自主移动装置的控制方法及装置、存储介质和自主移动装置与流程

本发明涉及自主移动机器人，具体而言，涉及一种自主移动装置的控制方法及装置、存储介质和自主移动装置。

背景技术：

1、在相关技术中，自主移动机器人(autonomous mobile robot，amr)通过机器视觉和智能化调度实现自主移动，主要应用于自动化物流仓储和生产线等场景。

2、自主移动机器人通过计算旋转半径的方法控制速度与朝向角，这种计算方法复杂，在运动纠偏时难以运用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一方面提出一种自主移动装置的控制方法。

3、本发明的第二方面提出一种自主移动装置的控制装置。

4、本发明的第三方面提出一种自主移动装置的控制装置。

5、本发明的第四方面提出一种可读存储介质。

6、本发明的第五方面提出一种自主移动装置。

7、有鉴于此，本发明的第一方面提供了一种自主移动装置的控制方法，包括：根据目标路径生成轨迹信息；获取自主移动装置的第一位姿信息；根据第一位姿信息和轨迹信息确定控制信息；基于控制信息控制自主移动装置沿目标路径移动。

8、在该技术方案中，自主移动装置可以为自主移动机器人。在自主移动装置工作时，上位机为自主移动装置规划移动路径，该移动路径即目标路径。自主移动装置根据目标路径生成对应的轨迹信息，示例性地，目标路径可以是直线路径、圆弧路径或贝塞尔曲线路径等。

9、轨迹信息用于指引自主移动装置沿目标路径移动，示例性地，轨迹信息包括目标路径上多个路径点的坐标信息、转弯处的角度信息、关键位置点信息等。

10、在相关技术中，对于amr等全向移动的机器人，其具有较高的移动灵活性，但当移动路径为曲线时，在可移动机器人根据轨迹信息跟踪目标路径移动时，需要对机器人的运动方向进行实时计算，如实施计算机器人的旋转半径，计算量较大。为了简化计算量，现有技术一般会采用限制机器人进行路径跟踪时的运动方式来降低控制复杂度，这样会导致机器人的灵活性降低。

11、针对上述问题，本技术实施例在自主移动装置沿着目标路径移动时，获取自主移动装置的第一位姿信息，并基于自主移动装置的第一位姿信息和轨迹信息生成控制信息，通过控制信息控制自主移动装置沿着设定好的目标路径移动，过程中无需实时计算自主移动装置的旋转半径，同时不会限制自主移动装置的运动方式。

12、通过根据机器人位姿信息与轨迹信息生成的控制信息控制机器人移动，具体为追踪目标路径移动，移动控制的计算复杂度低，灵活度高。

13、本技术技术方案通过轨迹信息和自主移动装置的位姿信息确定控制信息，基于该控制信息控制自主移动装置沿轨迹信息指示的目标路径移动，能够在简化移动控制时的计算复杂度的同时，保持自主移动装置的运动灵活性。

14、另外，本发明提供的上述技术方案中的自主移动装置的控制方法还可以具有如下附加技术特征：

15、在本技术的一些技术方案中，可选地，轨迹信息包括多个轨迹点位和多个轨迹点位中的每一个轨迹点位对应的轨迹点信息。

16、在该技术方案中，轨迹信息包括多个轨迹点位对应的轨迹点信息。具体地，轨迹点位是目标路径上的点位，在生成目标路径对应的轨迹信息时，在目标路径上选取若干个点位，能够理解的是，这些点位可以在在目标路径上均匀分布的关键点位。

17、顺次连接每两个相邻的轨迹点位，则会得到一条轨迹路线，也即上述目标路径对应的轨迹路线。

18、当自主移动装置沿着目标路径移动时，可以视作是自主移动装置不断的由一个轨迹点位移动到另一个轨迹点位的过程。因此，每当自主移动装置到达一个轨迹点位后，根据该轨迹点位的轨迹点信息即可确定自身位置、角度等移动信息，从而使自主移动装置能够精准追踪目标路径移动。

