CN115309149A - 移动设备目标点确定方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

移动设备目标点确定方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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CN115309149A CN202210794784.4A CN202210794784A CN115309149A CN 115309149 A CN115309149 A CN 115309149A CN 202210794784 A CN202210794784 A CN 202210794784A CN 115309149 A CN115309149 A CN 115309149A
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Abstract

本发明实施例公开了一种移动设备目标点确定方法、装置、设备和存储介质，该方法包括：获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息，根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。本方案，提高了移动设备的移动效率，减少了不必要的路程消耗，确定目标点的过程不依赖外部条件。

Description

移动设备目标点确定方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本申请实施例涉及线路规划技术领域，尤其涉及一种移动设备目标点确定方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
随着移动设备技术的发展，其应用场景越来越多，执行的功能也丰富多样。例如，在智慧农业的实现过程中，通过无人机或地面设备等进行作业可以显著提高作业效率以及作业效果。在移动设备的移动过程中，如何快速、准确的进行目标点的确定，以实现移动设备顺畅、高效的移动是当前需要解决的重要问题。
相关技术中，以移动设备返航为例，在移动设备接收到返航指令时，基于其采集的自身位置和图像信息来构造飞行地图，进而基于该飞行地图进行原路返航，或者控制移动设备悬停，悬停后进行返航航线的规划。上述方式中，基于图像信息的方法依赖于图像传感器，针对雨雾、沙尘等特殊天气会造成其不可用或者增加返航时间。针对控制移动设备悬停后进行返航规划的方法，会进一步增加返航时间，增大移动设备的电量消耗。
发明内容
本发明实施例提供了一种移动设备目标点确定方法、装置、设备和存储介质，解决了相关技术中，移动设备目标点的选取不合理的问题，提高了移动设备的移动效率，减少了不必要的路程消耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种移动设备目标点确定方法，该方法包括：
获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息；
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。
第二方面，本发明实施例还提供了一种移动设备目标点确定装置，该装置包括：
信息获取模块，配置为获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息；
目标点计算模块，配置为根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。
第三方面，本发明实施例还提供了一种移动设备目标点确定设备，该设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，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本发明实施例所述的移动设备目标点确定方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种存储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本发明实施例所述的移动设备目标点确定方法。
本发明实施例中，通过获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息，根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。本方案，提高了移动设备的移动效率，减少了不必要的路程消耗，确定目标点的过程不依赖外部条件。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于位置点、速度信息和加速度信息确定目标点的方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种对目标点进行优化的方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种基于返航点进行返航轨迹规划的方法的流程图；
图5a为本发明实施例提供的一种生成的返航轨迹的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种示例性的移动设备的移动轨迹示意图；
