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CN118295402B - 一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN118295402B
CN118295402B CN202410300880.8A CN202410300880A CN118295402B CN 118295402 B CN118295402 B CN 118295402B CN 202410300880 A CN202410300880 A CN 202410300880A CN 118295402 B CN118295402 B CN 118295402B
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Abstract

本申请提供了一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质，属于磁悬浮传输领域。该方法包括：获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；基于第一运动数据与预设条件对目标小车进行刹车预测，得到预测结果；若预测结果表征目标小车需要刹车，则根据第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；基于第二运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；对刹车运动曲线和第一运动曲线进行曲线拼接，得到目标小车的目标运动曲线。本申请能够提高小车的离线运动规划的合理性，从而降低计算负载。

Description

一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及磁悬浮传输领域，尤其涉及一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质。
背景技术
在磁悬浮传输系统中，不同的工位之间组成不同的行驶路段，而不同的行驶路段对于小车运动的约束条件可能会不同。因此，常常会存在小车在前一个路段的运动结束时，小车的当前运动状态可能会不满足新路段的约束条件。
相关技术中，一旦小车的当前运动状态不满足约束条件，会导致离线轨迹规划的方式失效，往往需要采用在线的方式进行运动规划，这一方式对采集精度和计算负载的要求较高，会较大程度地增加运动规划的数据采集难度和计算负载。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质，旨在提高小车的离线运动规划的合理性，从而降低计算负载。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种运动规划方法，所述方法包括：
获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；
基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，所述预测结果用于表征所述目标小车需要刹车，或者用于表征所述目标小车不需要刹车；
若所述预测结果表征所述目标小车需要刹车，则根据所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；
基于所述刹车运动曲线对所述第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；
基于所述第二运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；
对所述刹车运动曲线和所述第一运动曲线进行曲线拼接，得到所述目标小车的目标运动曲线。
在一些实施例，所述第一运动数据包括所述目标小车的初始位置、第一速度、和第一加速度，所述运动约束数据包括最大允许加加速度、最大允许加速度、和最大允许速度；
所述根据所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线，包括：
基于所述第一速度和所述第一加速度对所述第一加速度进行更新，得到第二加速度；
基于所述第一速度、所述第二加速度、所述最大允许加加速度、所述最大允许加速度、和所述最大允许速度对目标小车进行刹车时间计算，得到时间数据，所述时间数据包括所述目标小车将所述第二加速度置零的第一时间、和所述目标小车从所述第一速度减速至小于所述最大允许速度的第二时间；
基于所述第一时间、所述第二时间、所述第一速度、所述第二加速度、所述初始位置、所述最大允许加加速度、和预先获取的精度数据进行运动曲线生成，得到刹车运动曲线。
在一些实施例，所述第一运动数据包括所述目标小车的第一速度；
所述基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，包括：
若确定所述第一速度满足所述预设条件，则所述预测结果表征所述目标小车需要刹车；
若确定所述第一速度不满足所述预设条件，则所述预测结果表征所述目标小车不需要刹车。
在一些实施例，所述第一运动数据包括所述目标小车的第一速度、和第一加速度；