19、本技术技术方案通过将多个轨迹点位的轨迹信息形成为目标路径的轨迹信息，从而使得自主移动装置追踪目标路径时，根据顺次根据每一个轨迹点位的轨迹点信息进行轨迹追踪，降低移动控制的计算复杂度。

20、在本技术的一些技术方案中，可选地，第一位姿信息为自主移动装置位于目标路径时的第一位姿信息，第一位姿信息与第一轨迹点位相关联，多个轨迹点位包括第一轨迹点位。

21、在本技术技术方案中，在自主移动装置位于目标路径时，自主移动装置获取自身的位姿信息，其中，位姿信息包括位置信息和姿态信息，其中位置信息具体包括坐标信息，以大地坐标系为例，坐标信息包括x轴坐标和y轴坐标。姿态信息能够指示当前自主移动装置的姿态，示例性地，姿态信息包括姿态角θ。

22、示例性地，第一位姿信息在大地坐标系下可以表示为：(xg，yg，θg)。

23、第一位姿信息与第一轨迹点位相关联，具体为第一位姿信息是自主移动装置处于目标路径上的第一轨迹点位时的位姿信息，第一轨迹点位的轨迹点信息为第一轨迹点信息。该第一轨迹点信息记录了自主移动装置处于当前点位时的标准位姿，因此结合第一位姿信息与第一轨迹点信息即可判断出当前自主移动装置是否准确追踪了目标路径，当两者存在偏差时，根据偏差即可对机器人移动进行纠偏处理。

24、本技术技术方案通过在自主移动装置移动到目标路径的每一个轨迹点位时，获取自主移动装置的位姿信息，通过自主移动装置在轨迹点位的位姿信息和该轨迹点位对应的轨迹点信息，可以对机器人的轨迹追踪状态进行纠偏，无需实时计算自主移动装置的旋转半径，简化了移动控制的计算复杂度。

25、在本技术的一些技术方案中，可选地，根据第一位姿信息和轨迹信息确定控制信息的步骤，包括：根据第一位姿信息和第一轨迹点位对应的第一轨迹点信息，确定自主移动装置相对目标路径的偏离信息；根据偏离信息确定控制信息。

26、在该技术方案中，第一轨迹点信息是第一轨迹点位对应的轨迹点信息。当自主移动装置沿着目标路径移动时，自主移动装置位于第一轨迹点位时获取到的位姿信息为第一位姿信息。其中，第一轨迹点信息记录了在自主移动装置精确追踪目标路径时的位姿信息。而第一位姿信息是自主移动装置在追踪目标路径时的实际位姿信息。

27、因此，通过比对第一轨迹点信息和第一位姿信息，即可判断出自主移动装置相对目标路径的偏离信息。

28、能够理解的是，当自主移动装置偏离目标路径时，偏离信息能够反映出自主移动装置当前与第一轨迹点位之间的偏差值。当自主移动装置没有偏离目标路径时，偏离信息为0或者空白值。

29、能够理解的是，偏离信息可以是自主移动装置在当前时间点下与目标路径之间的偏离信息。偏离信息还可以是自主移动装置按照当前的第一位姿运动时，即将与目标路径之间产生的偏离信息。

30、在得到自主移动装置与目标路径之间的偏离信息后，基于偏离信息生成对应的控制信息，通过控制信息控制自主移动装置移动，能够消除自主移动装置与目标路径之间的偏离，实现纠偏。

31、本技术技术方案通过获取自主移动装置在移动至任一轨迹点位时的位姿信息，通过位姿信息和轨迹点位信息来对自主移动装置的移动状态进行纠偏，移动控制的计算复杂度低，能够实现高效、精准的路径追踪。