图7为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定装置的模块示意图；
图8为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定设备的结构示意图。
具体实施方式
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地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不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，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的移动设备目标点确定方法进行详细地说明。
图1为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定方法的流程图，本实施例可以实现移动设备短时、高效的移动，该方法可以由移动设备控制单元执行，具体包括如下步骤：
步骤S101、获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息。
在一个实施例中，移动设备移动过程中进行其位置点、速度信息和加速度信息的获取。其中，位置点表示移动设备当前所处的位置，可以是实际地理位置也可以是虚拟位置，速度信息和加速度信息表征移动设备当前的速度和加速度。可选的，该位置点、速度信息和加速度信息可通过移动设备机载传感器如惯性测量单元和定位传感器得到，也可通过移动设备内部集成的视觉系统感知得到。其中，移动设备可以包括植保无人机、测绘无人机、无人车、无人船，但不限于此。
在一个实施例中，移动设备移动过程中，每隔预设时间进行一次移动设备的位置点、速度信息和加速度信息的获取，其中该预设时间可以是100毫秒。即每隔100毫秒获取一次移动设备当前的位置点、速度信息和加速度信息，以用于计算目标点。
步骤S102、根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点。
在一个实施例中，获取到移动设备的位置点、速度信息和加速度信息后，基于该位置点、速度信息和加速度信息计算得到距离当前位置点最近的目标点。可选的，以移动设备沿目标航线航行过程需返航为例，该目标点可以是确定出的返航点，该确定的距离当前位置点最近的目标点可以是基于该位置点、速度信息和加速度信息在目标航线上确定距离该位置点最近的返航点。其中，目标航线为预先规划好的移动设备的安全航行航线，如通过最优规划算法处理得到的移动设备在农田区域的安全的作业航线。
可选的，基于获取到的位置点、速度信息和加速度信息确定距离该位置点最近的目标点的方式，可以是基于梯形速度分配算法沿目标航线确定出的距离位置点最近的目标点。其中，梯形速度分配算法为一个基于分段函数进行轨迹规划的方法，由加速、匀速，减速三段函数构成。当然，上述三类分段函数会根据实际航行情况进行删减处理。
图2为本发明实施例提供的一种基于位置点、速度信息和加速度信息确定目标点的方法的流程图，如图2所示，具体包括：
步骤S1021、根据所述速度信息计算以最大加速度进行速度衰减控制时，所述移动设备速度衰减至0所需的速度衰减时间。
示例性的，该速度衰减时间记为tstop，移动设备的速度记为v(k)，最大加速度记为amax，则
Figure BDA0003731669230000041
其表示移动设备由当前速度衰减到0所需时间。
步骤S1022、根据所述加速度信息计算以最大加加速度进行加速度衰减控制时，所述移动设备加速度衰减至0所需的加速度衰减时间。
示例性的，该加速度衰减时间记为tdcc，移动设备的加速度记为a(k)，最大加加速度记为jmax。再计算tdcc的过程中，如当前移动设备的速度和加速度矢量夹角小于90°，则表示移动设备处于加速过程，此时，
Figure BDA0003731669230000051
如当前无人机的速度和加速度矢量夹角大于90°，则表示无人机处于降速过程，此时，tdcc＝0。
步骤S1023、将所述速度衰减时间与所述加速度衰减时间相加得到所述移动设备处于悬停状态所需的悬停控制时间。
在一个实施例中，在计算得到速度衰减时间和加速度衰减时间后，将二者相加之和作为移动设备处于悬停状态所需的悬停控制时间，该悬停控制时间记为t0，则t0＝tdcc+tstop。
步骤S1024、根据所述悬停控制时间以及所述位置点计算得到距离所述位置点最近的目标点。
示例性的，移动设备当前的目标航线记为r(t)，当前时刻记为k，在该时刻k的位置点p(k)记为[x(k),y(k),z(k)]T，其中，x(k),y(k),z(k)为表征当前位置点的坐标。通过最短距离算法预估得到的目标航线上的目标点记为r1，对应k1时刻，该k1＝k+t0，相应的r1点的位置点坐标记为[rx(k+t0),ry(k+t0),rz(k+t0)]T。
得到上述目标点后，可以根据实际运动场景来基于目标点控制移动设备的运行，其中的实际运动场景包括但不限于：返航场景、仿地飞行场景、航线切换场景、需垂直调高部分航线高度的场景如需跨越高处障碍物、悬停场景。以下将对上述各场景中目标点的应用进行说明：
在返航场景中，目标点可以作为返航点，用于作为移动设备从当前位置返航至起点这一过程的过渡点，以用于控制移动设备从当前位置运行至目标点后，从目标点返航至起点，实现移动设备在需要返航时，快速地找到距离当前位置最近的目标点，并在目标点处执行返航操作。
