CN117480463A - 移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质 - Google Patents

移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质 Download PDF

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CN117480463A CN202280004174.8A CN202280004174A CN117480463A CN 117480463 A CN117480463 A CN 117480463A CN 202280004174 A CN202280004174 A CN 202280004174A CN 117480463 A CN117480463 A CN 117480463A
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Abstract

本公开涉及智能机器人技术领域，具体提供了一种移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质。一种速度控制方法，所述方法包括：获取移动区域的代价地图以及移动设备的目标路径；基于代价地图，确定移动设备当前与障碍物的目标距离以及转弯曲度；根据目标距离、转弯曲度以及移动设备的最大限速，确定移动设备的目标速度；控制移动设备以目标速度移动。本公开实施方式，对移动设备进行自适应速度控制，提高速度控制效果。

Description

移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质 技术领域
本公开涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质。
背景技术
目前，自主移动设备广泛应用于各种工业及生活场景中，例如物流机器人、送餐机器人、扫地机器人等。移动设备的运动控制规划，直接决定了移动设备的运行效果及安全等级，相关技术中，移动设备的移动速度控制效果较差，导致移动设备的安全性和移动效率较低。
发明内容
为提高移动设备的速度控制效果，本公开实施方式提供了一种移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质。
第一方面，本公开实施方式提供了一种速度控制方法，应用于移动设备，所述方法包括：
获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径；
基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，以及所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度；
根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度；
控制所述移动设备以所述目标速度移动。
在一些实施方式中，所述获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径，包括：
获取通过所述移动设备的传感器采集到的所述移动区域的场景数据；
根据所述场景数据对所述移动设备进行定位与建图，得到所述移动设备的当前位置和环境地图；
根据所述环境地图中障碍物信息得到所述移动区域的代价地图，并根据所述代价地图和所述当前位置确定所述移动设备的所述目标路径。
在一些实施方式中，基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，包括：
基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的障碍物数据；
根据所述障碍物数据，确定障碍物与所述目标路径的第一距离，以及所述障碍物与所述移动设备当前位置的第二距离；其中，所述第一距离垂直于所述目标路径，所述第二距离平行于所述目标路径；
根据所述第一距离和所述第二距离得到所述目标距离。
在一些实施方式中，基于所述代价地图，确定所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度，包括：
基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的第一参考线段和第二参考线段；其中，所述第一参考线段和所述第二参考线段均垂直于所述目标路径，且所述第一参考线段和所述第二参考线段之间间隔预设距离；
根据所述第一参考线段和所述第二参考线段之间的夹角，确定所述移动设备当前的所述转弯曲度。
在一些实施方式中，所述根据所述第一参考线段和所述第二参考线段之间的夹角，确定所述移动设备当前的所述转弯曲度，包括：
响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段相交，基于所述代价地图确定所述第一参考线段与所述第二参考线段的交点坐标，并根据所述交点坐标以及所述预设距离确定所述第一参考线段与所述第二参考线段之间的夹角，将所述夹角确定为所述转弯曲度；
响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段未相交，确定所述转弯曲度为零。
在一些实施方式中，所述根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度，包括：
根据所述目标距离和所述最大限速确定所述移动设备的直行速度分量；其中，所述直行速度分量与所述目标距离正相关；
根据所述转弯曲度和所述最大限速确定所述移动设备的转弯速度分量； 其中，所述转弯速度分量与所述转弯曲度负相关；
基于预先设置的直行速度权重和转弯速度权重，对所述直行速度分量和所述转弯速度分量进行加权融合处理，得到所述移动设备的目标速度。
在一些实施方式中，所述目标距离包括垂直于所述目标路径的第一距离和平行于所述目标路径的第二距离；所述根据所述目标距离确定所述移动设备的直行速度分量，包括：
根据所述第一距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第一速度分量；