32、在本技术的一些技术方案中，可选地，第一轨迹点位的第一轨迹点信息包括第二位姿信息；根据第一位姿信息和轨迹点信息，确定自主移动装置相对目标路径的偏离信息的步骤，包括：以第二位姿信息为原点建立轨迹坐标系；将第一位姿信息转换到轨迹坐标系下，得到偏离信息。

33、在该技术方案中，第一轨迹点信息中包括第二位姿信息，该第二位姿信息具体为当自主移动装置移动至第一轨迹点位时的标准位姿信息。当自主移动装置移动至第一轨迹点位时，如果自主移动装置实际的第一位姿信息与第一轨迹点信息中的第二位姿信息相同，则说明自主移动装置精准追踪目标路径，自主移动装置与目标路径之间不存在偏差。

34、而如果自主移动装置实际的第一位姿信息与第一轨迹点信息中的第二位姿信息不同，则说明自主移动装置与目标路径之间存在偏差，此时根据第一位姿信息和第二位姿信息之间的偏离信息对自主移动装置进行纠偏。

35、具体地，定义大地坐标系和轨迹坐标系，其中，轨迹坐标系为轨迹信息对应的坐标系，第二位姿信息为轨迹坐标系下的位姿数据。大地坐标系为标准坐标系，自主移动装置在移动时获取到的自身的位姿信息为大地坐标系下的位姿数据。

36、设第二位姿信息为(xs，ys，θs)，第一位姿信息为(xg，yg，θg)。

37、将第二位姿信息设为轨迹坐标系的原点，并将第一位姿信息由大地坐标系换算到轨迹坐标系下。由于第一轨迹点位对应的第二位姿信息为原点，因此将第一位姿信息换算到轨迹坐标系下之后的坐标就是自主移动装置的移动偏差，也即上述偏离信息。示例性地，偏离信息为：ex＝xs，ey＝ys，eθ＝θs。其中，ex为x轴坐标的偏离值，ey为y轴坐标的偏离值，eθ为姿态偏离值。

38、本技术技术方案通过轨迹信息记录每一个轨迹点位对应的标准位姿信息，并以标准位姿信息为原点建立轨迹坐标系，通过将自主移动装置的实际位姿坐标换算到轨迹坐标系下，即可得到自主移动装置与目标路径之间的偏离信息，计算复杂度低，能够降低自主移动装置移动纠偏的复杂度。

39、在本技术的一些技术方案中，可选地，根据偏离信息确定控制信息的步骤，包括：通过比例积分控制算法和偏离信息确定控制信息。

40、在该技术方案中，自主移动装置的位姿包括三个自由度，分别为x轴坐标自由度、y轴坐标自由度和姿态角自由度，通过比例积分(proportional-integral-derivative，pid)控制算法，分别计算每个自由度上的控制信息，具体包括x轴方向上的速度控制信息vx、y轴方向上的速度控制信息vy和角速度ω。

41、示例性地，定义大地坐标系xg-yg，自主移动装置的平台坐标系xb-yb和轨迹信息的轨迹坐标系xs-ys。其中，大地坐标系为标准坐标系，第一位姿信息为大地坐标系下的位姿信息，第二位姿信息为轨迹坐标系下的位姿信息。

42、自主移动装置实时获取地面坐标系下的第一位姿信息(xg，yg，θg)，以第二位姿信息为原点生成轨迹坐标系，则第一位姿信息在轨迹坐标系下的坐标为(xs，ys，θs)。由于轨迹点对应的标准位姿信息为轨迹坐标系下的原点，因此自主移动装置在轨迹坐标系下的位姿信息就是运动偏差ex＝xs，ey＝ys，eθ＝θ，在三个自由度上分别使用pid控制算法，得到输出的控制速度vx、vy和角速度ω。