在仿地飞行场景中，目标点可以作为高度差大于设定高度值的第一作业点和第二作业点之间的过渡点，以使得移动设备可以从第一作业点经过过渡点快速地抵达到第二作业点，而不需如相关技术中，对于高度差大于设定高度值的两个作业点，为实现移动设备安全运行，在前一位置点高度较低时，无人机先在前一作业点悬停并上升到相应的高度，才会继续往下一作业点飞行；在后一位置点高度较低时，无人机一般飞行到后一位置点的上方后，悬停并下降到相应高度后再继续作业。因此，必然存在停顿。因此，本发明实施例通过利用上述方案先在第一作业点和第二作业点之间生成一个安全的目标点，然后再控制移动设备从第一作业点经目标点运行至第二作业点，进而保证了移动设备在仿地飞行过程中，能够从高度差较大的第一作业点不停顿地运行至第二作业点，有利于提高飞行顺畅度和作业效率。
在需垂直调高部分航线高度的场景中，如需穿越电线或其他高处的障碍物时，目标点可以作为移动设备对高处障碍物避障过程中的过渡点，以使移动设备可以从当前位置经过目标点安全且顺畅地穿越高处障碍物，其中目标点的横纵坐标可与原航线的横纵坐标相同，也可以做适应性调整，但一般情况下会改变高度信息，其中的高度信息可以调高，也可以调低，以实现对高处障碍物的避开。由此可解决相关技术中移动设备遇到高处障碍物时，通过先悬停后避障所引起的停顿。
在航线切换场景中，目标点可以作为移动设备在进行航线切换时的航线切换点，用于作为移动设备从当前位置顺利切换到新航线这一过程中的过渡点，以用于控制移动设备从当前位置运行至目标点后，从目标点继续运行至新航线的起点，实现移动设备从当前位置顺畅地切换到新航线继续作业。
在悬停场景中，目标点可以作为移动设备避开障碍物后的安全悬停终点，也可以作为移动设备在接收到悬停指令后需进行悬停操作的安全悬停终点，通过以目标点作为安全悬停终点的方式控制移动设备从当前位置运行至目标点时即悬停，可以避免急速悬停导致的移动设备产生较大的晃动，进而影响移动设备寿命的问题。
需要说明的是，上述各场景中的目标点都可以通过本发明提供的上述步骤S1021～S1024确定得到，在生成位置点到目标点的轨迹时，遵循相应的轨迹约束，以保证该确定的目标点在由位置点移动至此时，移动设备可以实现顺畅、连续且非急速速度变化的情况出现。而当目标点作为过渡点时，移动设备从目标点继续前行至下一位置点，如起点、或第二作业点的过程中所采用的路径，可采用相关技术中的路径优化算法规划得到，但不限于此。
由上述可知，本方案通过获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息，并根据位置点、速度信息和加速度信息确定距离位置点最近的目标点，可以实时地确定目标点，以及时应对移动设备可能面临的上述各种场景下的飞行需求，且无需外部依赖条件，也无需先控制移动设备悬停后再进行路线规划，很好地减少了移动时间以及移动路程，进而提高了移动设备的飞行效率。
在移动设备处于一些暂停作业的场景中，例如，移动设备时因避障或收到用户指令而处于暂停作业的状态下，如无人机一段时间内处于悬停时，由于处于未作业状态，如继续采用上一次确定所得的目标点控制移动设备运行，则可能该目标点无法适用于当前移动设备的运行需求，例如，可能会导致移动设备按目标点继续运行的过程中与障碍物发生碰撞。因此，为确保目标点是否能适用于当前移动设备的移动控制，以保证移动设备的安全运行，在一种实施方式中，在控制移动设备基于目标点进行移动之前，所述方法还可以包括以下步骤：基于移动设备的当前时刻信息与上一次确定得到目标点的确定时刻信息，确定目标点是否可用；如果确定目标点可用，则控制所述移动设备基于目标点进行移动；如果确定目标点不可用，则基于移动设备当前的位置点、速度信息和加速度信息重新确定目标点，并控制所述移动设备基于所述重新确定的目标点进行移动。其中，重新确定目标点的过程示例性的可以是：r2＝p(k)+0.5*v(k)*(tdcc+tstop)，其中，r2为更新后的目标点，p(k)为移动设备当前位置点，v(k)为移动设备当前的速度，tdcc为加速度衰减时间，tstop为速度衰减时间，其中tdcc和tstop的计算方式参考前述示例性说明，此处不再赘述。
上述中，在当前时刻信息与确定时刻信息的差值小于预设间隔阈值时，确定上一次确定得到的目标点可用；反之，确定上一次确定得到的目标点不可用。
基于确定目标点是否可用的实施例，以下以目标点为返航点为列，来说明本发明一实施例提供的另一种移动设备目标点确定方法，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定方法的流程图，需要说明的是，前述描述了目标点还可以是其它场景下的过渡点、安全悬停终点等的情形，同理也同样可以包含确定其是否可用、优化过程以及后续基于该过渡点、作业终点等生成顺畅轨迹的方法，后续均以返航点为例进行示例性的说明，其它同理不再赘述，图3所示示例具体包括：
步骤S201、获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息。
步骤S202、根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的返航点。
在一个实施例中，可以每隔预设时间如前述示例性描述的100毫秒获取一次移动设备的位置点、速度信息和加速度信息，并相应计算得到返航点，并相应的记录确定得到该返航点的确定时刻信息。示例性的，以当前时刻为第0秒为例，通过梯形速度分配算法基于移动设备当前的位置点、速度信息和加速度信息，计算得到距离位置点最近的返航点时，对应的时间跨度示例性的可以是2至3秒，其中，该时间跨度可以是前述计算得到的悬停控制时间。当然，上述以梯形速度分配算法为例计算得到返航点，还可采用其它分配算法以计算距离位置点最近的返航点。
