关系、运动几何约束与加速度范围的关联关系以及运动几何约束与角速度范围的关联关系等。
步骤250、根据关联关系确定目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种速度限制曲线确定移动速度范围。
其中，速度限制曲线可以反应电子设备在目标行驶路径各位置处移动时的最大速度，速度限制曲线可以通过整理各关联关系确定。
在本发明实施例中，关联关系中是通过运动学模型和目标行驶路径确定出的运动几何约束与至少一种动力学约束之间的关系函数，关联关系可以反应出电子设备速度与目标行驶路径的关系，可以对至少一种关联关系进行整理确定出电子设备速度与目标行驶路径之间的对应关系，按照该对应关系确定出电子设备在目标行驶路径各处对应的最大速度，通过确定出的目标行驶路径中不同位置与最大速度的对应关系，以横坐标为目标行驶路径以最大速度为纵坐标生成速度限制曲线。可以理解的是，运动几何约束与运动力学约束之间的关联关系为多个时，可以确定出对应数量的速度限制曲线。在确定出速度限制曲线后，可以通过一个或者多个速度限制曲线确定移动速度范围，当速度限制曲线为多条时，可以对各速度限制曲线进行加权计算确定出一条速度限制曲线，将加权计算后的速度限制曲线对应的速度范围作为移动速度范围，还可以在目标行驶路径各位置处选择最低的一条速度限制曲线，由各条最低的速度限制曲线组成一条新的速度限制曲线，将该速度限制曲线对应的速度范围作为移动速度范围。当速度限制曲线为一条时，可以直接将该条速度限制曲线对应的速度范围作为移动速度范围。
步骤260、基于移动速度范围进行数值积分以获取轨迹规划结果。
具体的，移动速度范围可以是目标行驶路径中各位置处电子设备移动的速度范围，可以对各速度上限组成的曲线进行数值积分，可以对积分结果组为轨迹规划结果，可以理解的是，轨迹规划结果可以是对速度进行积分确定出的信息，该信息可以反应出电子设备的移动轨迹，该移动轨迹可以相比目标行驶路径具有更高的准确性。
步骤270、通过轨迹规划结果确定电子设备行驶的规划路径。
在本发明实施中，可以将确定出的轨迹规划结果直接作为电子设备行驶的规划路径，也可以根据舒适度、能源消耗和最快速度等因素对确定出的轨迹规划结果进行调整，可以将调整后的轨迹规划结果作为电子设备行驶的规划路径。
本发明实施例，通过电子设备的当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率预测待经过的目标位置，确定各目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率作为位置信息，将各位置信息排列生成目标行驶路径，通过电子设备的运动学模型和目标行驶路径确定运动几何约束分别与速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种运动力学约束的关联关系，通过对关联关系的分析整理确定出对应的速度限制曲线，并基于各速度限制曲线确定移动速度范围，通过对移动速度范围进行数值积分确定轨迹规划结果，并根据轨迹规划结果确定规划路径，实现了电子设备规划路径的准确确定，通过多种运动力学约束从不同角度确定出速度限制曲线，提高移动速度范围的精度，可提高电子设备移动的安全性，降低行驶过程中的安全隐患。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述运动学模型包括目标行驶路径的目标道路曲率、电子设备的转向角与电子设备的前后轮轴距之间的关联关系。
在一个示例性的实施方式中，电子设备的运动学模型至少包括道路曲率与转向角和前后轮轴距之间的关系，以阿克曼底盘的电子设备为例，其运动模型中的曲率κ(s)可以通过转向角δ与轴距L确定，公式可以表示为κ(s)＝tan(δ(s))/L。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述在电子设备的运动学模型和目标行驶路径的条件下确定运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系，包括：
按照所述电子设备的运动学模型确定所述目标行驶路径相当于时间的路径一阶导数关系和路径二阶导数关系；通过运动几何约束、路径一阶导数关系和路径二阶导数关系确定转向角相对于时间的转向角一阶导数关系和转向角二阶导数关系；将所述速度范围、所述角速度范围和所述加速度范围分别代入所述转向角一阶导数关系和所述转向角二阶导数关系以确定速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系。
具体的，运动学模型可以由目标预设路径的转向角、曲率以及轴距确定，示例性的，以阿克曼底盘的运动学模型为例，κ(s)＝tan(δ(s))/L，可以将转向角转换为时间t的函数：δ(t)＝atan[L·κ(s(t))]其中，κ(s)可以表示目标行驶路径s的道路曲率，δ可以表示转向角，L可以表示轴距，可以令δ＝f(s)，f(s)对目标预设路径s的路径一阶导数关系和路径二阶导数关系分别表示为f′(s)和f″(s)，其中f′(s)和f″(s)可以分别表示如下：
Figure BDA0002663596150000181
可以使用链式法则得到转向角δ相对于时间t的一阶导数和二阶导数表示为如下：
Figure BDA0002663596150000182
对于目标行驶路径s上的点，其曲率为κ(s),曲率随目标行驶路径的变化率