43、本技术技术方案通过pid控制算法来输出控制速度和控制角速度，减小了自主移动装置的移动控制的计算复杂度。

44、在本技术的一些技术方案中，可选地，自主移动装置包括舵轮；控制信息包括速度控制信息和角速度控制信息；基于控制信息控制自主移动装置沿目标路径移动的步骤，包括：根据速度控制信息和角速度控制信息，确定舵轮的转速和朝向角；根据转速和朝向角控制舵轮运动，以使自主移动装置沿目标路径移动。

45、在该技术方案中，自主移动装置包括车体和舵轮，舵轮设置在车体上，用于驱动自主移动装置移动。示例性地，舵轮的数量为2个。

46、在得到控制信息，具体包括速度控制信息和角速度控制信息后，将速度控制信息和角速度控制信息换算为舵轮的转速和朝向角，从而通过转速控制舵轮的驱动电机按照设定好的转速工作，并根据朝向角控制舵轮的转向电机改变舵轮的朝向角，从而改变自主移动装置的移动速度和移动方向，使自主移动装置能够准确沿着目标路径运动。

47、本技术技术方案将自主移动装置的速度控制信息和角速度控制信息转换为舵轮的转速和朝向角，从而控制自主移动装置的舵轮运动，实现了精确的移动控制。

48、在本技术的一些实施例中，舵轮包括第一舵轮和第二舵轮，第一舵轮与第二舵轮之间的距离为第一距离；根据速度控制信息和角速度控制信息，确定舵轮的转速和朝向角的步骤，包括：根据速度控制信息、角速度控制信息和第一距离，分别确定第一舵轮对应的第一转速和第一朝向角，以及第二舵轮对应的第二转速和第二朝向角；根据转速和朝向角控制舵轮运动的步骤，包括：根据第一转速和第一朝向角控制第一舵轮运动，并根据第二转速和第二朝向角控制第二舵轮运动。

49、在本技术实施例中，自主移动装置的舵轮数量为2个，具体包括第一舵轮和第二舵轮。第一舵轮和第二舵轮均设置在车体上，用于驱动自主移动装置进行移动。其中，第一舵轮和第二舵轮之间的距离为第一距离d。

50、示例性地，第一舵轮和第二舵轮在自主移动装置的行进方向上前后分布。

51、示例性地，第一舵轮和第二舵轮之间的距离具体为第一舵轮的轴心与第二舵轮的轴心之间的距离。

52、具体地，在得到自主移动装置的速度控制信息和角速度控制信息后，需要经过速度分解得到两个舵轮的速度和朝向。示例性地，设第一舵轮的速度和朝向分别为vf和θf，设第二舵轮的速度和朝向分别为vr和θr。

53、由于两个舵轮固定在自主移动装置的车身上，因此两个舵轮在y轴方向上的速度分量相等，设速度方向与x轴之间的夹角为α，则满足以下公式(1)：

54、vsinα＝vfsinθf＝vrsinθr；   (1)

55、第一舵轮和第二舵轮沿x轴方向的运动可以堪称是差速运动，因此满足以下公式(2)和公式(3)：

56、

57、

58、联立上述公式可解得：

59、

60、

61、

62、

63、其中，v为速度控制信息，ω为角速度控制信息，vf为第一转速，θf为第一朝向角，vr为第二转速，θr为第二朝向角，α为速度方向与x轴之间的夹角，d为第一距离，θ为姿态信息。

64、通过上述公式，即可求得第一舵轮的第一转速和第一朝向角，以及第二舵轮的第二转速和第二朝向角，通过第一转速、第一朝向角、第二转速和第二朝向角分别控制第一舵轮和第二舵轮工作，实现对自主移动装置的精确移动控制。

65、本技术技术方案通过pid控制算法，基于自主移动装置的实时位姿和轨迹信息的偏离信息确定控制信息，并基于控制信息分别求得每个舵轮的转速和朝向，实现了自主移动装置的精确移动控制。