步骤S203、在接收到所述移动设备的返航指令时，获取当前时刻信息。
在一个实施例中，该返航指令的触发条件包括移动设备的电量不足、物料不足或接收到用户的控制指令中的至少一种，当然还可包括其它触发条件生成的返航指令。上述仅为示例性的场景描述。
步骤S204、根据所述当前时刻信息和所述确定时刻信息确定所述返航点是否可用，如果可用，执行步骤S205，反之执行步骤S206。
在一个实施例中，确定返航点是否可用的判断过程可以是确定时刻信息中记录的时间点，也即确定返航点的时刻与当前时刻信息的时间点的差值是否小于预设间隔阈值，如果是，则判定该返航点可用，反之，则该返航点不可用。可选的，该预设间隔阈值可以设置为大于上述预设时间且小于上述预设时间的两倍，如，该预设间隔阈值可取区间(100ms，200ms)中的任一值，如150毫秒。
S205、响应于所述返航点可用的判断结果，控制所述移动设备基于所述返航点进行返航。
S206、响应于所述返航点不可用的判断结果，基于所述移动设备当前的位置点、速度信息和加速度信息重新确定返航点，控制所述移动设备基于所述重新确定的返航点进行返航。
在一个实施例中，如果确定出该返航点不可用，则对返航点进行更新。其中，返航点的更新过程示例性的可以是：r2＝p(k)+0.5*v(k)*(tdcc+tstop)，其中，r2为更新后的返航点，p(k)为移动设备当前位置点，v(k)为移动设备当前的速度，tdcc为加速度衰减时间，tstop为速度衰减时间，其中tdcc和tstop的计算方式参考前述示例性说明，此处不再赘述。
由上述可知，在进行移动设备的返航控制时，实时规划返航点，并确定返航点是否可用，在可用的情况下基于该确定的返航点生成返航轨迹，如果其不可用，则重新确定返航点，保证了移动设备航行过程中，确定出的返航点可用，无需控制移动设备悬停后再重新规划返航路线，也无需借助于外部额外的传感器数据条件，提高了移动设备的返航效率，减少了返航时间以及返航路程。
图4为本发明实施例提供的一种对目标点进行优化的方法的流程图，在进行移动设备的返航控制时，进一步进行目标点的优化，以进一步缩短目标点与位置点的距离，具体包括：
步骤S301、获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息。
步骤S302、根据所述速度信息计算以最大加速度进行速度衰减控制时，所述移动设备速度衰减至0所需的速度衰减时间，根据所述加速度信息计算以最大加加速度进行加速度衰减控制时，所述移动设备加速度衰减至0所需的加速度衰减时间。
步骤S303、将所述速度衰减时间与所述加速度衰减时间相加得到所述移动设备处于悬停状态所需的悬停控制时间，根据所述悬停控制时间以及所述位置点计算得到距离所述位置点最近的目标点。
步骤S304、计算所述移动设备由所述目标点航行至所述位置点时的预估速度信息。
示例性的，移动设备当前的速度记为v(k)，该预估速度记为
Figure BDA0003731669230000091
计算该移动设备由目标点航行至位置点时的预估速度信息的方式为：以移动设备在目标点位置速度为0，加速度为设置的恒定或变化的加速度航行至当前位置点时，计算得到此时的预估速度
Figure BDA0003731669230000092
步骤S305、根据所述预估速度信息以及所述速度信息确定所述速度衰减时间对应的调节因子，所述调节因子用于对所述速度衰减时间的大小进行调节，以计算得到优化目标点。
在一个实施例中，得到预估速度信息即预估速度
Figure BDA0003731669230000093
后，将预估速度
Figure BDA0003731669230000094
与当前移动设备的速度v(k)进行比对以确定速度衰减时间对应的调节因子。
具体的，在预估速度信息的速度值大于速度信息的速度值的情况下，通过调节因子缩短所述速度衰减时间，在预估速度信息的速度值小于速度信息的速度值的情况下，通过调节因子增大所述速度衰减时间。
在一个实施例中，为了保证最优的目标点的确定，当满足
Figure BDA0003731669230000101
Figure BDA0003731669230000102
时，也即
Figure BDA0003731669230000103
大于v(k)，且二者接近时确定的目标点最优，此时在得到实际的
Figure BDA0003731669230000104
和v(k)后，如果
Figure BDA0003731669230000105
则相应的将调节因子的取值范围设置在(0.8，1)，其表征当前移动设备能通过最优梯形速度分配的方式将其状态规划至前述计算的目标点的情况下，继续优化该目标点，以使移动设备当前位置和目标点之间的距离最短，进而提升运动效率；当
Figure BDA0003731669230000106
Figure BDA0003731669230000107
时，调节因子的取值范围为(1，1.2)，即当前移动设备不能通过最优梯形速度分配的方式将其状态规划至计算得到的目标点的情况下，使得移动设备可以成功得到能够到达的目标点，以基于此进行运行轨迹的规划。其中，该更新后的速度衰减时间tstop为原始计算的tstop与调节因子的乘积。