根据所述第二距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第二速度分量；
根据所述第一速度分量和所述第二速度分量得到所述直行速度分量。
在一些实施方式中，所述控制所述移动设备以所述目标速度移动，包括：
响应于所述目标速度满足预设速度范围，控制所述移动设备以所述目标速度移动。
第二方面，本公开实施方式提供了一种速度控制装置，应用于移动设备，所述装置包括：
获取模块，被配置为获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径；
第一确定模块，被配置为基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，以及所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度；
第二确定模块，被配置为根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度；
控制模块，被配置为控制所述移动设备以所述目标速度移动。
在一些实施方式中，所述获取模块被配置为：
获取通过所述移动设备的传感器采集到的所述移动区域的场景数据；
根据所述场景数据对所述移动设备进行定位与建图，得到所述移动设备的当前位置和环境地图；
根据所述环境地图中障碍物信息得到所述移动区域的代价地图，并根 据所述代价地图和所述当前位置确定所述移动设备的所述目标路径。
在一些实施方式中，所述第一确定模块，被配置为：
基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的障碍物数据；
根据所述障碍物数据，确定障碍物与所述目标路径的第一距离，以及所述障碍物与所述移动设备当前位置的第二距离；其中，所述第一距离垂直于所述目标路径，所述第二距离平行于所述目标路径；
根据所述第一距离和所述第二距离得到所述目标距离。
在一些实施方式中，所述第一确定模块，被配置为：
基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的第一参考线段和第二参考线段；其中，所述第一参考线段和所述第二参考线段均垂直于所述目标路径，且所述第一参考线段和所述第二参考线段之间间隔预设距离；
根据所述第一参考线段和所述第二参考线段之间的夹角，确定所述移动设备当前的所述转弯曲度。
在一些实施方式中，所述第一确定模块，被配置为：
响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段相交，基于所述代价地图确定所述第一参考线段与所述第二参考线段的交点坐标，并根据所述交点坐标以及所述预设距离确定所述第一参考线段与所述第二参考线段之间的夹角，将所述夹角确定为所述转弯曲度；
响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段未相交，确定所述转弯曲度为零。
在一些实施方式中，所述第二确定模块，被配置为：
根据所述目标距离和所述最大限速确定所述移动设备的直行速度分量；其中，所述直行速度分量与所述目标距离正相关；
根据所述转弯曲度和所述最大限速确定所述移动设备的转弯速度分量；其中，所述转弯速度分量与所述转弯曲度负相关；
基于预先设置的直行速度权重和转弯速度权重，对所述直行速度分量和所述转弯速度分量进行加权融合处理，得到所述移动设备的目标速度。
在一些实施方式中，所述第二确定模块，被配置为：
根据所述第一距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第一速度分 量；
根据所述第二距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第二速度分量；
根据所述第一速度分量和所述第二速度分量得到所述直行速度分量。
在一些实施方式中，所述控制模块，被配置为：
响应于所述目标速度满足预设速度范围，控制所述移动设备以所述目标速度移动。
第三方面，本公开实施方式提供了一种移动设备，包括：
处理器；和
存储器，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行根据第一方面任意实施方式所述的方法。
第四方面，本公开实施方式提供了一种存储介质，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据第一方面任意实施方式所述的方法。
本公开实施方式速度控制方法，包括获取移动区域的代价地图以及移动设备在移动区域中移动的目标路径，基于代价地图确定移动设备与障碍物的目标距离以及转弯曲度，根据目标距离、转弯曲度以及最大限速确定目标速度，控制移动设备以目标速度移动。本公开实施方式中，通过移动设备与障碍物的目标距离和转弯曲度控制当前移动速度，可以根据当前路况自适应调整移动速度，降低事故风险，并且，在速度控制时，不仅考虑移动设备与障碍物之间的目标距离，还结合移动设备自身的目标路径的弯曲程度，避免由于转弯速度过快导致的倾覆，降低由于转弯处视野盲区导致的事故风险，进一步提高速度控制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，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是根据本公开一些实施方式中移动设备的结构框图。
图2是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的流程图。
图3是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的流程图。
图4是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的原理图。
图5是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的流程图。
图6是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的流程图。
图7是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的原理图。
