用于运动对象的路径规划的方法和装置与流程

本发明涉及用于运动对象的路径规划的方法和装置。本发明还涉及运动对象的控制器。本发明还涉及具有所述装置或所述控制器的运动对象。本发明还涉及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、目前，自主导航的路径规划通常依赖于车载传感器(例如，超声传感器、雷达、摄像机、激光雷达等)的数据。全局路径规划器能够基于环境的静态地图来规划全局最短路径。然后，在导航过程中，如果车载传感器检测到在初始规划的路径中存在障碍物，本地路径规划器则持续调整初始规划的路径。如果在初始规划的路径中存在多个静态的障碍物或动态的障碍物，那么由全局路径规划器规划的全局路径可能远远不是最佳路径。

2、目前，可以通过分析环境中多个运动对象的基于超宽带(uwb)系统的定位信息来改善交通流。然而，目前的解决方案仅仅考虑运动对象的当前位置。特别是在更大环境中的导航时必须规划长的路径。在这种情况下，远程位置上的当前交通状况可能与运动对象到达该远程位置时的交通状况不同。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于运动对象的路径规划的方法以及一种用于运动对象的路径规划的装置。用于运动对象的路径规划的所述方法和所述装置主要基于分层的代价地图(costmap)并且能够实现至目标位置的最优导航路径。

2、为此，根据本发明的一个方面公开了一种用于运动对象的路径规划的方法或一种用于运动对象的自主导航的方法。所述方法包括：至少基于导航区域中的障碍物的位置、所述导航区域中的其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径以及所述导航区域中的其他运动对象的历史位置生成多个代价地图层；基于所述多个代价地图层生成主代价地图；基于所述主代价地图规划至目标位置的路径。

3、根据本发明的技术解决方案尤其基于以下考虑。在导航区域中不仅存在静态的或动态的障碍物而且存在多个运动对象。例如，在一个工业区域中，除静态的机器以外，往往存在多个运动对象，例如运输车辆、机器人或人等等，其中，这些运动对象可以是智能的(例如，人工智能机构(agent))或非智能的。在这种情况下，当规划一个运动对象从起始位置导航至目标位置的最优导航路径时，不仅需要避免与障碍物发生碰撞而且需要避免与其他运动对象发生碰撞。此外，如果其他运动对象具有路径规划模块以及通信模块，则能够获知其当前规划路径并且在规划路径时加以考虑。附加地或替代地，(例如当运动对象不具有路径规划模块或通信模块时)可以借助其历史位置或历史运动模式来确定运动对象的路径规划。

4、根据所述方法的一种实施方式，基于所述导航区域的静态地图生成第一代价地图层。基于导航期间由所述运动对象检测到的障碍物的当前位置生成第二代价地图层。基于所述其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径生成第三代价地图层。基于所述其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置生成第四代价地图层。然后，基于所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层和所述第四代价地图层生成主代价地图，或者，将所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层和所述第四代价地图层整合成主代价地图。每个代价地图层可以基本上是网格单元地图。每个代价地图层的代价值可以相加或平均(尤其以所分配的权重值)，以产生主代价地图。所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层和所述第四代价地图层(以及可能的其他代价地图层)在相同的代价坐标系中。

5、根据所述方法的一种实施方式，所述导航区域的静态地图是预建的。

6、根据所述方法的一种实施方式，导航期间由运动对象的一个或多个车载传感器检测导航区域中障碍物的当前位置。所述车载传感器可以从以下组中选择：超声波传感器、雷达、激光雷达或摄像机或任意其他类型的传感器。所述运动对象可以借助于一个车载传感器或由多个车载传感器构成的传感器网络尤其动态地检测/确定导航区域中障碍物的位置。

7、根据所述方法的一种实施方式，可以基于uwb系统获得导航区域中的其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径。所述uwb系统例如可以包括设置在每个运动对象上的至少一个标签以及设置在导航区域中的不同位置上的至少四个基站。此外，所述uwb系统还可以具有控制单元，其与每个基站连接，其中，所述控制单元配置成基于每个锚点从标签接到的信号通过飞行时间方法(time of flight：tof)或到达时间差方法(time difference ofarrival：tdoa)计算运动对象的位置信息。所计算的位置信息能够通过uwb信道在使用uwb协议的情况下在运动对象之间分享，从而一个运动对象能够知道其他运动对象的当前位置。此外，如果运动对象具有路径规划模块，则可以通过uwb系统在运动对象之间分享其当前规划路径。