由上述可知，通过设置调节因子对速度衰减时间进行调节，进而调整悬停控制时间，以使得基于此进行的梯度速度分配的方式规划得到的目标点可用且保证距离最近，提高了移动设备的运动效率，减少了运动时间以及运动路程；例如，在返航场景下，可提升移动设备的返航效率；在悬停场景下，可提升移动设备的悬停效率；在航线切换场景下，可提升移动设备的航线切换效率；在仿地飞行场景下，可提升移动设备的作业效率。
在一些实施例中，在目标点为过渡点时，可以进一步优化目标点与终点之间的路径，以下以目标点为返航点为例说明返航点与起点之间的路径优化方案，如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种基于返航点进行返航轨迹规划的方法的流程图，具体包括：
步骤S401、获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息。
步骤S402、根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的返航点。
步骤S403、在接收到移动设备的返航指令，且确定返航点可用时，获取移动设备的起始出发点，以起始出发点、返航点以及位置点为基准点生成返航轨迹，控制所述移动设备沿所述返航轨迹进行航行。
在一个实施例中，如果在移动设备所处的区域中还设置有安全点，则上述获取的点还可以包括安全点，即生成包含起始出发点、安全点、返航点和位置点的返航轨迹。其中，该安全点可以是预先标定的移动设备可以安全通过的航点，移动设备航行通过时其不会受到障碍物影响，起始出发点为需要最终返航的终点，此处以起始出发点作为返航的终点为例进行说明，该返航的终点可以和起始出发点不一致，例如，可以是设置的区别于起始出发点的航点。
可选的，在进行返航轨迹的生成时，具体过程可以是：通过最优梯形速度分配算法基于所述位置点、所述返航点和所述起始出发点生成第一规划轨迹；采用B样条优化算法基于所述第一规划轨迹生成第二规划轨迹，其中，所述第二规划轨迹的生成包括通过B样条优化算法对所述第一规划轨迹进行跟踪性约束处理。
其中，第二规划轨迹的生成包括通过B样条优化算法对所述第一规划轨迹进行跟踪性约束处理。由于经典的梯形速度分配方式能充分利用移动设备的速度、加速度、加加速度的最大值进行规划，且保证生成轨迹的空间最短性，因此移动设备沿此第一规划轨迹能够快速地返航。除此之外，进一步虑无人机的物理约束以及环境中的障碍物，在第一规划轨迹的基础上，采用B样条优化算法生成第二规划轨迹，以实现无障碍、光滑的返航轨迹的规划。示例性的，图5a为本发明实施例提供的一种生成的返航轨迹的示意图，如图5a所示，以移动设备为无人机，无人机沿待作业航线移动时，无人机当前位置点记为p(k)，得到的预估返航点为r1，障碍物为图中圆形区域，起飞点p2和安全点p1为获取的航点，最终生成的返航轨迹为图中的由返航点经安全点到达起飞点的光滑顺畅轨迹。
可选的，综合考虑返航轨迹的光滑性、运动学可行性、安全性、跟踪性约束以及末端约束，优化时域长度为N的B样条优化的目标函数设置如下：
Figure BDA0003731669230000111
其中，r*为最终计算得到的最优的返航轨迹。
Figure BDA0003731669230000112
其中，C0为光滑性约束，pμ(i)为i时刻的控制点。
Figure BDA0003731669230000121
其中，C1为运动学可行性约束，以将规划轨迹的速度、加速度约束在移动设备允许的最大速度
Figure BDA0003731669230000122
和最大加速度
Figure BDA0003731669230000123
内。
Figure BDA0003731669230000124
其中，C2避障的安全性约束，以将生成的轨迹远离障碍物，其中
Figure BDA0003731669230000125
其中，dsafe为移动设备和障碍物的最小安全距离。
Figure BDA0003731669230000126
其中，C3为阶段性的跟踪性约束，以约束移动设备尽可能贴合最优梯形速度分配得到的轨迹rnominal，以让移动设备尽可能快地飞行返航。
Figure BDA0003731669230000127
C4为末端约束，以将无人机的轨迹末端稳定至期望的轨迹rnominal；
其中，Q1∈R+、Q2∈R+、Q3∈R+、Q4∈R+、Q5∈R+分别为各项约束的权系数。
由上述可知，基于位置点、返航点、起始出发点和安全点，通过最优梯形速度分配算法生成第一规划轨迹，再基于第一规划轨迹采用B样条优化算法生成第二规划轨迹，其中，第二规划轨迹的生成包括通过B样条优化算法对第一规划轨迹进行跟踪性约束处理，使得最终生成的返航轨迹最短且顺畅、高效的实现移动设备的返航。
在上述技术方案的基础上，控制所述移动设备沿返航轨迹进行航行，包括：在控制所述移动设备由所述位置点航行至所述返航点的过程中，根据所述移动设备搭载的物料剩余情况确定是否继续作业。即在移动设备由当前位置点航行至返航点的过程中，可依据物料剩余情况确定是否继续航行作业，由此实现在存在物料的情况下，可以使移动设备继续作业，提升移动设备的整体作业效率，作业过程和返航过程衔接的顺畅度。
需要说明的是，如果在移动设备所作业的区域中，未设置安全点，则可认为移动设备可以直接基于起始出发点、返航点和位置点来生成返航轨迹，无需考虑安全点。