图8是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的流程图。
图9是根据本公开一些实施方式中速度控制方法的流程图。
图10是根据本公开一些实施方式中速度控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，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方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
目前，例如扫地机器人、物流机器人、送餐机器人、足式机器人等移动设备，可以在预设的运行空间中自主移动，从而实现对应的作业需求。对移动设备的速度控制是运动规划中的重要一环，移动设备的移动速度过快，发生事故的风险以及事故带来的损失上升；移动设备的移动速度过慢，其作业效率也会降低。
相关技术中，部分场景下，可预先对移动设备的作业区域进行分区限速，例如，预先将移动设备的整个移动区域划分为A、B、C三个分区，每个分区根据障碍物情况、移动设备密度等因素预先设置不同的最大限速，从而当移动设备运行至某个分区时，以该分区规定的最大限速运行。
在这种场景下，移动设备无法根据障碍物的变化自适应调节运动速度，只能根据分区限定的速度来运行。当某个限速较低的分区障碍物或设备密度减少时，移动设备依旧按照较低的限速运行，导致移动设备的作业效率降低。反之，当某个限速较高的分区障碍物或设备密度增大时，移动设备依旧按照 较高的限速运行，导致移动设备出现碰撞、剐蹭等事故的风险大大提升。另外，移动设备只能在设定好的分区中实现移动速度的控制，对于其他移动区域无法实现速度自适应控制，因此移动设备的适应性很差。
基于上述相关技术中存在的缺陷，本公开实施方式提供了一种移动设备及其速度控制方法、装置、存储介质，旨在实现移动设备的速度自适应控制，降低移动设备的事故风险，提高移动设备的安全性和移动效率。
第一方面，本公开实施方式提供了一种速度控制方法，该方法可应用于移动设备中。本公开实施方式的移动设备，可以是任何适于实施的具有自主运动能力的设备类型，例如足式机器人、扫地机器人、物流机器人、送餐机器人、智能移动垃圾桶等，本公开对此不作限制。
如图1所示，在一些实施方式中，本公开示例的移动设备600包括处理器601、存储器602、场景感知系统604以及驱动装置605。
处理器601、存储器602、场景感知系统604以及驱动装置605，通过总线603建立任意两者之间的可通信连接。
处理器601可以为任何类型，具备一个或者多个处理核心的处理器。其可以执行单线程或者多线程的操作，用于解析指令以执行获取数据、执行逻辑运算功能以及下发运算处理结果等操作。
存储器602可包括非易失性计算机可读存储介质，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、相对于处理器601远程设置的分布式存储设备或者其他非易失性固态存储器件。存储器可以具有程序存储区，用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，供处理器601调用以使处理器601执行一个或者多个方法步骤。存储器602还可以包括易失性随机存储介质、或者硬盘等存储部分，作为数据存储区，用以存储处理器601下发输出的运算处理结果及数据。
场景感知系统604是移动设备用于获取当前场景数据的传感器系统，通过场景感知系统604采集当前场景的相关数据，从而移动设备实现设备定位、地图构建等功能。
在一些实施方式中，场景感知系统604可以是SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，同步定位与建图)系统。SLAM系统可以包括多个传感器，例如单目相机、双目相机、激光雷达、IMU(Inertial Measurement Unit， 惯性测量单元)传感器、ToF(Time of flight，飞行时间)传感器等。通过这些传感器实时采集移动设备运动过程中的数据，基于采集数据利用SLAM算法实现设备的定位与建图。
本公开实施方式中，可以通过场景感知系统604的采集数据，建立移动设备移动过程中的代价地图，实现移动设备的路径规划和速度控制。本公开下文方法中进行具体说明，在此暂不详述。
驱动装置605为移动设备的动力系统，用于驱动移动设备600产生位移。在一些实施方式中，驱动装置605可以包括例如电机、传动机构以及滚轮等机械结构，本领域技术人员对此毫无疑问可以理解并充分实现，本公开不再赘述。当然，本领域技术人员可以理解，移动设备600还可以包括其他各种电气元件和机械部件，本公开实施方式对此不作赘述。
在图1所示的移动设备的基础上，本公开实施方式提供了速度控制方法，用于对移动设备600移动时的速度进行实时控制，该方法可以由移动设备600的处理器601执行，下面结合图2实施方式进行说明。
如图2所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制方法，包括
S210、获取移动区域的代价地图以及移动设备在移动区域中移动的目标路径。
可以理解，代价地图(Cost Map)是根据环境地图和移动设备传感器采集数据计算得到的一张虚拟地图，表示移动设备按照特定方式移动会消耗的代价，移动设备的路径规划问题就规定为求取在代价地图上，消耗代价最少的路径。
移动区域是指允许移动设备进行自主移动的预设范围区域。例如，移动设备以扫地机器人为例，移动区域即为扫地机器人的作业区域。
本公开实施方式中，可以根据移动设备的场景感知系统604实时采集移动设备在移动过程中的场景数据，场景数据可包括移动设备前方的图像数据、激光雷达数据、移动设备自身运动的位姿数据、速度数据等。基于采集的场景数据，可以得到移动设备运动前方区域的代价地图，以及移动设备接下来一段时间移动的目标路径。
对于计算代价地图以及移动设备的目标路径的过程，本公开下文图3实施方式中进行说明，在此暂不展开。
S220、基于代价地图，确定移动设备当前与障碍物的目标距离，以及移动设备当前沿目标路径移动时的转弯曲度。
本公开实施方式中，目标距离是指移动设备的当前位置与前方障碍物之间的距离，转弯曲度是指移动设备当前沿目标路径移动时的转弯角度。
传统的机器人路径规划方案中，往往只关注于移动设备与前方障碍物的距离，当移动设备与障碍物距离较近时，为降低两者发生碰撞或剐蹭的风险，降低机器人的移动速度。