Figure BDA0002663596150000183
曲率随目标行驶路径变化率的变化率
Figure BDA0002663596150000184
分别约束了后轮的线速度和前轮角速度之间的关系，以及后轮线加速度和前轮角加速度的关系。一阶运动方程和二阶运动方程分别可以表示如下：
Figure BDA0002663596150000185
Figure BDA0002663596150000186
可以将移动执行机构的运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围分别代入公式(3)和公式(4)，确定出速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系，其中，速度关联关系和角速度关联关系可以表示如公式(5)，角速度关联关系可以表示如公式(6)：
Figure BDA0002663596150000191
Figure BDA0002663596150000192
Figure BDA0002663596150000193
Figure BDA0002663596150000194
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述根据各所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的速度限制曲线，并按照各所述速度限制曲线确定移动速度范围，可以包括如下步骤：
步骤2501、将所述速度关联关系和所述角速度关联关系代入预设速度公式确定第一速度限制曲线。
具体的，可以通过速度关联关系和角速度关联关系(5)代入预设速度公式，可以对速度公式进行整理确定出目标行驶路径s与最大速度的关系，预设速度公式表示如下：
Figure BDA0002663596150000195
可以对公式(7)进行整理确定出目标行驶路径s与最大速度Vmax之间的关系，可以通过该速度关系确定出第一速度限制曲线，可以理解的是，还可以确定出目标行驶路径s与最小速度Vmin之间的关系，也可以通过该速度关系确定出第一速度限制曲线。
步骤2502、将所述加速度关联关系代入预设加速度公式确定第二速度限制曲线。
具体的，可以将加速度关联关系(6)代入预设加速度公式确定出目标行驶路径s与最大速度Vmax之间的关系，，可以通过该关系确定出第二速度限制曲线。预设加速度公式可以表示如下：
Figure BDA0002663596150000201
由于阿克曼底盘的电子设备行驶的目标行驶路径s的后轮线角速度必须满足后轮线加速度本身的约束：
Figure BDA0002663596150000202
其次，必须满足前轮加速度的约束：
Figure BDA0002663596150000203
Figure BDA0002663596150000204
将公式(10)和公式(11)合并整理可得到：
Figure BDA0002663596150000211
为例满足公式(6)中的加速度关联关系，目标预设路径s、路径一阶导数关系
Figure BDA0002663596150000212
路径二阶导数关系
Figure BDA0002663596150000213
必须满足如下关系：
Figure BDA0002663596150000214
对于目标行驶路径s处的速度
Figure BDA0002663596150000215
随着
Figure BDA0002663596150000216
逐渐增大，加速度上限
Figure BDA0002663596150000217
和加速度下限
Figure BDA0002663596150000218
之间的差值逐渐减小，当
Figure BDA0002663596150000219
时，可以得到最大线速度约束
Figure BDA00026635961500002110
其中
Figure BDA00026635961500002111
可能情况包括：1)
Figure BDA00026635961500002112
2)
Figure BDA00026635961500002113
根据f′(s),f″(s)的正负号不同，
Figure BDA00026635961500002114
可以分成如下几种情况：
1)当f′(s)＞0时，讨论
Figure BDA00026635961500002115
即
Figure BDA00026635961500002116
若f”(s)<0则
Figure BDA00026635961500002117
恒大于0；若f”(s)>0则必须满足
Figure BDA00026635961500002118
推导得
Figure BDA00026635961500002119
2)当f′(s)＞0时，讨论
Figure BDA00026635961500002120
即
Figure BDA00026635961500002121
若f”(s)>0则
Figure BDA00026635961500002122
恒小于0；若f”(s)<0则必须满足
Figure BDA00026635961500002123
推导得
Figure BDA00026635961500002124
3)当f′(s)＜0时，讨论
Figure BDA0002663596150000221
即
Figure BDA0002663596150000222
若f”(s)>0则