在一个实施例中，在确定目标点后，进行轨迹规划的过程中，还可以包括：在位置点到目标点之间进行均匀采样，得到至少两个轨迹点；基于所述位置点、所述至少两个轨迹点和所述目标点，生成用于指引移动设备从所述位置点移动到所述目标点的轨迹；所述轨迹包含所述至少两个轨迹点。其中，均匀采样可以是以固定的时间间隔进行采样，可选的，针对存在目标航线的情况下，可以在目标航线上进行位置点到目标点之间采样得到多个轨迹点，以使得生成的由位置点到目标点的轨迹更加贴合目标航线。示例性的，如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种示例性的移动设备的移动轨迹示意图。其中，确定出的预估返航点为r1，移动设备当前的位置点为p(k)，在位置点和预估返航点间进行均匀采样得到的待作业轨迹点如图所示。可选的，图6中进一步示例性的示出了起飞点p2和安全点p1，其中的带箭头线段为目标航线。
在一个实施例中，在确定目标点后，进行轨迹规划的过程中，还可以包括：根据位置点和加速度信息确定移动设备移动至位置点之前的至少两个虚拟控制点，用于在生成位置点至目标点的移动轨迹时进行轨迹约束。示例性的，以固定时间间隔ΔT为采样间隔，在位置点处倒推得到多个如M个虚拟控制点，各个虚拟控制点之间满足二次差分值均等于当前移动设备的加速度矢量。示例性的，如图6所示，虚拟控制点为由当前位置点p(k)沿目标航线反推得到的以固定时间间隔ΔT为采样间隔点。在后续进行轨迹规划的过程中，可以将该M点加入至前述的各个约束函数中，由此，通过基于虚拟控制点来进一步对位置点至目标点的移动轨迹进行轨迹约束，可以保证移动设备从位置点至目标点的加速度与移动设备在位置点之前的加速度的连续性，进而提升移动设备移动的平稳性，有利于进一步提升移动设备运动的顺畅性并降低移动设备机械结构的损伤。
图7为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定装置的模块示意图，该装置用于执行上述描述的移动设备目标点确定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图7所示，该装置具体包括：信息获取模块101和目标点计算模块102，其中，
信息获取模块101，配置为获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息；
目标点计算模块102，配置为根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。
由上述方案可知，通过获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息，根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。本方案，提高了移动设备的移动效率，减少了不必要的路程消耗，确定目标点的过程不依赖外部条件。
在一个可能的实施例中，所述目标点包括返航点，目标点计算模块102，配置为：
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息在目标航线上确定距离所述位置点最近的返航点，所述目标航线包括所述移动设备作业过程中预先规划的航线。
在一个可能的实施例中，该装置还包括轨迹控制模块103，配置为：
在所述确定距离所述位置点最近的返航点之后，记录确定所述返航点时的确定时刻信息；
在接收到所述移动设备的返航指令时，获取当前时刻信息，根据所述当前时刻信息和所述确定时刻信息确定所述返航点是否可用，所述返航指令的触发条件包括所述移动设备的电量不足、物料不足或接收到用户的控制指令中的至少一种；
响应于所述返航点可用的判断结果，控制所述移动设备基于所述返航点进行返航。
在一个可能的实施例中，所述轨迹控制模块103，配置为：
响应于所述返航点不可用的判断结果，基于所述移动设备当前的位置点、速度信息和加速度信息重新确定返航点，以控制所述移动设备基于所述重新确定返航点进行返航。
在一个可能的实施例中，所述目标点计算模块102，配置为：
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息基于梯形速度分配算法确定距离所述位置点最近的目标点。
在一个可能的实施例中，所述目标点计算模块102，配置为：
根据所述速度信息计算以最大加速度进行速度衰减控制时，所述移动设备速度衰减至0所需的速度衰减时间；
根据所述加速度信息计算以最大加加速度进行加速度衰减控制时，所述移动设备加速度衰减至0所需的加速度衰减时间；
将所述速度衰减时间与所述加速度衰减时间相加得到所述移动设备处于悬停状态所需的悬停控制时间；
根据所述悬停控制时间以及所述位置点计算得到距离所述位置点最近的目标点。
在一个可能的实施例中，所述目标点计算模块102，还配置为：
在所述根据所述悬停控制时间以及所述位置点计算得到距离所述位置点最近的目标点之后，还包括：计算所述移动设备由所述目标点移动至所述位置点时的预估速度信息；
根据所述预估速度信息以及所述速度信息确定所述速度衰减时间对应的调节因子，所述调节因子用于对所述速度衰减时间的大小进行调节，以计算得到优化目标点。
在一个可能的实施例中，在所述预估速度信息的速度值大于所述速度信息的速度值的情况下，通过所述调节因子缩短所述速度衰减时间，在所述预估速度信息的速度值小于所述速度信息的速度值的情况下，通过所述调节因子增大所述速度衰减时间。
在一个可能的实施例中，所述轨迹控制模块103，还配置为：
在所述确定距离所述位置点最近的返航点之后，获取所述移动设备的起始出发点；
以所述起始出发点、所述返航点以及所述位置点为基准点生成返航轨迹；