然而，本案发明人研究发现，移动设备是否会发生意外事故，一方面取决于移动设备与障碍物的距离，两者的距离越近，发生事故的风险也越高；另一方面还取决于移动设备的转弯角度，移动设备在转弯过程中常常由于视野盲区导致发生碰撞和剐蹭事故，并且移动设备的转弯角度越大，发生事故的风险也越大。
本公开实施方式中，基于代价地图，不仅需要确定移动设备当前位置与前方障碍物之间的目标距离，还需要确定移动设备当前沿目标路径移动时的转弯曲度。该转弯曲度即可反映转弯角度的大小，当目标路径为直线，移动设备当前沿直线移动时，对应的转弯曲度即为零。
在一些实施方式中，可以根据代价地图，确定移动设备当前位置的前方预设范围内是否存在障碍物，预设范围表示机器人的预设前瞻范围。若预设范围内存在障碍物，则可以基于代价地图确定障碍物与移动设备当前位置之间的距离，也即本公开实施方式所述的目标距离。
在一些实施方式中，移动设备与障碍物的目标距离包括第一距离和第二距离两个互相垂直的分量。
第一距离是指障碍物与目标路径作垂线的距离分量，由于移动设备本身具有一定的体积宽度，在移动设备沿目标路径移动时，若前方障碍物向目标路径作垂线的距离分量较小，移动设备与障碍物发生碰撞或剐蹭的风险较高。
第二距离是指障碍物与目标路径平行的距离分量，在移动设备沿目标路径移动时，若前方障碍物与目标路径平行的距离分量较小，说明移动设备当前位置与障碍物较为接近，发生碰撞或剐蹭的风险较高。
本公开下文实施方式中，对于第一距离和第二距离的具体原理和过程进行说明，在此暂不详述。
另外，可以理解，本公开实施方式中，也可以直接用移动设备当前位置与障碍物位置的连线作为目标距离，也即无需计算上述的第一距离分量和第二距离分量，本公开对此不作限制。
在一些实施方式中，可以基于代价地图，在移动设备前方预设范围内，对目标路径作两条间隔预设距离的法线段作为参考线段，也即第一参考线段和第二参考线段。
可以理解，由于第一参考线段和第二参考线段始终垂直于目标路径，因此当目标路径为直线时，第一参考线段和第二参考线段处于相互平行的位置关系，两者不会相交。
而当目标路径为曲线时，第一参考线段和第二参考线段不再相互平行，而且随着目标路径的曲率增加，第一参考线段和第二参考线段将会产生交点，形成夹角。目标路径的曲率越大，该夹角值也越大，从而，可以通过该夹角值确定移动设备当前沿目标路径移动时的转弯曲度。
对于确定转弯曲度的具体过程和原理，本公开下文实施方式中进行具体说明，在此暂不详述。
另外，可以理解，转弯曲度表示的是移动设备当前沿目标路径移动时的转弯程度的大小，本公开实施方式中，并不局限于利用上述方式确定转弯曲度，还可以采用其他任何适于实施的方式，只要能得到表征目标路径弯曲程度的转弯曲度参数即可，例如也可以基于代价地图，直接对移动设备前方预设范围内的目标路径进行曲率计算，得到目标路径的转弯曲度。本公开对此不作限制。
S230、根据目标距离、转弯曲度以及移动设备的最大限速，确定移动设备的目标速度。
移动设备的最大限速V max，表示的是移动设备允许行驶的最大运行速度，对于移动设备的速度控制任务，即可理解为对移动设备的最大限速进行调整的过程，通过自适应调整移动设备的最大限速，使得移动设备在不同的路况下保持合适的移动速度。
本公开实施方式中，在得到移动设备当前位置与前方障碍物的目标距离、以及移动设备当前沿目标路径移动时的转弯曲度之后，即可根据目标距离和转弯曲度综合对移动设备的最大限速V max进行调控，得到对应的目标速度。
可以理解，目标距离反映的是移动设备与障碍物的接近程度，目标距离越小移动设备发生事故的风险越高，从而目标速度应当越低。转弯曲度反映的是移动设备自身移动路径的弯曲程度，转弯曲度越大移动设备发生事故的风险越高，从而目标速度应当越低。
基于上述原理，可以根据目标距离和转弯曲度综合对移动设备的最大限速进行调整，得到移动设备移动的目标速度。
例如一些实施方式中，可以根据目标距离和最大限速确定移动设备的直行速度分量，同时根据转弯曲度和最大限速确定移动设备的转弯速度分量，然后对直行速度分量和转弯速度分量进行加权求和，得到最终的目标速度。本公开下文实施方式中对此进行说明，在此暂不详述。
S240、控制移动设备以目标速度移动。
本公开实施方式中，在确定移动设备的目标速度之后，即可控制移动设备以该目标速度进行移动。例如图1所示，处理器601可以根据目标速度生成对应的控制指令，并将控制指令发送至驱动装置605，驱动装置605根据控制指令输出电机转矩，从而控制移动设备以目标速度移动。
上述以移动设备一个控制周期的速度控制过程为例进行了说明，对于每个控制周期，均重复执行上述方法过程即可实现对移动设备自主移动过程中的速度控制。例如一个示例中，移动设备的控制频率为5Hz，也即每200ms执行一次上述方法过程，实现移动设备的速度控制。
通过上述可知，本公开实施方式中，通过移动设备与障碍物的目标距离和转弯曲度控制当前移动速度，可以根据当前路况自适应调整移动速度，降低事故风险，并且，在速度控制时，不仅考虑移动设备与障碍物之间的目标距离，还结合移动设备自身的目标路径的弯曲程度，降低由于转弯处视野盲区导致的事故风险，进一步提高速度控制效果。
如图3所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制方法，获取移动区域的代价地图以及目标路径的过程，包括：
S310、获取通过移动设备的传感器采集到的移动区域的场景数据。
本公开实施方式中，结合图1所示，移动设备600在移动过程中，场景感知系统604可以采集到当前状态下的场景数据。
例如一个示例中，场景感知系统604为基于计算机视觉的VSLAM系统， VSLAM系统采集的场景数据可以包括移动设备前方移动区域的场景图像数据、物理深度数据、移动设备自身的运动信息等。
当然，在其他示例中，场景感知系统604还可以是其他系统，例如激光雷达等，本公开对此不作限制。
S320、根据场景数据对移动设备进行定位与建图，得到移动设备的当前位置和环境地图。
本公开实施方式中，基于前述场景感知系统604采集到的场景数据，可以根据场景数据包括的例如图像数据、物理深度数据、激光雷达数据、IMU数据等，利用同步定位与建图SLAM算法，对移动设备进行定位，以及对移动设备的前方移动区域进行地图重建，从而，得到移动设备的当前位置和移动区域的环境地图。