Figure BDA0002663596150000223
恒大于0；若f”(s)<0则必须满足
Figure BDA0002663596150000224
推导得
Figure BDA0002663596150000225
4)当f′(s)＜0时，讨论
Figure BDA0002663596150000226
即
Figure BDA0002663596150000227
若f”(s)<0则
Figure BDA0002663596150000228
恒小于0；若f”(s)>0则必须满足
Figure BDA0002663596150000229
推导得
Figure BDA00026635961500002210
对上述四种情况进行整理得到最大速度的预设加速度公式(8)。
步骤2503、将所述目标形式路径的摩擦系数代入预设摩擦约束公式确定第三速度限制曲线。
其中，摩擦系数可以是电子设备与目标行驶路径之间的摩擦力和电子设备驱动力之间的比值，摩擦系数可以通过传感器测得。
在本发明实施例中，可以通过电子设备确定出目标行驶路径的摩擦系数，将该摩擦系数代入预设摩擦约束公式确定出目标行驶路径与最大速度之间的对应关系，可以通过该对应关系确定出第三速度限制曲线。预设摩擦预设公式可以表示如下：
Figure BDA00026635961500002211
其中，
Figure BDA00026635961500002212
横向加速度可以与目标预设路径的摩擦系数μ相关，g为重力加速度，可以通过
Figure BDA00026635961500002213
确定出公式(14)。
步骤2504、在所述目标行驶路径中选择所述第一速度限制曲线、所述第二速度限制曲线和所述第三速度限制曲线中的最小值组成移动速度范围。
具体的，可以综合考虑第一速度限制曲线、第二速度限制曲线和第三速度限制曲线，可以在目标行驶路径中各位置处选择三种限制曲线对应最大速度中的最小值，通过各位置确定出的最小值组成移动速度范围。例如，第一限制速度曲线MVCv(s)，第二限制速度曲线MVCa(s)和第三限制速度曲线MVCl(s)，确定移动速度范围的过程可以如下：MVC(s)＝min{MVCv(s),MVCa(s),MVCl(s)}。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，本发明实施例提供的路径规划方法还包括：确定所述目标行驶路径的路径平滑程度，并根据所述路径平滑程度调整所述移动速度范围。
具体的，路径平滑程度可以是目标行驶路径的道路弯曲程度，弯曲程度越大路径平滑程度越小，弯曲程度越小路径平滑程度越大，路径平滑程度可以使用道路曲率或者道路曲率的变化率来确定，可以为不同的路径平滑程度设定不同的速度范围阈值，在目标行驶路径的各位置处确定道路曲率或者道路曲率的变化率作为路径平滑程度，根据路径平滑程度查找对应的速度范围阈值，根据该速度范围阈值调整确定出的移动速度范围。
进一步的，可以预先分析路径平滑程度对不同的速度限制曲线的影响以提高速度范围阈值设定的准确性。
1、不同的曲率κ(s)和曲率变化率
Figure BDA0002663596150000231
对第一速度限制曲线MVCv(s)的影响：
对于公式(1)的一阶导数关系f′(s)和公式(7)的预设速度公式可以得到，第一速度限制曲线MVCv(s)由曲率κ(s)和曲率变化率
Figure BDA0002663596150000232
两个路径平滑程度的指标确定，参见图3和图4分别示出了ωmin＝-0.22rad/s,ωmax＝0.22rad/s和ωmin＝-0.62rad/s,ωmax＝0.62rad/s两种情况下对轴距L＝0.85m的阿克曼底盘电子设备的第一速度限制曲线的影响效果。考虑一段曲率由负变正的路径段，该路径段包含了阿克曼底盘方向盘的左右变化。假设路径长度s处的曲率κ(s)＝-0.5，
Figure BDA0002663596150000241
且路径长度s+Δs处的曲率为κ(s+Δs)＝0.5，也就是说阿克曼底盘当前的前轮转向角为负值且随着路径长度的增加,方向盘逐渐归于零点并转变为正值。做出以下三个分析：
1)如果未来的路径段Δs比较短，即曲率随路径长度的变化率
Figure BDA0002663596150000242
比较大，也就是说期望阿克曼底盘在比较短的路径段内将前轮转向机构从κ(s)＝-0.5变换到κ(s+Δs)＝0.5，那么在最大角速度约束下，阿克曼底盘必须以较低的速度通过Δs长度的路径段，保证时间间隔Δt足够长，阿克曼底盘的前轮转向机构才有机会完成方向盘从右到左的变化；相反地，如果未来的路径段Δs比较长，即曲率随路径长度的变化率
Figure BDA0002663596150000243
比较小，也就是说允许阿克曼底盘在比较长的路径段内将前轮转向机构从κ(s)＝-0.5变换到κ(s+Δs)＝0.5，显然，在最大角速度约束下，阿克曼底盘可以以较高的速度通过Δs长度的路径段。固定图3和图4中κ(s)这个维度，很容易验证上面的分析结论。
2)对比图3和图4，可以进一步的分析得出：如果前轮转向角速度的能力有限，那么对于曲率κ(s)、曲率随路径长度的变化率
Figure BDA0002663596150000244
完全一致的同一段路径，阿克曼底盘必须以更低的速度通过，才能满足更低的角速度约束。
3)从实际应用来看，由于软件系统存在通信延迟、执行机构存在系统阻尼，从软件下发转向角指令开始到执行机构真正执行到位，中间会存在明显的响应延迟，所以对于跟踪
