[發明專利]一種基于柵格法的掃地機器人全遍歷路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201910654234.0
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110361017B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 龍強;陳飛陽
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01C21/32
• 分類號: G01C21/32
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種基于柵格法的掃地機器人全遍歷路徑規劃方法，以智能掃地機器人為切入點，將智能機器人對清潔區域的清掃分為了柵格地圖的建立、矩形區域的劃分、矩形區域內的遍歷、矩形區域的遍歷順序和柵格地圖的遍歷五個步驟進行。得到的全遍歷路徑覆蓋率高，規劃方法執行過程簡單，使用難度低，靈活性強，能廣泛的適用于各種掃地機器人的工作場景中。

技術領域

本發明屬于路徑規劃技術領域，具體涉及一種基于柵格法的掃地機器人全遍歷路徑規劃方法。

背景技術

掃地機器人作為服務機器人的一種，是目前使用最多的服務機器人，能夠進行室內外地面的清潔。掃地機器人將機器人技術聯合清掃吸塵技術，集機械、傳感器、智能控制、人機交互、計算機等多個學科，應用傳感器技術、定位技術、全遍歷清掃路徑規劃技術、自主回充和電源技術實現特定功能。環境清掃屬于耗時，重復性高的工作，掃地機器人的出現解決了這個問題，將人們從單挑枯燥的清掃工作中解救出來，很大程度地降低了勞動成本、提高了工作效率，具有很重要的研究意義。

掃地機器人的路徑規劃是掃地機器人基本的問題，機器人感知周圍環境后，按照某種規劃方法規劃出一條與環境障礙無碰撞并實現全區域覆蓋的路徑。因此掃地機器人要解決幾個問題：對清潔區域進行全遍歷的清掃；要避開障礙物；尋求最優路徑。

路徑規劃的目標是在封閉區域內實現機器人的移動路徑對工作區域的最大覆蓋率和最小重復率。覆蓋率和重復率是掃地機器人路徑規劃最主要的兩個評估標準。清潔機器人的全區域覆蓋路徑規劃可以分為未知環境全區域覆蓋、已知環境全區域覆蓋。

現有的路徑規劃方法有往返式路徑規劃和內螺旋式路徑規劃。往返式路徑規劃就是掃地機器人沿著某一個方向前進，遇到障礙物后移一個車身轉彎掉頭繼續行進，如此來回運動以達到遍歷整個環境；內螺旋路徑規劃即讓掃地機器人沿著墻壁的邊界移動，遇到障礙物就進行延邊移動，不斷形成一個“回”字型的路徑，最后到達清潔區域的中心點。這種遍歷清潔方法可能會受到環境的限制而被困在某種特定的區域內或者產生掃地機器人無法到達的情況。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的基于柵格法的掃地機器人全遍歷路徑規劃方法解決了現有的掃地機器人遍歷清潔時收到區域限制的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種基于柵格法的掃地機器人全遍歷路徑規劃方法，包括以下步驟：

S1、根據掃地機器人的工作環境，建立柵格地圖并將其劃分為若干個矩形分區；

S2、依次規劃每個矩形分區的無重復遍歷路徑；

S3、確定柵格地圖中各個矩形分區的遍歷順序及跨越各個矩形分區時的路線，在每個矩形分區內按照規劃的無重復遍歷路徑進行清掃，完成掃地機器人的全遍歷路徑規劃。

進一步地，所述步驟S1中建立柵格地圖的方法具體為：

A1、根據掃地機器人的清潔直徑確認柵格的大小；

A2、用若干個柵格覆蓋掃地機器人的工作環境，并確定每個柵格的屬性；

其中，在工作環境掃地機器人不可達區域對應的柵格屬性為黑色，其屬性值為-1，可達區域對應的柵格屬性為白色，其屬性值為0；

A3、將每個柵格用二維數組表示其所在位置，完成柵格地圖的構建；

其中，二維數組A(i,j)表示柵格地圖中第i行第j列的柵格。

進一步地，所述步驟S1中進行劃分矩形分區的方法具體為：

B1、通過貪心算法對柵格地圖進行矩形分區的劃分，得到若干種矩形分區劃分方案；

B2、依次計算每種矩形分區劃分方案方差；

B3、將方差最小的矩形分區劃分方案作為柵格地圖的矩形分區；