66、在本技术的一些技术方案中，可选地，轨迹点信息包括：轨迹点位对应的位置信息、轨迹点位对应的姿态信息、轨迹点位对应的速度信息和轨迹点位对应的角速度信息。

67、在该技术方案中，轨迹点信息包括轨迹点对应的位置信息和姿态信息，其中，位置信息为轨迹坐标系下的坐标信息，姿态信息为姿态角，示例性地，轨迹点对应的位置信息和姿态信息为：(xs，ys，θs)。轨迹点的位置信息和姿态信息指示了在自主移动装置精准追踪目标路径的情况下，自主移动装置到达轨迹点位时的理想位姿。

68、轨迹点信息还包括轨迹点位对应的速度信息和角速度信息，速度信息和角速度信息指示了在自主移动装置精准追踪目标路径的情况下，自主移动装置到达轨迹点位时的理想移动速度和角速度。

69、本技术技术方案通过轨迹点信息记录每个轨迹点下的理想位姿和理想运动参数，自主移动装置可以根据自身的实际位姿、实际速度与轨迹点信息记录的数据比对来实现实时纠偏，实现了高精度的轨迹追踪控制。

70、本技术第二方面提供了一种自主移动装置的控制装置，包括：生成模块，用于根据目标路径生成轨迹信息；获取模块，用于获取自主移动装置的第一位姿信息；确定模块，用于根据第一位姿信息和轨迹信息确定控制信息；控制模块，用于基于控制信息控制自主移动装置沿目标路径移动。

71、在该技术方案中，自主移动装置可以为自主移动机器人。

72、在自主移动装置工作时，上位机为自主移动装置规划移动路径，该移动路径即目标路径。自主移动装置根据目标路径生成对应的轨迹信息，示例性地，目标路径可以是直线路径、圆弧路径或贝塞尔曲线路径等。

73、轨迹信息用于指引自主移动装置沿目标路径移动，示例性地，轨迹信息包括目标路径上多个路径点的坐标信息、转弯处的角度信息、关键位置点信息等。

74、在相关技术中，对于amr等全向移动的机器人，其具有较高的移动灵活性，但当移动路径为曲线时，在可移动机器人根据轨迹信息跟踪目标路径移动时，需要对机器人的运动方向进行实时计算，如实施计算机器人的旋转半径，计算量较大。为了简化计算量，现有技术一般会采用限制机器人进行路径跟踪时的运动方式来降低控制复杂度，这样会导致机器人的灵活性降低。

75、针对上述问题，本技术实施例在自主移动装置沿着目标路径移动时，获取自主移动装置的第一位姿信息，并基于自主移动装置的第一位姿信息和轨迹信息生成控制信息，通过控制信息控制自主移动装置沿着设定好的目标路径移动，过程中无需实时计算自主移动装置的旋转半径，同时不会限制自主移动装置的运动方式。

76、通过根据机器人位姿信息与轨迹信息生成的控制信息控制机器人移动，具体为追踪目标路径移动，移动控制的计算复杂度低，灵活度高。

77、本技术技术方案通过轨迹信息和自主移动装置的位姿信息确定控制信息，基于该控制信息控制自主移动装置沿轨迹信息指示的目标路径移动，能够在简化移动控制时的计算复杂度的同时，保持自主移动装置的运动灵活性。

78、本技术第三方面提供了一种自主移动装置的控制装置，包括：存储器，用于存储程序或指令；处理器，用于执行程序或指令时实现如上述任一技术方案中提供的自主移动装置的控制方法的步骤，因此也包括其全部有益效果，为避免重复，在此不再赘述。

79、本技术第四方面提供了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述任一技术方案中提供的自主移动装置的控制方法的步骤，因此也包括其全部有益效果，为避免重复，在此不再赘述。

80、本技术第五方面提供了一种自主移动装置，包括：如上述任一技术方案中提供的自主移动装置的控制装置；和/或如上述任一技术方案中提供的可读存储介质，因此也包括其全部有益效果，为避免重复，在此不再赘述。