Figure BDA0002663596150000245
比较大即不够平滑的轨迹，但又期望未来的Δs路径段内完成方向盘的左右变换，可以考虑给出一个更小的最大角速度参数配置，来限制经过Δs路径段的整体速度，防止控制系统出现超调和震荡。
2、不同的曲率κ(s)和曲率变化率
Figure BDA0002663596150000251
对第二速度限制曲线MVCa(s)的影响：
对于公式(1)的一阶导数关系f′(s)的正负号由曲率变化率
Figure BDA0002663596150000252
决定，这里仅讨论f′(s)＞0的情况，其余情况可类比分析。仍然假设路径长度s处的曲率κ(s)＝-0.5且
Figure BDA0002663596150000253
且路径长度s+Δs处的曲率为κ(s+Δs)＝-0.5+ε,ε＞0，也就是说阿克曼底盘当前的前轮转向角为负值且随着路径长度增加Δs，前轮转向机构往左运动使曲率增加ε。使用控制变量法分析，假设κ(s)＝-0.5变换为κ(s+Δs)＝-0.5+ε的过程中，
Figure BDA0002663596150000254
保持不变，讨论这一曲率变换过程中
Figure BDA0002663596150000255
对MVCa(s)的影响：
1)在相同的加速能力即相同的线加速度和角加速度约束直线，如果
Figure BDA0002663596150000256
比较大那么结果就是阿克曼底盘的前轮转向机构要在更短的Δs路径段内完成ε曲率的变换：
Figure BDA0002663596150000257
使用反证法分析：如果允许阿克曼底盘以更高的速度通过更短的Δs路径段，那么前轮转向机构完成ε曲率变换的时间间隔Δt就会更短，同时要求加速度更大：Δs(Δt)＝∫∫adtdt，这就会突破最大的线加速度约束。因此，随着
Figure BDA0002663596150000258
增大，经过控制变量法分析，我们认为相同的加速度约束参数配置之下，第二速度限制曲线MVCa(s)必然会更小。图5给出了
Figure BDA0002663596150000259
情况下，不同的κ(s)、
Figure BDA00026635961500002510
对MVCa(s)的影响，验证了上面的分析结论。图中仅给出公式(8)中f′(s)＞0情况下的速度限制曲面，f′(s)＜0的情况可类比分析。运动动力学约束参数配置为：amin＝-0.3m/s2,amax＝0.3m/s2，δmin＝-0.65rad/s2，δmax＝0.65rad/s2(轴距L＝0.85m)，坐标范围为-1.0～1.0的轴表示κ(s)，坐标范围为-6.0～6.0的轴表示
Figure BDA0002663596150000261
后前进轮的最大线速度设置为1.0m/s。
2)另一方面，通过控制变量法固定
Figure BDA0002663596150000262
这个维度也可以验证上面的分析结论。运动动力学约束参数配置为：amin＝-0.3m/s2,amax＝0.3m/s2，δmin＝-0.65rad/s2，δmax＝0.65rad/s2，图6和图7分别给出了
Figure BDA0002663596150000263
和
Figure BDA0002663596150000264
情况下，不同的κ(s)、
Figure BDA0002663596150000265
对MVCa(s)的影响。对比两个三维图，对于任意一个相同的平面点
Figure BDA0002663596150000266
如果
Figure BDA0002663596150000267
更大，那么从整体上看，MVCa(s)最大速度曲面会向下坍塌，也就是说最大线速度被更显著的限制。坐标范围为-1.0～1.0的轴表示κ(s)，坐标范围为-6.0～6.0的轴表示
Figure BDA0002663596150000268
后前进轮的最大线速度设置为1.0m/s。
在一个示例性的实施方式中，一个电子设备的目标行驶路径为一组三次多项式螺旋线时，可以将曲率κ表示为目标行驶路径s的函数，其中，多项式螺旋线系数选择如下：a0＝0.7,a1＝-3.0,a2＝2.0,a3＝-0.33。相应的，曲率κ由目标行驶路径s表示的公式可以表示为：κ(s)＝a1+a2·s+a3·s2+a4·s3，曲率κ的变化率可以表示为：
Figure BDA0002663596150000269
曲率κ变化率的导数可以表示为：
Figure BDA00026635961500002610
电子设备为阿克曼底盘作为移动执行机构，前后轮轴距L＝0.85m,后前进轮最小线速度vmin＝0.0m/s，后前进轮最大线速度vmax＝1.2m/s，后前进轮最小加速度amin＝-0.2m/s2，后前进轮最大加速度amax＝0.2m/s2，前转向轮的最小角速度ωmin＝-0.85rad/s，前转向轮的最大角速度ωmax＝0.85rad/s，前转向轮的最小角速度αmin＝-1.2rad/s2以及前转向轮的最大角加速度αmax＝1.2rad/s2。通过本发明实施例提供的路径规划方法确定的规划路径的效果如图8所示，曲率随目标行驶路径的曲率轨迹曲线以及反应电子设备的规划路径位置变化的笛卡尔轨迹，其中，笛卡尔坐标系下的位置坐标可以通过对菲涅尔积分计算，在电子设备中实现位置坐标确定时，可以通过Simpson rule实现数值积分。