对于SLAM算法的原理和过程，本领域技术人员参照相关技术毫无疑问可以理解并充分实现，本公开对此不作限制。
S330、根据环境地图中障碍物信息得到移动区域的代价地图，并根据代价地图和当前位置确定移动设备的目标路径。
基于前述可知，代价地图是用于对移动设备进行路径规划的虚拟地图，在一些实施方式中，代价地图可以是移动设备前方预设范围内的局部2D代价地图。
本公开实施方式中，在得到环境地图之后，可以结合例如激光雷达数据或者物理深度数据，确定环境地图中的障碍物信息，然后根据障碍物信息和环境地图得到对应的代价地图。
然而，在得到代价地图之后，可基于移动设备当前位置以及预先设置的移动设备的全局路径，确定移动设备在代价地图范围内的目标路径。目标路径即为规划得到的，移动设备接下来一端时间的移动路径。
例如一个示例中，代价地图可如图4中所示，移动设备600当前位置为S，目标位置为G，曲线SG即为目标路径。其中，移动区域中共包括3个障碍物，也即障碍物O 1、障碍物O 2和障碍物O 3。
本公开下文实施方式中，将以图4所示的代价地图，对本公开实施方式的速度控制方法进行说明。但是可以理解，图4仅作为本公开实施方式的一个示例说明，并不限制本公开方案。
如图5所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制方法，确定移动设备当前与障碍物的目标距离的过程，包括：
S510、基于代价地图，确定移动设备前方预设范围内的障碍物数据。
S520、根据障碍物数据，确定障碍物与目标路径的第一距离，以及障碍物与移动设备当前位置的第二距离。
S530、根据第一距离和第二距离得到目标距离。
本公开实施方式中，移动设备前方预设范围，是指位于移动设备移动方向的前方预设的前瞻范围区域。
可以理解，移动设备在移动过程中，需要提前确定前方的路况信息，从而对移动设备的速度进行控制，也即，移动设备的速度控制和路径规划应当具有一定的前瞻性。本公开所述的预设范围，即为移动设备的前瞻范围区域。
例如图4示例中，移动设备600前方的预设范围400区域即为图中虚线所示的矩形范围区域，随着移动设备600的移动，预设范围400始终位于移动设备600移动方向的前方。本公开示例中，预设范围的尺寸为2R*P，其中，R与P的具体取值可以根据移动设备尺寸、场景需求等因素进行设置，本公开对此不作限制。
当然，本领域技术人员可以理解，图4中的预设范围400仅作为本公开实施方式的一种示例，预设范围400并不局限于图4所示的矩形范围区域，还可以是例如扇形范围区域等，本公开对此不作限制。
本公开实施方式中，在得到移动区域的代价地图之后，可基于代价地图确定移动设备当前位置前方预设范围内是否存在障碍物，若预设范围内存在障碍物，则可以根据代价地图确定障碍物数据，障碍物数据包括障碍物在图像坐标系中的位置坐标。
本公开实施方式中，移动设备与障碍物的目标距离包括第一距离和第二距离两个互相垂直的分量。第一距离是指障碍物向目标路径作垂线得到的距离，而第二距离是指障碍物在平行于目标路径方向上与移动设备的距离。
例如图4示例中，障碍物O 2位于预设范围400中，从而根据障碍物数据可以在代价地图上确定障碍物与目标路径的第一距离L 1，以及障碍物与移动设备的第二距离L 2。
在本示例中，第一距离是指障碍物O 2向目标路径SG作垂线，得到的最 短距离L 1。第二路径是指障碍物O 2在平行于目标路径方向上与移动设备600的最短距离L 2，也即，第一距离L 1和第二距离L 2互相垂直。
本公开实施方式中，移动设备与障碍物的目标距离包括上述的第一距离L 1和第二距离L 2，从而在得到第一距离L 1和第二距离L 2之后，将第一距离L 1和第二距离L 2确定为移动设备与障碍物的目标距离。
上述结合图5实施方式对本公开方法中确定移动设备与障碍物的目标距离的过程进行了说明，下面结合图6、图7对本公开方法中确定转弯曲度的过程进行说明。
如图6所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制方法，确定移动设备当前沿目标路径移动时的转弯曲度的过程，包括：
S610、基于代价地图，确定移动设备前方预设范围内的第一参考线段和第二参考线段。
S620、根据第一参考线段和第二参考线段之间的夹角，确定移动设备当前的转弯曲度。
本公开实施方式中，基于代价地图，在移动设备前方预设范围中，对目标路径作两条间隔预设距离的法线段作为参考线段，分别定义为第一参考线段和第二参考线段。参见图7所示的代价地图进行说明，为便于清楚说明，将代价地图中的障碍物O 1～O 3进行了隐藏。
如图7所示，在移动设备600的前方预设范围400之内，分别对目标路径作两条法线段，也即第一参考线段K 1和第二参考线段K 2。第一参考线段K 1和第二参考线段K 2间隔预设距离d。可以理解，第一参考线段K 1和第二参考线段K 2的线段长度可以根据具体场景需求进行设置，本公开对此不作限制。
继续参考图7，假设移动设备600当前位置为S 0时，此时目标路径为直线，由于第一参考线段K 1和第二参考线段K 2均垂直于目标路径，从而第一参考线段K 1和第二参考线段K 2相互平行，两者不会相交，也就不会存在夹角。
而假设移动设备600当前位置为S 1时，此时前方目标路径为曲线，由于第一参考线段K 1和第二参考线段K 2始终垂直于目标路径，从而第一参考线段K 1和第二参考线段K 2将会相交，交点为Q，两者具有夹角θ。
另外，值得注意的是，由于第一参考线段K 1和第二参考线段K 2均为线段， 也即两者并非无限延长，因此，即使目标路径存在弯曲导致第一参考线段K 1和第二参考线段K 2不再平行，但是在曲率很小的情况下，第一参考线段K 1和第二参考线段K 2仍然不会相交。通过改变第一参考线段K 1和第二参考线段K 2之间预设距离d、以及线段长度，可以对两者端部相交时目标路径的曲率边界进行调整，本领域技术人员对此可以理解并充分实现，本公开不再赘述。
基于图7可知，本公开实施方式中，当第一参考线段与第二参考线段未相交时，说明预设范围内的目标路径为直线或者曲率较小，此时第一参考线段与第二参考线段没有夹角，定义目标路径的转弯曲度为零即可。
当第一参考线段与第二参考线段相交时，基于代价地图的坐标数据可以确定第一参考线段K 1和第二参考线段K 2的交点Q的位置坐标，在得到交点Q位置坐标之后，即可确定交点Q至目标路径的距离r，圆弧d为已知的预设距离，从而利用扇形公式即可确定第一参考线段K 1和第二参考线段K 2的夹角θ的值，表示为：θ＝d/r。本公开实施方式中，即可将夹角θ的值确定移动设备当前的转弯曲度。