所述基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，包括：
若确定所述第一速度和所述第一加速度满足所述预设条件，则所述预测结果表征所述目标小车需要刹车；
若确定所述第一速度和所述第一加速度不满足所述预设条件，则预测结果表征所述目标小车不需要刹车。
在一些实施例，所述基于所述第一速度和所述第一加速度对所述第一加速度进行更新，得到第二加速度，包括：
根据所述第一速度和所述第一加速度确定所述目标小车的初始行驶状态；
根据所述初始行驶状态对所述第一加速度进行更新，得到所述第二加速度。
在一些实施例，所述初始行驶状态用于表征所述目标小车处于加速状态或减速状态，所述根据所述初始行驶状态对所述第一加速度进行更新，得到所述第二加速度，包括：
若确定所述初始行驶状态表征所述目标小车处于加速状态，则基于预设函数对所述第一加速度进行更新，得到所述第二加速度；
若确定所述初始行驶状态表征所述目标小车处于减速状态，则将第一加速度确定为所述第二加速度。
在一些实施例，在所述基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果之后，所述方法还包括：
若所述预测结果表征所述目标小车不需要刹车，则基于所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行运动规划，得到所述目标小车的目标运动曲线。
为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出了一种运动规划系统，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；
刹车预测模块，用于基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，所述预测结果用于表征所述目标小车需要刹车，或者用于表征所述目标小车不需要刹车；
刹车运动曲线生成模块，用于若所述预测结果表征所述目标小车需要刹车，则根据所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；
数据更新模块，用于基于所述刹车运动曲线对所述第一运动数据进行数据更新，得到所述第二运动数据；
第一运动曲线生成模块，用于基于所述第二运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；
运动曲线拼接模块，用于对所述刹车运动曲线和所述第一运动曲线进行曲线拼接，得到所述目标小车的目标运动曲线。
为实现上述目的，本申请实施例的第三方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法。
为实现上述目的，本申请实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。
本申请提出的运动规划方法和系统、电子设备及存储介质,其通过获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；基于第一运动数据与预设条件对目标小车进行刹车预测，得到预测结果，预测结果用于表征目标小车需要刹车，或者用于表征目标小车不需要刹车，能够对目标小车进行刹车预测，提前判断目标小车是否需要刹车，避免目标小车以第一运动数据进行运动规划不满足运动约束数据。进一步地，若预测结果表征目标小车需要刹车，则根据第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；基于第二运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；对刹车运动曲线和第一运动曲线进行曲线拼接，得到目标小车的目标运动曲线，这一方式能通过引入刹车处理，对第一运动数据满足预设条件的目标小车进行刹车处理，使得目标小车能以第二运动数据进行运动规划，提高小车的离线运动规划的合理性，从而降低计算负载，克服传统轨迹规划方式不能根据任意初始运动状态进行离线轨迹规划的问题。
附图说明
图1是本申请实施例提供的运动规划方法的流程图；
图2是图1中的步骤S102的流程图；
图3是图1中的步骤S102的另一流程图；
图4是图1中的步骤S103的流程图；
图5是图4中的步骤S401的流程图；
图6是图5中的步骤S502的流程图；
图7是本申请实施例提供的运动规划方法的具体流程图；
图8是本申请实施例提供的目标运动曲线的具体示例图；
图9是本申请的另一实施例提供的目标运动曲线的具体示例图；
图10是本申请实施例提供的运动规划系统的结构示意图；
图11是本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
在磁悬浮传输系统中，不同的工位之间组成不同的行驶路段，而不同的行驶路段对于小车运动的约束条件可能会不同。因此，常常会存在小车在前一个路段的运动结束时，小车的当前运动状态可能会不满足新路段的约束条件。
相关技术中，一旦小车的当前运动状态不满足约束条件，会导致离线轨迹规划的方式失效，往往需要采用在线的方式进行运动规划，这一方式对采集精度和计算负载的要求较高，会较大程度地增加运动规划的数据采集难度和计算负载。