8、根据所述方法的一种实施方式，基于所述其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置生成密度图(density map)，以及基于所述密度图生成所述第四代价地图层。所述密度图尤其以密度分布的形式表示运动对象在预给定的时间段内的历史运动模式。对于给定的网格单元，运动对象在预给定时间段内越频繁地经过所述网格单元，则所述网格单元的密度值越高。特别地，具有相对高的密度值的网格单元分配相对高的代价值。

9、特别地，可以在特定应用场景中调整所述预给定的时间段的起始时间和/或长度。

10、根据所述方法的一种实施方式，可以不仅基于其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置而且基于导航区域中障碍物在预给定的时间段内的历史位置来生成(第四)代价地图层。在动态障碍物的情况下，这将是非常有利的。此外，也可以基于对于路径规划而言可能有用的其他信息来生成第四代价地图层。

11、根据所述方法的一种实施方式，基于不同类型的其他运动对象来生成不同的代价地图层。例如，在生成第四代价地图层时仅考虑机器人或车辆在预给定的时间段内的历史位置。附加地，可以基于人在预给定的时间段内的历史位置生成第五代价地图层，以及相应地基于所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层、所述第四代价地图层和第五代价地图层生成主代价地图。类似的情况也适用于第三代价地图层。

12、根据所述方法的一种实施方式，当生成主代价地图时，可以为代价地图层分配权重值，尤其不同的权重值。在特定的应用场景中，可以通过调整每个代价地图层的权重值来不同程度地考虑不同代价地图层的信息。

13、根据所述方法的一种实施方式，与表示其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置的第四代价地图层相比，可以为表示其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径的第三代价地图层分配更高的权重值。在运动对象能够分享其当前规划路径的情况下，这将是非常有利的。

14、根据所述方法的一种实施方式，与表示其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径的第三代价地图层相比，可以为表示其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置的第四代价地图层分配更高的权重值。在大多数其他运动对象无法分享其当前规划路径的情况下，这将是非常有利的。

15、根据所述方法的一种实施方式，与表示移动机器人或车辆在预给定的时间段内的历史位置的第四代价地图层相比，可以为表示人在预给定的时间段内的历史位置的第五代价地图层分配更高的权重值。在这种情况下，人可以得到更好的保护。

16、此外，根据本发明的另一方面公开了一种用于运动对象的路径规划的装置或一种用于运动对象的自主导航的装置。所述装置至少包括代价地图层生成模块、主代价地图生成模块和路径规划模块。所述代价地图层生成模块配置成至少基于导航区域中的障碍物的位置、所述导航区域中的其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径以及所述导航区域中的其他运动对象的历史位置生成多个代价地图层。所述主代价地图生成模块配置成基于所述多个代价地图层生成主代价地图。所述路径规划模块配置成基于所述主代价地图规划至目标位置的路径。

17、根据所述装置的一种实施方式，所述代价地图层生成模块可以进一步配置成：基于所述导航区域的静态地图生成第一代价地图层；基于导航期间由运动对象检测到的障碍物的当前位置生成第二代价地图层；基于所述其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径生成第三代价地图层；基于所述其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置生成第四代价地图层。相应地，所述主代价地图生成模块可以进一步配置成基于所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层和所述第四代价地图层生成主代价地图，或者，将所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层和所述第四代价地图层整合成主代价地图。所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层和所述第四代价地图层(以及可能的其他代价地图层)在相同的代价坐标系中。每个代价地图层可以基本上是网格单元地图。每个代价地图层的代价值可以相加或平均，以产生主代价地图。