控制所述移动设备沿所述返航轨迹进行移动。
在一个可能的实施例中，所述轨迹控制模块103，配置为：
通过最优梯形速度分配算法基于所述位置点、所述返航点和所述起始出发点生成第一规划轨迹；
采用B样条优化算法基于所述第一规划轨迹生成第二规划轨迹，其中，所述第二规划轨迹的生成包括通过B样条优化算法对所述第一规划轨迹进行跟踪性约束处理。
在一个可能的实施例中，所述轨迹控制模块103，配置为：
在控制所述移动设备由所述位置点航行至所述返航点的过程中，根据所述移动设备搭载的物料剩余情况确定是否继续进行作业处理。
在一个可能的实施例中，所述轨迹控制模块103，配置为：
在所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点之后，在所述位置点到所述目标点之间进行均匀采样，得到至少两个轨迹点；
基于所述位置点、所述至少两个轨迹点和所述目标点，生成用于指引移动设备从所述位置点移动到所述目标点的轨迹；所述轨迹包含所述至少两个轨迹点。
在一个可能的实施例中，所述轨迹控制模块103，配置为：
在所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点之后，根据所述位置点和所述加速度信息确定所述移动设备移动至所述位置点之前的至少两个虚拟控制点，用于在生成所述位置点至所述目标点的移动轨迹时进行轨迹约束。
在一个可能的实施例中，所述目标点包括高度差大于设定高度值的第一作业点和第二作业点之间的过渡点、对高处障碍物避障过程中的过渡点、在进行航线切换时的航线切换点、避开障碍物后的安全悬停终点或者接收到悬停指令后需进行悬停操作的安全悬停终点中的至少一种或多种。
图8为本发明实施例提供的一种移动设备目标点确定设备的结构示意图，如图8所示，该设备包括处理器201、存储器202、输入装置203和输出装置204；设备中处理器201的数量可以是一个或多个，图8中以一个处理器201为例；设备中的处理器201、存储器202、输入装置203和输出装置204可以通过总线或其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。存储器202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移动设备目标点确定方法对应的程序指令/模块。处理器201通过运行存储在存储器202中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的移动设备目标确定方法。输入装置203可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与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204可包括显示屏等显示设备。
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，可以以服务端应用的形式存储，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移动设备目标点确定方法，该方法包括：
获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息；
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请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计算机软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是移动设备、手机、计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (17)

1.移动设备目标点确定方法，其特征在于，包括：
获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息；
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。
2.根据权利要求1所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，所述目标点包括返航点，所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，包括：
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息在目标航线上确定距离所述位置点最近的返航点，所述目标航线包括所述移动设备作业过程中预先规划的航线。
3.根据权利要求2所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述确定距离所述位置点最近的返航点之后，所述方法还包括：
记录确定所述返航点时的确定时刻信息；
在接收到所述移动设备的返航指令时，获取当前时刻信息，根据所述当前时刻信息和所述确定时刻信息确定所述返航点是否可用，所述返航指令的触发条件包括所述移动设备的电量不足、物料不足或接收到用户的控制指令中的至少一种；
响应于所述返航点可用的判断结果，控制所述移动设备基于所述返航点进行返航。
4.根据权利要求3所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述确定距离所述位置点最近的返航点之后，所述方法还包括：