基于上述过程，可以确定移动设备当前位置与障碍物的目标距离和转弯曲度，然后根据目标距离和转弯曲度对移动设备的最大限速进行调整，下面具体进行说明。
如图8所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制方法，根据目标距离、转弯曲度以及最大限速确定移动设备的目标速度的过程，包括：
S810、根据目标距离和最大限速确定移动设备的直行速度分量。
本公开实施方式中，在得到移动设备当前与障碍物的目标距离之后，即可根据目标距离的大小对最大限速进行适应性调整，得到直行速度分量。
具体而言，目标距离与直行速度分量正相关，也即，目标距离越大，说明移动设备当前与障碍物的距离越远，产生事故的风险越低，从而直行速度分量也越大。反之，目标距离越小，说明移动设备当前与障碍物的距离越近，产生事故的风险越高，从而直行速度分量也越小。
基于上述原理，本领域技术人员毫无疑问可以实现对直行速度分量的计算，本公开对计算方法不作具体限制。例如一些实施方式中，可以预先建立目标距离与直行速度分量的对应关系，通过查找该对应关系确定直行速度分 量的大小。
本公开一些实施方式中，如上文图5所述，目标距离包括第一距离L 1和第二距离L 2，从而，本公开实施方式的直行速度分量也包括第一速度分量和第二速度分量。下面结合图9实施方式进行说明。
如图9所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制方法，根据目标距离确定直行速度分量的过程包括：
S811、根据第一距离和最大限速，确定移动设备的第一速度分量。
S812、根据第二距离和最大限速，确定移动设备的第二速度分量。
S813、根据第一速度分量和第二速度分量得到直行速度分量。
结合图4中所示，通过前述实施方式可以得到移动设备600与障碍物O 2的第一距离L 1，以及移动设备600与障碍物O 2的第二距离L 2。从而，第一速度分量和第二速度分量可表示为：
上式(1)和(2)中，V 1表示第一速度分量，V 2表示第二速度分量，L 1表示第一距离，L 2表示第二距离，R表示预设范围宽度的一半，P表示预设范围的长度，V max表示移动设备的最大限速。
结合图4所示，在预设范围内没有障碍物时，可设置第一距离L 1＝R，第二距离L 2＝P，此时第一速度分量V 1＝V max，第二速度分量V 2＝V max。
基于上式(1)和(2)，即可计算得到移动设备的第一速度分量V 1和第二速度分量V 2，然后将第一速度分量V 1和第二速度分量V 2确定为直行速度分量。
S820、根据转弯曲度和最大限速确定移动设备的转弯速度分量。
本公开实施方式中，在得到移动设备当前目标路径的转弯曲度之后，即可根据转弯曲度的大小对最大限速进行适应性调整，得到转弯速度分量。
具体而言，转弯曲度与转弯速度分量负相关，也即，转弯曲度越大，说明移动设备产生事故的风险越高，从而转弯速度分量应当越小。反之，转弯曲度越小，说明移动设备产生事故的风险越低，从而转弯速度分量也越大。
基于上述原理，在一些实施方式中，转弯速度分量的计算过程可表示为：
上式(3)中，V 3表示转弯速度分量，θ表示转弯曲度，V max表示最大限速。
结合图7所示，当第一参考线段K 1和第二参考线段K 2没有交点时，可以设置转弯曲度θ为零，从而通过式(3)可知，此时转弯速度分量V 3＝V max。
S830、基于预先设置的直行速度权重和转弯速度权重，对直行速度分量和转弯速度分量进行加权融合处理，得到移动设备的目标速度。
可以理解，直行速度分量表示移动设备在当前路况下直行速度，转弯速度分量表示移动设备在当前路况下的转弯速度。本公开实施方式中，需要同时考虑到移动设备直行情况下与障碍物发生碰撞的风险，以及转弯情况下发生事故的风险，因此，可对直行速度分量和转弯速度分量进行加权融合处理，得到最终的目标速度。
在一些实施方式中，直行速度权重包括第一权重值a和第二权重值b，转弯速度权重包括第三权重值c，从而，目标速度可表示为：
V＝a*V 1+b*V 2+c*V 3 (4)
上式(4)中，V表示目标速度，V 1表示第一速度分量，a表示第一速度分量的第一权重值，V 2表示第二速度分量，b表示第二速度分量的第二权重值，V 3表示转弯速度分量，c表示转弯速度分量的第三权重值。其中，a+b+c＝1。
对于第一权重值a、第二权重值b以及第三权重值c的具体数值，本领域技术人员可以根据具体场景需求进行设置，本公开对此不作限制。
通过上式(4)，可以对第一速度分量、第二速度分量以及转弯速度分量进行融合处理，得到移动设备对应的目标速度。
结合公式(1)至(4)，分别以下面几种场景，对本公开实施方式方法的控制原理进行说明。
当移动设备沿直线移动或者转弯曲率很小，且移动设备前方预设范围内没有障碍物时，基于前述式(1)至(3)可以计算得到第一速度分量V 1＝V max、第二速度分量V 2＝V max以及转弯速度分量V 3＝V max，代入式(4)即可得到目标速度V＝V max，也即移动设备保持最大限速运行。
当移动设备沿直线移动或者转弯曲率很小，且移动设备前方预设范围内存在障碍物时，基于前述公式(3)可以计算得到转弯速度分量V 3＝V max，而第第一速度分量V 1和第二速度分量V 2均小于V max，代入式(4)得到的目标速度V也应当小于V max，也即对移动设备的速度进行自适应降低。
当移动设备沿曲线移动，且移动设备前方预设范围内没有障碍物时，基 于前述公式(1)和(2)可以计算得到第一速度分量V 1＝V max、第二速度分量V 2＝V max，基于式(3)计算得到转弯速度分量V 3小于V max，代入式(4)得到的目标速度V也应当小于V max，也即对移动设备的速度进行自适应降低。
当移动设备沿曲线移动，且移动设备前方预设范围内存在障碍物时，基于前述式(1)至(3)可以计算得到第一速度分量V 1、第二速度分量V 2以及转弯速度分量V 3均小于V max，代入式(4)得到的目标速度V也应当小于V max，也即对移动设备的速度进行自适应降低。
基于上述场景可以看到，本公开实施方式中，不仅基于移动设备与障碍物的距离来调整移动设备速度，还进一步结合转弯曲率来调整移动设备速度，移动设备在转弯过程中，即使前方不存在障碍物，依旧会对移动设备速度进行降低，避免由于转弯速度过快导致的倾覆，或者降低由于转弯视野盲区导致的事故风险。