参见图9，在目标行驶路径中曲率变化率和曲率变化率的导数的变化程度如图所示，为了防止两个相邻的路径规划周期得到移动速度范围发送突变，必须保障曲率、曲率变化率、曲率变化率的导数连续，因此，可以将曲率、曲率变化率、曲率变化率的导数作为规划路径生成的限制边界约束条件，再通过lattice sampling方法在移动速度范围内采样多组候选路径，可以根据路径平滑程度对应的曲率、曲率变化率、曲率变化率的导数设计的平滑性代价函数对多组候选路径进行筛选确定出规划路径。图10示出了一种基于三阶多项螺旋线的目标行驶路径的一阶路径导数关系f′(s)和二阶路径导数关系f″(s)。图11示出了在不同的运动力学约束条件下确定出的速度限制曲线，参见图11，在目标行驶路径的不同位置处选择不同速度限制曲线中最小的一条曲线组成移动速度范围对应的速度限制曲线。图12给出了一种基于数值积分方法生成的轨迹规划结果，轨迹规划结果中电子设备移动的初始速度为0.4m/s，终止速度为0m/s。
图13是本发明实施例提供的一种路径规划装置的结构示意图，参见图13，可执行任意本发明实施例所提供的路径规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。该装置可以由软件和/或硬件实现，具体包括：初始路径模块310、移动范围模块320和规划路径模块330。
初始路径模块310，用于根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径。
移动范围模块320，用于根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围。
规划路径模块330，用于基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
本发明实施例，通过初始路径模块将目标位置的位置信息构成目标行驶路径，移动范围模块按照目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围，规划路径模块基于移动速度范围确定控制电子设备行驶的规划路径，实现了速度范围的确定更加贴合电子设备，提高了路径规划的准确性，可降低电子设备移动过程中的安全隐患。
在上述发明实施例的基础上，可以对初始路径模块310、移动范围模块320和规划路径模块330分别进行具体化，参见图13，在上述发明实施例的基础上，初始路径模块310包括：
目标位置单元3101，用于通过所述电子设备的当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率预测所述电子设备前方经过的至少一个目标位置。
信息获取单元3102，用于获取所述目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率作为位置信息。
路径生成单元3103，用于将对应至少一个所述目标位置的位置信息按照预测的至少一个所述目标位置的经过顺序排列生成目标行驶路径。
本发明实施例，通过预测电子设备未来行驶的目标位置，并通过目标位置的位置坐标、道路曲率和朝向角构成目标行驶路径，可提高计算机设备行驶速度范围确定的准确性。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述装置中电子设备的移动执行机构的物理约束信息至少包括运动几何约束和运动动力学约束，其中，运动几何约束包括转向角范围，运动力学约束包括速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种。
本发明实施例，通过运动几何约束和运动动力学约束表示移动执行机构的物理约束信息，可增强移动速度范围的真实性，更加符合电子设备行驶的状态。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，移动范围模块320包括：
关联关系单元3201，用于在所述电子设备的运动学模型和所述目标行驶路径的条件下确定所述运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系。
速度范围单元3202，用于根据所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种所述速度限制曲线确定移动速度范围。
本发明实施例，通过确定目标行驶路径与不同的物理约束信息的关联关系，可丰富移动速度范围确定的角度，提高移动速度范围确定的精度。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述关联关系单元中的运动学模型包括目标行驶路径的目标道路曲率、电子设备的转向角与电子设备的前后轮轴距之间的关联关系。
本发明实施例，通过目标道路曲率、转向角以及前后轮轴距作为电子设备的运动学模型，可真实反应电子设备的行驶状态，使得确定处的规划路径具有更高的行驶效率。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，关联关系单元3201包括：
求导子单元，用于按照所述电子设备的运动学模型确定所述目标行驶路径相当于时间的路径一阶导数关系和路径二阶导数关系。
转向角子单元，用于通过运动几何约束、路径一阶导数关系和路径二阶导数关系确定转向角相对于时间的转向角一阶导数关系和转向角二阶导数关系。
关系确定子单元，用于将所述转向角一阶导数关系和所述转向角二阶导数关系分别代入所述速度范围、所述角速度范围和所述加速度范围以确定速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系。
