[發明專利]一種安防機器人全覆蓋遍歷巡邏路徑的規劃方法

在審

• 申請號: 201811117539.X
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109189072A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 李彩虹;王志強;王鳳英;方春;宋勇;李貽斌
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發明公開了一種安防機器人全覆蓋遍歷巡邏路徑的規劃方法，它包括以下步驟：構造安防機器人的混沌路徑控制器并求解每個時刻機器人的遍歷規劃軌跡；在Arnold混沌方程中選擇高覆蓋率變量進行構造安防機器人的混沌路徑控制器；構造高覆蓋率候選集；設計壓縮映射變換算法；生成安防機器人全覆蓋遍歷巡邏路徑。本發明將Arnold混沌方程中能夠產生最高覆蓋率的變量與安防機器人運動學方程相結合，構造混沌路徑控制器；利用壓縮變換技術，將規劃軌跡映射到指定起點，從而產生連續的全覆蓋遍歷軌跡，提高遍歷覆蓋率，并保持系統的混沌特性不變，能夠滿足安防機器人巡邏路徑所要求的遍歷、隨機和不可預測性等需求。

技術領域

本發明涉及一種移動機器人路徑規劃方法，具體地說是一種安防機器人全覆蓋遍歷巡邏路徑的規劃方法，屬于機器人路徑規劃技術領域。

背景技術

安全問題是全社會共同關注的一件大事，因此安防是各行業，尤其是具有潛在危險的高風險行業所必需重視的一項工作。因此安防監控一直是所有單位的必備部門。近年來，人力成本不斷上漲，很多單位面臨招聘合格安保人員困難的問題。用廉潔人力進行安保巡邏，也存在一定的安全隱患。

隨著全球進入數字化時代，安防機器人以及各種智能安防系統可逐步替代簡單乏味的安保工作，隨著技術的不斷成熟，可以在企業中大規模應用。另外，個人/家庭用戶的安防需要也在增長，成為安防機器人應用的新領域。

自主巡邏是安防機器人必備的功能。要求機器人所規劃的巡邏路徑能夠監測整個工作區域，遍歷每個巡邏軌跡點，實現快速掃描，保證及時發現爆炸物、入侵者或入侵設備等，同時需要具備隨機特性或不可預測性，不能夠被外來者所預測。

目前針對安防機器人路徑規劃算法很少，大都采用預定路線的規劃算法。劉滿祿在“路徑規劃中巡邏機器人中的應用”，設計了二維條碼實現電子地圖與現場節點的匹配進行定位，然后利用拓撲地圖進行路徑規劃。范創偉的發明專利“機器人巡邏路徑控制方法”(專利號：CN 101907891 B)，和張軍等的發明專利“一種夜間巡邏機器人自動循跡方法”(專利號：CN 104932507 B)，都采用的是通過在巡邏路徑上鋪設磁導標循跡進行路徑規劃的方法。這些方法存在問題是巡邏路線單一、固定；不具備自主規劃路徑的能力，與代替人工巡邏的目標相差較遠。

2001年，Yoshihiko Nakamura和Akinori Sekiguchi利用三維混沌Arnold方程構造了第一個混沌機器人，產生全覆蓋遍歷規劃路徑，用來監測、巡邏工作空間。這種規劃路徑具有混沌方程的拓撲遍歷性和對初始值的敏感特性。系統的拓撲遍歷特性，能夠使機器人產生全覆蓋遍歷軌跡，完成遍歷巡邏任務；對初始值的敏感特性，使軌跡具有隨機性，不能夠被外來侵入者所預測。相比于隨機信號，混沌系統還具有確定性，可以被設計者所控制。申請人在發明專利“一種清掃機器人全覆蓋遍歷路徑規劃算法的設計方法”(專利號ZL201610487847.6)中利用二維混沌Standard方程構造了混沌路徑規劃器，實現了巡邏機器人的全覆蓋遍歷規劃任務。利用混沌信號產生全覆蓋遍歷軌跡，是安防機器人進行全覆蓋遍歷路徑規劃、產生巡邏路徑的一個重要研究方向。