因此，本申请实施例提出一种运动规划方法和系统、电子设备及存储介质，旨在提高小车的离线运动规划的合理性，从而降低计算负载。
本申请实施例提供的运动规划方法和系统、电子设备及存储介质，具体通过如下实施例进行说明，首先描述本申请实施例中的运动规划方法。
本申请实施例提供的运动规划方法，涉及磁悬浮传输领域。本申请实施例提供的运动规划方法可应用于终端中，也可应用于服务器端中，还可以是运行于终端或服务器端中的软件。在一些实施例中，终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等；服务器端可以配置成独立的物理服务器端，也可以配置成多个物理服务器端构成的服务器端集群或者分布式系统，还可以配置成提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器端；软件可以是实现运动规划方法的应用等，但并不局限于以上形式。
本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器端计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
需要说明的是，在本申请的各个具体实施方式中，当涉及到需要根据对象信息、对象行为数据，对象历史数据以及对象位置信息等与对象身份或特性相关的数据进行相关处理时，都会先获得对象的许可或者同意，而且，对这些数据的收集、使用和处理等，都会遵守相关法律法规和标准。此外，当本申请实施例需要获取对象的敏感个人信息时，会通过弹窗或者跳转到确认页面等方式获得对象的单独许可或者单独同意，在明确获得对象的单独许可或者单独同意之后，再获取用于使本申请实施例能够正常运行的必要的对象相关数据。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的运动规划方法的一个可选的流程图，图1中的方法可以包括但不限于包括步骤S101至步骤S106：
步骤S101，获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；
步骤S102，基于第一运动数据与预设条件对目标小车进行刹车预测，得到预测结果，预测结果用于表征目标小车需要刹车，或者用于表征目标小车不需要刹车；
步骤S103，若预测结果表征目标小车需要刹车，则根据第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；
步骤S104，基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；
步骤S105，基于第二运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；
步骤S106，对刹车运动曲线和第一运动曲线进行曲线拼接，得到目标小车的目标运动曲线。
本申请实施例所示意的步骤S101至步骤S106，通过获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；基于第一运动数据与预设条件对目标小车进行刹车预测，得到预测结果，预测结果用于表征目标小车需要刹车，或者用于表征目标小车不需要刹车，能够对目标小车进行刹车预测，提前判断目标小车是否需要刹车，避免目标小车以第一运动数据进行运动规划不满足运动约束数据。进一步地，若预测结果表征目标小车需要刹车，则根据第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；基于第二运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；对刹车运动曲线和第一运动曲线进行曲线拼接，得到目标小车的目标运动曲线，这一方式能通过引入刹车处理，对第一运动数据满足预设条件的目标小车进行刹车处理，使得目标小车能以第二运动数据进行运动规划，提高小车的离线运动规划的合理性，从而降低计算负载，克服传统轨迹规划方式不能根据任意初始运动状态进行离线轨迹规划的问题。
首先，对步骤S101进行描述。
在一些实施例的步骤S101中，目标小车指的是需要进行离线运动规划的小车。第一运动数据是目标小车的初始运动数据，第一运动数据包括目标小车的初始位置、结束位置、第一速度、第一加速度、和结束速度，其中，第一速度是目标小车的初始速度，第一加速度是目标小车的初始加速度。运动约束数据是目标小车的行驶路段的运动约束数据，运动约束数据包括最大允许加加速度、最大允许加速度、和最大允许速度。其中，初始位置可以通过位置监测装置获取，位置监测装置包括GPS定位器和视觉传感器中的至少一种；结束位置和结束速度是预先设定的；初始速度和初始加速度可以通过传感器获取。运动约束数据是行驶路段的预先设定参数，可以存储在运动规划方法应用的系统中，也可以存储在其他指定空间，在此不做限制。相应地，预先设定的参数都可以从存储空间中获取。具体地，初始位置即为初始工位，结束位置即为结束工位，目标小车在初始工位和结束工位之间的行驶被运动约束数据所约束。其中，初始位置记为q0，结束位置记为q1，第一速度记为v0，第一加速度记为a0，结束速度记为v1，最大允许加加速度记为Jmax，最大允许加速度记为amax，最大允许速度记为vmax。
