[发明专利]自动驾驶车辆运动规划和可重新配置的运动规划处理器

说明书

一种用于自动驾驶车辆的运动规划的系统，该系统包括多个传感器，与多个传感器电通信的多个检测器，以及与多个检测器和自动驾驶车辆的计算系统电通信的运动规划模块。运动规划模块存储一规划图，其中每个节点隐式地或显示地表示时间和变量，所述时间和变量定义自动驾驶车辆的一状态和/或一操作环境。可重新配置的处理器可包括碰撞检测模块和，可选的一最短路径模块。可在编程阶段将预先计算的碰撞数据和反应逻辑/物理节点映射的规划图数据传送至处理器，同时可在运行期间使用该预先计算的碰撞数据和规划图数据。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月10日提交的美国临时申请序列号No.62/348,230和于2017 年1月30日提交的美国临时申请序列号No.62/451,816的优先权，其全部内容，包括所有附图、表格和图形，均通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种自动驾驶车辆运动规划和可重新配置的运动规划处理器。

背景技术

运动规划是确定机器人如何在真实世界操作的一个过程。它是在机器人的起始位置到目标状态之间找到一条无碰撞路径。例如，机器人可能想要移动其手臂来抓取想要的物体，而不与其自身或任何其它物体产生碰撞。执行运动规划以驾驭和操纵物体的能力对应对那些不受严格控制或设计复杂的自然环境而言是至关重要的。机器人首先感知其周围的物理世界的信息，然后计算机确定如何控制物理机器人，使得机器人可在感知的环境中自如行走。

对于包括自动驾驶车辆在内的许多技术而言，高速和低功率的运动规划是一项重要且具有挑战性的任务。自动驾驶车辆面临的挑战包括避免与静态(例如，道路上留下的吊杆或东西)和动态(例如，骑自行车者、行人或其它车辆)障碍物碰撞的能力，高频率重新计划的能力以及处理动态障碍物会如何移动等不确定性问题的能力。

在许多情况下，机器人(包括自动驾驶车辆)的主要限制因素是它们能否在有障碍物的环境中进行实时运动规划。运动规划算法往往是计算密集型的，需要对每个运动进行大量的碰撞检查。

发明内容

提供了用于自动驾驶车辆的专用机器人运动规划硬件。除了用于自动车辆和其他机器人的运动规划的系统和设备之外，还描述了一种可重新配置的处理器，其可以实现用于自动车辆和其他机器人的各种专用机器人运动规划硬件。可重新配置的处理器可以执行特定机器人和/或特定场景的运动规划，然后被重新配置以解决不同机器人和/或场景的运动规划。所述专用机器人运动规划硬件可以完全在硬件电路，或硬件处理器执行的软件中，或硬件电路和由硬件处理器执行的软件的结合中，执行碰撞检测和/或找到最短路径的运动规划操作。可以认为硬件和/或软件功能由“运动规划模块”体现。

用于自主车辆的运动规划的系统可包括多个传感器，与多个传感器电通信的多个检测器，以及与多个检测器电通信的运动规划模块和自动驾驶车辆的计算系统。运动规划模块存储规划图，其中每个节点隐式地或明确地表示时间和变量，所述时间和变量定义自动驾驶车辆的状态和/或操作环境。运动规划模块从多个检测器接收感知数据和样本轨迹，调整沿着规划图中的每个边缘的碰撞概率以解释所述样本轨迹，其中碰撞概率导致与感知数据中的障碍物碰撞，以及确定一条考虑到成本和碰撞概率的路径，并将该路径输出至计算系统。多个检测器可包括物体检测器和障碍物跟踪器。可以包括成本网格，成本网格从物体检测器接收由体素流给出的障碍物位置，并为每个体素分配一个成本修饰器，然后将成本修饰器发送给运动规划模块。

运动规划模块可以包括硬件处理器和存储器。内存存储器可以存储在实时运动规划之前离线生成的规划图，例如网格或其他概率道路图。在一些情况下，运动规划模块包括用于执行并行碰撞检测的硬件碰撞检测单元。在一些情况下，运动规划模块包括可重配置的碰撞检测加速度。预先计算的碰撞数据可以存储在运动规划模块的存储器中，使得在运动规划期间，当接收到感知数据时，运动规划模块的硬件处理器将感知数据与存储在存储器中的预先计算的碰撞数据进行比较以确定碰撞。