本发明实施例，通过确定目标行驶路径与不同的物理约束信息的关联关系，可丰富移动速度范围确定的角度，提高移动速度范围确定的精度。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，速度范围单元3202包括：
第一曲线子单元，用于将所述速度关联关系和所述角速度关联关系代入预设速度公式确定第一速度限制曲线。
第二曲线子单元，用于将所述加速度关联关系代入预设加速度公式确定第二速度限制曲线。
第三曲线子单元，用于将所述目标形式路径的摩擦系数代入预设摩擦约束公式确定第三速度限制曲线。
速度范围子单元，用于在所述目标行驶路径中选择所述第一速度限制曲线、所述第二速度限制曲线和所述第三速度限制曲线中的最小值组成移动速度范围。
本发明实施例，通过不同物理约束信息确定出的速度限制曲线生成移动速度范围，可丰富确定移动速度范围的角度，提高移动速度范围确定准确性，可增强电子设备的规划路径的合理性。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述规划路径模块330包括：
数值积分单元3301，用于基于所述移动速度范围进行数值积分以获取轨迹规划结果。
路径规划单元3302，用于将所述轨迹规划结果作为所述电子设备行驶的规划路径。
本发明实施例，在移动速度范围内通过数值积分的方式确定规划路径，可以提高规划路径确定的准确性，提高电子设备移动的安全性。
进一步的，在上述发明实施例的基础上，所述装置还包括：
平滑调整模块340，用于确定所述目标行驶路径的路径平滑程度，并根据所述路径平滑程度调整所述移动速度范围。
本发明实施，通过目标行驶路径的路径平滑程度调整移动速度范围，进一步提高电子设备在规划路径行驶的安全性。
图14是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以包括但不限于智能机器人和自动驾驶汽车，如图14所示，该电子设备包括处理器40、存储器41、输入装置42、输出装置43和移动执行结构44；电子设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图14中以一个处理器40为例；电子设备中的处理器40、存储器41、输入装置42、输出装置43和移动执行机构可以通过总线或其他方式连接，图14中以通过总线连接为例。
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的路径规划方法对应的程序指令/模块(例如，路径规划装置中的初始路径模块310、移动范围模块320和规划路径模块330)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的路径规划方法。
存储器41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；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41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，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。
移动执行机构44，用于根据规划路径驱动电子设备行驶，移动执行机构可以具体包括电动机、燃油机、新能源发动机等，移动执行机构可以接收处理器41发送的规划路径，使得移动执行机构44可以按照规划路径行驶。
本发明实施例提供的电子设备与上述实施例提供的路径规划属于同一构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例具备路径规划方法相同的有益效果。图15是本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图，参见图15本发明实施例还提供一种包含计算机程序的的计算机可读存储介质51，所述计算机程序510在由计算机处理器执行时用于执行一种路径规划方法，该方法包括：
根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径；
根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围；
基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机程序的计算机可读存储介质,其计算机程序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路径规划方法中的相关操作。
本发明实施例的计算机可读存储介质51，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质51例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质51的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式CD-ROM、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质51可以是任何包含或存储程序的有形介质，计算机程序510可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于：电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、无线电频率(Radio Frequency，RF)等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