接着，对步骤S102进行描述。
请参阅图2，在一些实施例的步骤S102中，运动规划方法可以包括但不限于包括步骤S201至步骤S202：
步骤S201，若确定第一速度满足预设条件，则预测结果表征目标小车需要刹车；
步骤S202，若确定第一速度不满足预设条件，则预测结果表征目标小车不需要刹车。
下面对步骤S201至步骤S202进行详细描述。
在一些实施例的步骤S201中，预设条件用于判断目标小车是否需要刹车，具体地，预设条件可以为第一速度大于最大允许速度。预测结果用于表征目标小车需要刹车，或者用于表征目标小车不需要刹车。在获取第一速度与最大允许速度之后，若确定第一速度满足预设条件，即第一速度大于最大允许速度，则预测结果表征目标小车需要刹车。
在一些实施例的步骤S202中，若确定第一速度不满足预设条件，即第一速度小于或者等于最大允许速度，则预测结果表征目标小车不需要刹车。
通过上述步骤S201至步骤S202能够考虑速度这一重要因素，当第一速度超出最大允许速度时判断需要刹车，可以根据目标小车的速度快速预测运动趋势并作出合理的刹车决策。
请参阅图3，在另一些实施例的步骤S102中，运动规划方法可以包括但不限于包括步骤S301至步骤S302：
步骤S301，若确定第一速度和第一加速度满足预设条件，则预测结果表征目标小车需要刹车；
步骤S302，若确定第一速度和第一加速度不满足预设条件，则预测结果表征目标小车不需要刹车。
下面对步骤S301至步骤S302进行详细描述。
在一些实施例的步骤S301中，预设条件还可以为第一速度大于最大允许速度且第一加速度不等于零、第一速度大于最大允许速度且第一加速度等于零、和第一速度小于或者等于最大允许速度且第一加速度不等于零。具体地，若确定第一速度和第一加速度满足预设条件，即第一速度大于最大允许速度且第一加速度不等于零、或者第一速度大于最大允许速度且第一加速度等于零、或者第一速度小于或者等于最大允许速度且第一加速度不等于零，则预测结果表征目标小车需要刹车。
在一些实施例的步骤S302中，若确定第一速度和第一加速度不满足预设条件，即第一速度小于或者等于最大允许速度且第一加速度等于零，则预测结果表征目标小车不需要刹车。
通过上述步骤S301至步骤S302能够同时考虑速度和加速度这两个重要因素，仅在第一速度小于或者等于最大允许速度且第一加速度等于零的情况下判断不需要刹车，可以根据目标小车的速度与加速度快速且更准确地预测运动趋势并作出合理的刹车决策。
接着，对步骤S103进行描述。
请参阅图4，在一些实施例的步骤S103中，运动规划方法可以包括但不限于包括步骤S401至步骤S403：
步骤S401，基于第一速度和第一加速度对第一加速度进行更新，得到第二加速度；
步骤S402，基于第一速度、第二加速度、最大允许加加速度、最大允许加速度、和最大允许速度对目标小车进行刹车时间计算，得到时间数据，时间数据包括目标小车将第二加速度置零的第一时间、和目标小车从第一速度减速至小于最大允许速度的第二时间；
步骤S403，基于第一时间、第二时间、第一速度、第二加速度、初始位置、最大允许加加速度、和预先获取的精度数据进行运动曲线生成，得到刹车运动曲线。
下面对步骤S401至步骤S403进行详细描述。
请参阅图5，在一些实施例的步骤S401中，运动规划方法可以包括但不限于包括步骤S501至步骤S502：
步骤S501，根据第一速度和第一加速度确定目标小车的初始行驶状态；
步骤S502，根据初始行驶状态对第一加速度进行更新，得到第二加速度。
下面对步骤S501至步骤S502进行详细描述。
在一些实施例的步骤S501中，初始行驶状态用于表征目标小车处于加速状态或减速状态。在获取第一速度和第一加速度之后，可以根据第一速度和第一加速度确定目标小车的初始行驶状态。具体地，若第一速度与第一加速度的乘积大于或者零，即v0×a0≥0，则确定初始行驶状态表征目标小车处于加速状态。若第一速度与第一加速度的乘积小于零，即v0×a0<0，则确定初始行驶状态表征目标小车处于减速状态。
请参阅图6，在一些实施例的步骤S502中，运动规划方法可以包括但不限于包括步骤S601至步骤S602：
步骤S601，若确定初始行驶状态表征目标小车处于加速状态，则基于预设函数对第一加速度进行更新，得到第二加速度；
步骤S602，若确定初始行驶状态表征目标小车处于减速状态，则将第一加速度确定为第二加速度。
下面对步骤S601至步骤S602进行详细描述。
在一些实施例的步骤S601中，第二加速度为目标小车在刹车运动曲线上的初始加速度。预设函数用于变更目标小车的初始加速度，其数学表现形式如公式(1)所示，其中为第二加速度。具体地，若确定初始行驶状态表征目标小车处于加速状态，此时需要驱动模块立即给小车施加最大反向力，将第一加速度代入公式(1)进行计算，得到第二加速度。
在一些实施例的步骤S602中，若确定初始行驶状态表征目标小车处于减速状态，此时驱动模块无需施加反向力，将第一加速度确定为第二加速度，即
通过上述步骤S601至步骤S602能够通过区分目标小车的不同行驶状态，采用相应的加速度更新方法，使得目标小车能够基于第二加速度实现将加速度置零的效果。