在一些实施方式中，为保证移动设备的正常运行作业，可以预先设置移动设备的预设速度范围，该预设速度范围可限制移动设备的最低限速V min和最大限速V max，也即移动设备的运动速度应当位于预设速度范围[V min，V max]中。
当通过前述方法过程得到的目标速度小于最低限速V min时，可以控制移动设备以最低限速V min移动。当目标速度大于最大限速V max时，可以控制移动设备以最大限速V max移动。当目标速度位于预设速度范围[V min，V max]中时，可以控制移动设备以目标速度移动。
对于预设速度范围[V min，V max]的具体取值，本领域技术人员可以根据具体的应用场景进行设置，本公开对此不作限制。
通过上述可知，本公开实施方式中，通过移动设备与障碍物的目标距离和转弯曲度控制当前移动速度，可以根据当前路况自适应调整移动速度，降低事故风险，并且，在速度控制时，不仅考虑移动设备与障碍物之间的目标距离，还结合移动设备自身的目标路径的弯曲程度，避免由于转弯速度过快导致的倾覆，降低由于转弯处视野盲区导致的事故风险，进一步提高速度控制效果。
第二方面，本公开实施方式提供了一种速度控制装置，该装置可应用于移动设备中。本公开实施方式的移动设备，可以是任何适于实施的具有自 主运动能力的设备类型，例如扫地机器人、物流机器人、送餐机器人、智能移动垃圾桶等，本公开对此不作限制。
如图10所示，在一些实施方式中，本公开示例的速度控制装置，包括：
获取模块10，被配置为获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径；
第一确定模块20，被配置为基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，以及所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度；
第二确定模块30，被配置为根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度；
控制模块40，被配置为控制所述移动设备以所述目标速度移动。
通过上述可知，本公开实施方式中，通过移动设备与障碍物的目标距离和转弯曲度控制当前移动速度，可以根据当前路况自适应调整移动速度，降低事故风险，并且，在速度控制时，不仅考虑移动设备与障碍物之间的目标距离，还结合移动设备自身的目标路径的弯曲程度，降低由于转弯处视野盲区导致的事故风险，进一步提高速度控制效果。
在一些实施方式中，所述获取模块10被配置为：
获取通过所述移动设备的传感器采集到的所述移动区域的场景数据；
根据所述场景数据对所述移动设备进行定位与建图，得到所述移动设备的当前位置和环境地图；
根据所述环境地图中障碍物信息得到所述移动区域的代价地图，并根据所述代价地图和所述当前位置确定所述移动设备的所述目标路径。
在一些实施方式中，所述第一确定模块20，被配置为：
基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的障碍物数据；
根据所述障碍物数据，确定障碍物与所述目标路径的第一距离，以及所述障碍物与所述移动设备当前位置的第二距离；其中，所述第一距离垂直于所述目标路径，所述第二距离平行于所述目标路径；
根据所述第一距离和所述第二距离得到所述目标距离。
在一些实施方式中，所述第一确定模块20，被配置为：
基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的第一参考线 段和第二参考线段；其中，所述第一参考线段和所述第二参考线段均垂直于所述目标路径，且所述第一参考线段和所述第二参考线段之间间隔预设距离；
根据所述第一参考线段和所述第二参考线段之间的夹角，确定所述移动设备当前的所述转弯曲度。
在一些实施方式中，所述第一确定模块20，被配置为：
响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段相交，基于所述代价地图确定所述第一参考线段与所述第二参考线段的交点坐标，并根据所述交点坐标以及所述预设距离确定所述第一参考线段与所述第二参考线段之间的夹角，将所述夹角确定为所述转弯曲度；
响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段未相交，确定所述转弯曲度为零。
在一些实施方式中，所述第二确定模块30，被配置为：
根据所述目标距离和所述最大限速确定所述移动设备的直行速度分量；其中，所述直行速度分量与所述目标距离正相关；
根据所述转弯曲度和所述最大限速确定所述移动设备的转弯速度分量；其中，所述转弯速度分量与所述转弯曲度负相关；
基于预先设置的直行速度权重和转弯速度权重，对所述直行速度分量和所述转弯速度分量进行加权融合处理，得到所述移动设备的目标速度。
在一些实施方式中，所述第二确定模块30，被配置为：
根据所述第一距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第一速度分量；
根据所述第二距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第二速度分量；
根据所述第一速度分量和所述第二速度分量得到所述直行速度分量。
在一些实施方式中，所述控制模块40，被配置为：
响应于所述目标速度满足预设速度范围，控制所述移动设备以所述目标速度移动。
通过上述可知，本公开实施方式中，通过移动设备与障碍物的目标距离和转弯曲度控制当前移动速度，可以根据当前路况自适应调整移动速度，降 低事故风险，并且，在速度控制时，不仅考虑移动设备与障碍物之间的目标距离，还结合移动设备自身的目标路径的弯曲程度，避免由于转弯速度过快导致的倾覆，降低由于转弯处视野盲区导致的事故风险，进一步提高速度控制效果。
第三方面，本公开实施方式提供了一种移动设备，包括：
处理器；和
存储器，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行根据第一方面任意实施方式所述的方法。
第四方面，本公开实施方式提供了一种存储介质，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据第一方面任意实施方式所述的方法。