18、根据所述装置的一种实施方式，所述导航区域的静态地图是预建的。

19、根据所述装置的一种实施方式，导航期间可以由所述运动对象的一个或多个车载传感器检测导航区域中障碍物的当前位置。所述车载传感器可以从以下组中选择：超声波传感器、雷达、激光雷达或摄像机或任意其他类型的传感器。所述运动对象可以借助于一个车载传感器或由多个车载传感器构成的传感器网络尤其动态地检测/确定导航区域中障碍物的位置。

20、根据所述装置的一种实施方式，可以基于uwb系统获得导航区域中的其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径。所述uwb系统例如可以包括设置在每个运动对象上的至少一个标签以及设置在导航区域中的不同位置上的至少四个基站。此外，所述uwb系统还可以具有控制单元，其与每个基站连接，其中，所述控制单元配置成基于每个锚点从标签接到的信号通过飞行时间方法(time of flight：tof)或到达时间差方法(time difference ofarrival：tdoa)计算运动对象的位置信息。所计算的位置信息能够通过uwb信道在使用uwb协议的情况下在运动对象之间分享，从而一个运动对象能够知道其他运动对象的当前位置。此外，如果运动对象具有路径规划模块，则可以通过uwb系统在运动对象之间分享其当前规划路径。

21、根据所述装置的一种实施方式，所述代价地图层生成模块可以进一步配置成：基于所述其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置生成密度图，以及基于所述密度图生成所述第四代价地图层。所述密度图尤其以密度分布的形式表示运动对象在预给定的时间段内的历史运动模式。对于给定的网格单元，运动对象在预给定的时间段内越频繁地经过所述网格单元，则所述网格单元的密度值越高。特别地，具有相对高的密度值的网格单元可以分配相对高的代价值。

22、特别地，可以在特定应用场景中调整所述预给定的时间段的起始时间和/或长度。

23、根据所述装置的一种实施方式，所述代价地图层生成模块可以配置成不仅基于其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置而且基于导航区域中障碍物在预给定的时间段内的历史位置来生成第四代价地图层。在动态障碍物的情况下，这将是非常有利的。

24、根据所述装置的一种实施方式，所述代价地图层生成模块可以配置成基于不同类型的其他运动对象来生成不同的代价地图层。例如，所述代价地图层生成模块可以配置成基于机器人或车辆在预给定的时间段内的历史位置来生成第四代价地图层。附加地，所述代价地图层生成模块可以配置成基于人在预给定的时间段内的历史位置生成第五代价地图层。相应地，所述主代价地图生成模块可以配置成基于所述第一代价地图层、所述第二代价地图层、所述第三代价地图层、所述第四代价地图层和第五代价地图层生成主代价地图。类似的情况也适用于第三代价地图层。

25、根据所述装置的一种实施方式，所述主代价地图生成模块可以配置成当生成主代价地图时为代价地图层分配不同的权重。

26、根据所述装置的一种实施方式，所述主代价地图生成模块可以配置成与表示其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置的第四代价地图层相比为表示其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径的第三代价地图层分配更高的权重值。在运动对象能够分享其当前规划路径的情况下，这将是非常有利的。

27、根据所述装置的一种实施方式，所述主代价地图生成模块可以配置成与表示其他运动对象的当前位置和/或当前规划路径的第三代价地图层相比为表示其他运动对象在预给定的时间段内的历史位置的第四代价地图层分配更高的权重值。在大多数其他运动对象是人的情况下，这将是非常有利的。

28、根据所述装置的一种实施方式，所述主代价地图生成模块可以配置成与表示移动机器人或车辆在预给定的时间段内的历史位置的第四代价地图层相比为表示人在预给定的时间段内的历史位置的第五代价地图层分配更高的权重值。

29、根据本发明的又一方面公开了一种用于运动对象的控制器。所述控制器可以包括：处理器；存储器，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实施以上所述方法的步骤。

30、根据本发明的又一方面公开了一种运动对象。所述运动对象可以包括以上所述的用于运动对象的路径规划的装置以及一个或多个车载传感器。

31、根据所述运动对象的一种实施方式，所述运动对象还可以包括至少一个uwb标签。

32、根据本发明的又一方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质可以具有存储在其上的计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实施以上所述方法的步骤。