通过上述步骤S501至步骤S502能够基于目标小车的速度和加速度更加准确地判断目标小车的运动趋势，并利用速度和加速度的变化规律实现对加速度的精准更新。
在一些实施例的步骤S402中，时间数据用于对目标小车进行刹车运动曲线规划。时间数据包括第一时间和第二时间，其中，第一时间是目标小车将第二加速度置零的时间，第二时间是目标小车从第一速度减速至小于最大允许速度的时间，第一时间记为ts1，第二时间记为ts2。时间数据是基于第一速度、第二加速度、最大允许加加速度、最大允许加速度、和最大允许速度对目标小车进行刹车时间计算得到的。
在一些实施例的步骤S403中，预先获得的精度数据为磁悬浮传输系统对应的数据类型的最小精度，精度数据记为EPS。刹车运动曲线用于指示目标小车如何刹车，刹车运动曲线包括目标小车加加速度与时间的关系、目标小车加速度与时间的关系、目标小车速度与时间的关系、和目标小车的位移与时间的关系。刹车运动曲线是基于第一时间、第二时间、第一速度、第二加速度、初始位置、最大允许加加速度和精度数据进行运动曲线生成得到的。具体地，以基于一种递归式的S型曲线的刹车曲线公式进行刹车运动曲线生成为例，其中，刹车曲线公式分为两部分，具体数学表现形式如公式(2)和公式(3)所示，一部分为时间t处于[0,ts1]，另一部分为时间t处于(ts1,ts2]。当0≤t≤ts1时，刹车运动曲线基于公式(2)生成；当ts1<t≤ts2，刹车运动曲线基于公式(3)生成。
其中，p(t)指的是目标小车在时间t的位置；v(t)指的是目标小车在时间t的速度；a(t)指的是目标小车在时间t的加速度；J(t)指的是目标小车在时间t的加加速度。
在另一些实施例中，刹车运动曲线可以采用T型曲线生成，也可以采用贝叶斯曲线生成。在另一些实施例中，可以通过机械方式代替软件来控制刹车。具体的刹车方式可以基于具体的应用场景进行选择，在此不做限定。
通过上述步骤S401至步骤S403能够利用了目标小车实际运动的物理规律,考虑了运动约束数据的影响,能够生成符合实际情况的刹车运动规律，相比简单采用恒定加速度,更准确地模拟了目标小车复杂的减速变化过程。
接着，对步骤S104进行描述。
在一些实施例的步骤S104中，第二运动数据是目标小车基于刹车运动曲线行驶完成时的运动数据，第二运动数据包括第二位置、结束位置、第二速度、第三加速度、和结束速度，其中，第二位置是目标小车基于刹车运动曲线行驶完成时的位置，第二速度是目标小车基于刹车运动曲线行驶完成时的速度、第三加速度时目标小车基于刹车运动曲线行驶完成时的加速度。具体地，第二运动数据是基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新得到的，作为后续运动规划的初始运动数据。其中，第二位置记为qs，第二速度记为vs，第三加速度为0，结束速度记为v1。
接着，对步骤S105进行描述。
在一些实施例的步骤S105中，第一运动曲线用于指示目标小车从第二位置运动至结束位置，第一运动曲线包括目标小车加加速度与时间的关系、目标小车加速度与时间的关系、目标小车速度与时间的关系、和目标小车的位移与时间的关系。第一运动曲线可以基于时间最优的七段式规划方式进行运动规划得到，基于时间最优的七段式规划方式也称为标准对称7段式S曲线速度规划方式。具体地，假设第一运动曲线包括加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、和减减速段，根据标准对称7段式S曲线速度规划方式计算加加速时间tja、加速时间ta、恒速时间tv、减加速时间tjd、和减速时间td，并基于S型曲线速度规划公式生成第一运动曲线。S型曲线速度规划公式的数学表现形式如公式(4)至公式(10)所示。令t′＝t-ts2，加加速段的运动曲线基于公式(4)生成，匀加速段的运动曲线基于公式(5)生成，减加速段的运动曲线基于公式(6)生成，匀速段的运动曲线基于公式(7)生成，加减速段的运动曲线基于公式(8)生成，匀减速段的运动曲线基于公式(9)生成，减减速段的运动曲线基于公式(10)生成。
其中，alim a指的是目标小车基于第一运动曲线行驶的最大加速度。
其中，vlim指的是目标小车在匀速段的速度。
其中，T指的是目标小车基于第一运动曲线行驶的总时间。
其中，alim d指的是目标小车基于第一运动曲线行驶的最小加速度。
需要说明的是，由于通过刹车规划提前将目标小车的加速度置零，因此后续能够采用标准对称7段式S曲线速度规划方式进行运动规划，进而能够达到整体运动规划的时间最优的效果。
接着，对步骤S106进行描述。
在一些实施例的步骤S106中，目标运动曲线用于指示目标小车从初始位置运动至结束位置，目标运动曲线包括目标小车加加速度与时间的关系、目标小车加速度与时间的关系、目标小车速度与时间的关系、和目标小车的位移与时间的关系。曲线拼接可以基于运动曲线的参数类型将刹车运动曲线和第一运动曲线进行拼接，从而得到目标小车的目标运动曲线，即刹车运动曲线和第一运动曲线中均包括目标小车加加速度与时间的曲线、目标小车加速度与时间的曲线、目标小车速度与时间的曲线、和目标小车的位移与时间的曲线共四种运动曲线参数类型，将刹车运动曲线中的目标小车加加速度与时间的曲线与第一运动曲线中的目标小车加加速度与时间的曲线进行拼接；将刹车运动曲线中的目标小车加速度与时间的曲线与第一运动曲线中的目标小车加速度与时间的曲线进行拼接；将刹车运动曲线中的目标小车速度与时间的曲线与第一运动曲线中的目标小车速度与时间的曲线进行拼接；将刹车运动曲线中的目标小车的位移与时间的曲线与第一运动曲线中的位移与时间的曲线进行拼接，从而得到目标运动曲线。具体地，由于刹车运动曲线在时间上是位于第一运动曲线之前的，因此，预定拼接顺序可以设置为将刹车运动曲线拼接在第一运动曲线之前，并基于预定拼接顺序拼接刹车运动曲线和第一运动曲线。