通过上述可知，本公开实施方式中，通过移动设备与障碍物的目标距离和转弯曲度控制当前移动速度，可以根据当前路况自适应调整移动速度，降低事故风险，并且，在速度控制时，不仅考虑移动设备与障碍物之间的目标距离，还结合移动设备自身的目标路径的弯曲程度，避免由于转弯速度过快导致的倾覆，降低由于转弯处视野盲区导致的事故风险，进一步提高速度控制效果。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。

Claims (11)

  1. 一种速度控制方法，其特征在于，应用于移动设备，所述方法包括：
    获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径；
    基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，以及所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度；
    根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度；
    控制所述移动设备以所述目标速度移动。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径，包括：
    获取通过所述移动设备的传感器采集到的所述移动区域的场景数据；
    根据所述场景数据对所述移动设备进行定位与建图，得到所述移动设备的当前位置和环境地图；
    根据所述环境地图中障碍物信息得到所述移动区域的代价地图，并根据所述代价地图和所述当前位置确定所述移动设备的所述目标路径。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，包括：
    基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的障碍物数据；
    根据所述障碍物数据，确定障碍物与所述目标路径的第一距离，以及所述障碍物与所述移动设备当前位置的第二距离；其中，所述第一距离垂直于所述目标路径，所述第二距离平行于所述目标路径；
    根据所述第一距离和所述第二距离得到所述目标距离。
  4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述代价地图，确定所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度，包括：
    基于所述代价地图，确定所述移动设备前方预设范围内的第一参考线段和第二参考线段；其中，所述第一参考线段和所述第二参考线段均垂直 于所述目标路径，且所述第一参考线段和所述第二参考线段之间间隔预设距离；
    根据所述第一参考线段和所述第二参考线段之间的夹角，确定所述移动设备当前的所述转弯曲度。
  5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一参考线段和所述第二参考线段之间的夹角，确定所述移动设备当前的所述转弯曲度，包括：
    响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段相交，基于所述代价地图确定所述第一参考线段与所述第二参考线段的交点坐标，并根据所述交点坐标以及所述预设距离确定所述第一参考线段与所述第二参考线段之间的夹角，将所述夹角确定为所述转弯曲度；
    响应于所述第一参考线段与所述第二参考线段未相交，确定所述转弯曲度为零。
  6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度，包括：
    根据所述目标距离和所述最大限速确定所述移动设备的直行速度分量；其中，所述直行速度分量与所述目标距离正相关；
    根据所述转弯曲度和所述最大限速确定所述移动设备的转弯速度分量；其中，所述转弯速度分量与所述转弯曲度负相关；
    基于预先设置的直行速度权重和转弯速度权重，对所述直行速度分量和所述转弯速度分量进行加权融合处理，得到所述移动设备的目标速度。
  7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标距离包括垂直于所述目标路径的第一距离和平行于所述目标路径的第二距离；所述根据所述目标距离确定所述移动设备的直行速度分量，包括：
    根据所述第一距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第一速度分量；
    根据所述第二距离和所述最大限速，确定所述移动设备的第二速度分量；
    根据所述第一速度分量和所述第二速度分量得到所述直行速度分量。
  8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述移动设备以所述目标速度移动，包括：
    响应于所述目标速度满足预设速度范围，控制所述移动设备以所述目标速度移动。
  9. 一种速度控制装置，其特征在于，应用于移动设备，所述装置包括：
    获取模块，被配置为获取移动区域的代价地图以及所述移动设备在所述移动区域中移动的目标路径；
    第一确定模块，被配置为基于所述代价地图，确定所述移动设备当前与障碍物的目标距离，以及所述移动设备当前沿所述目标路径移动时的转弯曲度；
    第二确定模块，被配置为根据所述目标距离、所述转弯曲度以及所述移动设备的最大限速，确定所述移动设备的目标速度；
    控制模块，被配置为控制所述移动设备以所述目标速度移动。
  10. 一种移动设备，其特征在于，包括：
    处理器；和
    存储器，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行根据权利要求1至8任一项所述的方法。
  11. 一种存储介质，其特征在于，存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据权利要求1至8任一项所述的方法。
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