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，上述路径规划装置的实施例中，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 (12)

1.一种路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：
根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径；
根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围；
基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径，包括：
通过所述电子设备的当前位置坐标、当前朝向角和当前道路曲率预测所述电子设备待经过的至少一个目标位置；
获取所述目标位置的目标位置坐标、目标朝向角和目标道路曲率作为位置信息；
将对应至少一个所述目标位置的位置信息按照至少一个所述目标位置的经过顺序排列生成目标行驶路径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子设备的移动执行机构的物理约束信息至少包括运动几何约束和运动动力学约束，其中，运动几何约束包括转向角范围，运动力学约束包括速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围，包括：
在所述电子设备的运动学模型和所述目标行驶路径的条件下确定所述运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系；
根据所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种所述速度限制曲线确定移动速度范围。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述运动学模型包括目标行驶路径的目标道路曲率、电子设备的转向角与电子设备的前后轮轴距之间的关联关系。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述电子设备的运动学模型和所述目标行驶路径的条件下确定所述运动几何约束分别与运动力学约束中速度范围、加速度范围和角速度范围中至少一种信息的关联关系，包括：
按照所述电子设备的运动学模型确定所述目标行驶路径相对于时间的路径一阶导数关系和路径二阶导数关系；
通过运动几何约束、路径一阶导数关系和路径二阶导数关系确定转向角相对于时间的转向角一阶导数关系和转向角二阶导数关系；
将所述速度范围、所述角速度范围和所述加速度范围分别代入所述转向角一阶导数关系和所述转向角二阶导数关系以确定速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据速度关联关系、角速度关联关系和加速度关联关系中至少一种所述关联关系确定所述目标行驶路径对应的至少一种速度限制曲线，并按照至少一种所述速度限制曲线确定移动速度范围，包括：
将所述速度关联关系和所述角速度关联关系代入预设速度公式确定第一速度限制曲线；
将所述加速度关联关系代入预设加速度公式确定第二速度限制曲线；
将所述目标形式路径的摩擦系数代入预设摩擦约束公式确定第三速度限制曲线；
在所述目标行驶路径中选择所述第一速度限制曲线、所述第二速度限制曲线和所述第三速度限制曲线中的最小值组成移动速度范围。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径，包括：
基于所述移动速度范围进行数值积分以获取轨迹规划结果；
通过所述轨迹规划结果确定所述电子设备行驶的规划路径。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述目标行驶路径的路径平滑程度，并根据所述路径平滑程度调整所述移动速度范围。
10.一种路径规划装置，其特征在于，所述装置包括：
初始路径模块，用于根据电子设备所处环境内的至少一个目标位置确定目标行驶路径；
移动范围模块，用于根据目标行驶路径和电子设备的移动执行机构的物理约束信息确定移动速度范围；
规划路径模块，用于基于所述移动速度范围确定控制所述电子设备行驶的规划路径。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-9中任一所述的路径规划方法；
移动执行机构，用于根据规划路径驱动电子设备行驶。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有一个或多个计算机程序，其特征在于，当计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如权利要求1-9中任一所述的路径规划方法。
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