在另一些实施例中，若预测结果表征目标小车不需要刹车，则基于第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到目标小车的目标运动曲线，此时的目标运动曲线不包括刹车运动曲线。
请参阅图7，图7是本申请实施例提供的运动规划方法的具体流程图。首先，输入第一运动数据和运动约束数据，其具体实施过程与步骤S101的具体实施过程类似，在此不做赘述。其次，判断第一运动数据是否满足预设条件，其具体实施过程与步骤S102的具体实施过程类似，在此不做赘述。接着，若第一运动数据满足预设条件，则计算第一时间和第二时间，得到刹车运动曲线，其具体实施过程与步骤S401至步骤S403的具体实施过程类似，在此不做赘述。在获取刹车运动曲线之后，更新第一运动数据，得到第二运动数据，其具体实施过程与步骤S104的具体实施过程类似，在此不做赘述。若第一运动数据不满足预设条件，则计算加加速时间、加速时间、恒速时间、减加速时间、和减速时间，再计算目标运动曲线，其具体实施过程与步骤S105至步骤S106的具体实施过程类似，在此不做赘述。
请参阅图8，图8是本申请实施例提供的目标运动曲线的具体示例图。图8对应的实施例的第一运动数据和运动约束数据设置为q0＝0m，q1＝10m，v0＝4m/s，a0＝0.5m/s2，v1＝1m/s，Jmax＝3m/s3，amax＝2m/s2，vmax＝3m/s，这一情况下，初始加速度为正，即初始行驶状态表征目标小车处于加速状态，因此，本实施例需要驱动模块给出反向力使加速度突变，从而使得目标小车立即减速。
请参阅图9，图9是本申请的另一实施例提供的目标运动曲线的具体示例图。图9对应的实施例的第一运动数据和运动约束数据设置为q0＝0m，q1＝10m，v0＝4m/s，a0＝-2m/s2，v1＝1m/s，Jmax＝3m/s3，amax＝2m/s2，vmax＝3m/s，这一情况下，初始加速度为负，即初始行驶状态表征目标小车处于减速状态，因此，本实施例不需要驱动模块给出反向力使加速度突变，只需要按照a0继续行驶就能使得目标小车减速。
需要说明的是，本申请提供的运动规划方法适用于目标小车跨路段行驶的应用场景。假设目标小车的行驶路段包括路段A、路段B、和路段C，目标小车依次经过路段A、路段B、和路段C，每一路段都有一个路段开始位置和一个路段结束位置，目标小车的初始位置为路段A开始位置，目标小车的结束位置为路段C结束位置，目标小车的第一速度为目标小车在路段A开始位置的速度，目标小车的第一加速度为目标小车在路段A开始位置的加速度，目标小车的结束速度为预先设定的目标小车在路段C结束位置的速度，其中，路段A和路段B的运动约束数据相同，但均与路段C的运动约束数据不同，则先根据运动约束数据将行驶路段进行分段，由于路段A与路段B的运动约束数据相同并且路段A与路段B相衔接，则将路段A与路段B作为一个路段，记为第一路段；由于路段C与第一路段的运动约束数据不同，则将路段C作为一个路段，记为第二路段。
其次，将本申请提供的运动规划方法分别应用于第一路段和第二路段。具体地，在第一路段中，路段A开始位置为初始位置，路段B结束位置为结束位置，结束速度可以设置为小于路段B最大允许速度的任一速度，在路段A开始位置的速度为第一速度，在路段A开始位置的加速度为第一加速度，此时运动约束数据为第一路段对应的运动约束数据，而后的具体实施过程与步骤S101至步骤S106的具体实施过程类似，在此不做赘述。
在第二路段中，路段C开始位置为初始位置，路段C结束位置为结束位置，结束速度为预先设定的目标小车在路段C结束位置的速度，在路段B结束位置的速度为第一速度，在路段B结束位置的加速度为第一加速度，此时运动约束数据为第二路段对应的运动约束数据，第一速度和第一加速度可以通过第一路段对应生成的目标运动曲线获取，而后的具体实施过程与步骤S101至步骤S106的具体实施过程类似，在此不做赘述。
在获取到第一路段对应的目标运动曲线和第二路段对应的目标运动曲线之后，通过拼接第一路段对应的目标运动曲线和第二路段对应的目标运动曲线，能够获得跨路段的目标运动曲线。
在跨路段行驶的应用场景中，即在运动约束数据为多个路段的不同的运动约束数据的具体场景下，通过本申请提供的运动规划方法，能够使目标小车在变换路段时的当前运动状态不会超出新路段的约束。
请参阅图10，本申请实施例还提供一种运动规划系统，可以实现上述运动规划方法，该系统包括：
数据获取模块1001，用于获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；
刹车预测模块1002，用于基于第一运动数据与预设条件对目标小车进行刹车预测，得到预测结果，预测结果用于表征目标小车需要刹车，或者用于表征目标小车不需要刹车；