响应于所述返航点不可用的判断结果，基于所述移动设备当前的位置点、速度信息和加速度信息重新确定返航点，以控制所述移动设备基于所述重新确定返航点进行返航。
5.根据权利要求1所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，包括：
根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息基于梯形速度分配算法确定距离所述位置点最近的目标点。
6.根据权利要求5所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息基于梯形速度分配算法确定距离所述位置点最近的目标点，包括：
根据所述速度信息计算以最大加速度进行速度衰减控制时，所述移动设备速度衰减至0所需的速度衰减时间；
根据所述加速度信息计算以最大加加速度进行加速度衰减控制时，所述移动设备加速度衰减至0所需的加速度衰减时间；
将所述速度衰减时间与所述加速度衰减时间相加得到所述移动设备处于悬停状态所需的悬停控制时间；
根据所述悬停控制时间以及所述位置点计算得到距离所述位置点最近的目标点。
7.根据权利要求6所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述根据所述悬停控制时间以及所述位置点计算得到距离所述位置点最近的目标点之后，所述方法还包括：
计算所述移动设备由所述目标点移动至所述位置点时的预估速度信息；
根据所述预估速度信息以及所述速度信息确定所述速度衰减时间对应的调节因子，所述调节因子用于对所述速度衰减时间的大小进行调节，以计算得到优化目标点。
8.根据权利要求7所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述预估速度信息的速度值大于所述速度信息的速度值的情况下，通过所述调节因子缩短所述速度衰减时间，在所述预估速度信息的速度值小于所述速度信息的速度值的情况下，通过所述调节因子增大所述速度衰减时间。
9.根据权利要求2所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述确定距离所述位置点最近的返航点之后，所述方法还包括：
获取所述移动设备的起始出发点；
以所述起始出发点、所述返航点以及所述位置点为基准点生成返航轨迹；
控制所述移动设备沿所述返航轨迹进行移动。
10.根据权利要求9所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，所述以所述起始出发点、所述返航点以及所述位置点为基准点生成返航轨迹，包括：
通过最优梯形速度分配算法基于所述位置点、所述返航点和所述起始出发点生成第一规划轨迹；
采用B样条优化算法基于所述第一规划轨迹生成第二规划轨迹，其中，所述第二规划轨迹的生成包括通过B样条优化算法对所述第一规划轨迹进行跟踪性约束处理。
11.根据权利要求9所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，所述控制所述移动设备沿所述返航轨迹进行航行，包括：
在控制所述移动设备由所述位置点航行至所述返航点的过程中，根据所述移动设备搭载的物料剩余情况确定是否继续作业。
12.根据权利要求1所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点之后，所述方法还包括：
在所述位置点到所述目标点之间进行均匀采样，得到至少两个轨迹点；
基于所述位置点、所述至少两个轨迹点和所述目标点，生成用于指引移动设备从所述位置点移动到所述目标点的轨迹；所述轨迹包含所述至少两个轨迹点。
13.根据权利要求1所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，在所述根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点之后，还包括：
根据所述位置点和所述加速度信息确定所述移动设备移动至所述位置点之前的至少两个虚拟控制点，用于在生成所述位置点至所述目标点的移动轨迹时进行轨迹约束。
14.根据权利要求1所述的移动设备目标点确定方法，其特征在于，所述目标点包括高度差大于设定高度值的第一作业点和第二作业点之间的过渡点、对高处障碍物避障过程中的过渡点、在进行航线切换时的航线切换点、避开障碍物后的安全悬停终点或者接收到悬停指令后需进行悬停操作的安全悬停终点中的至少一种或多种。
15.移动设备目标点确定装置，其特征在于，包括：
信息获取模块，配置为获取移动设备的位置点、速度信息和加速度信息；
目标点计算模块，配置为根据所述位置点、所述速度信息和所述加速度信息确定距离所述位置点最近的目标点，以用于控制所述移动设备基于所述目标点进行移动。
16.移动设备目标点确定设备，所述设备包括：一个或多个处理器；存储装置，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权利要求1-14中任一项所述的移动设备目标点确定方法。
17.一种存储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权利要求1-14中任一项所述的移动设备目标点确定方法。
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