刹车运动曲线生成模块1003，用于若预测结果表征目标小车需要刹车，则根据第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；
数据更新模块1004，用于基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；
第一运动曲线生成模块1005，用于基于第二运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；
运动曲线拼接模块1006，用于对刹车运动曲线和第一运动曲线进行曲线拼接，得到目标小车的目标运动曲线。
该运动规划系统的具体实施方式与上述运动规划方法的具体实施例基本相同，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述运动规划方法。该电子设备可以为包括平板电脑、车载电脑等任意智能终端。
请参阅图11，图11示意了另一实施例的电子设备的硬件结构，电子设备包括：
处理器1101，可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Apblication Specific Integrated Cir cuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；
存储器1102，可以采用只读存储器(Read Only Memory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等形式实现。存储器1102可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1102中，并由处理器1101来调用执行本申请实施例的运动规划方法；
输入/输出接口1103，用于实现信息输入及输出；
通信接口1104，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIF I、蓝牙等)实现通信；
总线1105，在设备的各个组件(例如处理器1101、存储器1102、输入/输出接口1103和通信接口1104)之间传输信息；
其中处理器1101、存储器1102、输入/输出接口1103和通信接口1104通过总线1105实现彼此之间在设备内部的通信连接。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述运动规划方法。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。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。
本申请实施例提供的运动规划方法、运动规划系统、电子设备及存储介质,其通过获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；基于第一运动数据与预设条件对目标小车进行刹车预测，得到预测结果，预测结果用于表征目标小车需要刹车，或者用于表征目标小车不需要刹车，能够对目标小车进行刹车预测，提前判断目标小车是否需要刹车，避免目标小车以第一运动数据进行运动规划不满足运动约束数据。进一步地，若预测结果表征目标小车需要刹车，则根据第一运动数据和运动约束数据对目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；基于刹车运动曲线对第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；基于第二运动数据和运动约束数据对目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；对刹车运动曲线和第一运动曲线进行曲线拼接，得到目标小车的目标运动曲线，这一方式能通过引入刹车处理，对第一运动数据满足预设条件的目标小车进行刹车处理，使得目标小车能以第二运动数据进行运动规划，提高小车的离线运动规划的合理性，从而降低计算负载，克服传统轨迹规划方式不能根据任意初始运动状态进行离线轨迹规划的问题。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的全部或部分可以以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中，包括多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)执行本申请各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。
以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种运动规划方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据，所述第一运动数据包括所述目标小车的初始位置、第一速度、和第一加速度，所述运动约束数据包括最大允许加加速度、最大允许加速度、和最大允许速度；
基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，所述预测结果用于表征所述目标小车需要刹车，或者用于表征所述目标小车不需要刹车；
若所述预测结果表征所述目标小车需要刹车，则根据所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；
基于所述刹车运动曲线对所述第一运动数据进行数据更新，得到第二运动数据；
基于所述第二运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；
对所述刹车运动曲线和所述第一运动曲线进行曲线拼接，得到所述目标小车的目标运动曲线；
其中，所述根据所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线，包括：
基于所述第一速度和所述第一加速度对所述第一加速度进行更新，得到第二加速度；
基于所述第一速度、所述第二加速度、所述最大允许加加速度、所述最大允许加速度、和所述最大允许速度对目标小车进行刹车时间计算，得到时间数据，所述时间数据包括所述目标小车将所述第二加速度置零的第一时间、和所述目标小车从所述第一速度减速至小于所述最大允许速度的第二时间；
基于所述第一时间、所述第二时间、所述第一速度、所述第二加速度、所述初始位置、所述最大允许加加速度、和预先获取的精度数据进行运动曲线生成，得到刹车运动曲线。
2.根据权利要求1所述的一种运动规划方法，其特征在于，所述第一运动数据包括所述目标小车的第一速度；
所述基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，包括：
若确定所述第一速度满足所述预设条件，则所述预测结果表征所述目标小车需要刹车；
若确定所述第一速度不满足所述预设条件，则所述预测结果表征所述目标小车不需要刹车。
3.根据权利要求1所述的一种运动规划方法，其特征在于，所述第一运动数据包括所述目标小车的第一速度、和第一加速度；
所述基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，包括：
若确定所述第一速度和所述第一加速度满足所述预设条件，则所述预测结果表征所述目标小车需要刹车；
若确定所述第一速度和所述第一加速度不满足所述预设条件，则预测结果表征所述目标小车不需要刹车。
4.根据权利要求1所述的一种运动规划方法，其特征在于，所述基于所述第一速度和所述第一加速度对所述第一加速度进行更新，得到第二加速度，包括：
根据所述第一速度和所述第一加速度确定所述目标小车的初始行驶状态；
根据所述初始行驶状态对所述第一加速度进行更新，得到所述第二加速度。
5.根据权利要求4所述的一种运动规划方法，其特征在于，所述初始行驶状态用于表征所述目标小车处于加速状态或减速状态，所述根据所述初始行驶状态对所述第一加速度进行更新，得到所述第二加速度，包括：
若确定所述初始行驶状态表征所述目标小车处于加速状态，则基于预设函数对所述第一加速度进行更新，得到所述第二加速度；
若确定所述初始行驶状态表征所述目标小车处于减速状态，则将第一加速度确定为所述第二加速度。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种运动规划方法，其特征在于，在所述基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果之后，所述方法还包括：
若所述预测结果表征所述目标小车不需要刹车，则基于所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行运动规划，得到所述目标小车的目标运动曲线。
7.一种运动规划系统，所述运动规划系统应用于权利要求1至权利要求6任一项所述的运动规划方法，其特征在于，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取目标小车的第一运动数据和运动约束数据；
刹车预测模块，用于基于所述第一运动数据与预设条件对所述目标小车进行刹车预测，得到预测结果，所述预测结果用于表征所述目标小车需要刹车，或者用于表征所述目标小车不需要刹车；
刹车运动曲线生成模块，用于若所述预测结果表征所述目标小车需要刹车，则根据所述第一运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行刹车运动曲线生成，得到刹车运动曲线；
数据更新模块，用于基于所述刹车运动曲线对所述第一运动数据进行数据更新，得到所述第二运动数据；
第一运动曲线生成模块，用于基于所述第二运动数据和所述运动约束数据对所述目标小车进行运动规划，得到第一运动曲线；
运动曲线拼接模块，用于对所述刹车运动曲线和所述第一运动曲线进行曲线拼接，得到所述目标小车的目标运动曲线。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述的一种运动规划方法。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的一种运动规划方法。
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