[發明專利]一種智能割草機器人混合路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202110251706.5
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112987749A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 陳鏡宇;郭志軍;尹亞昆;鄭帥杰;省東旭;白曉天
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 李現艷

本發明提供一種智能割草機器人混合路徑規劃方法，本發明將內螺旋算法和A星尋路算法相結合，避免了搜索路徑的盲目性，減少了搜索時長，達到在約束條件下的相互彌補，提高智能割草機路徑規劃解決方案的質量和效率；本發明方法相比于單一的路徑規劃方法，可以使智能割草機遇到作業死點時，利用A星尋路算法，縮小了搜索空間，迅速在剩余未作業區域找到最近點，并實現動態規劃和避障功能，保證了智能割草機器人運動過程中的實時性和安全性，完成了智能割草機器人全面有序割草的目標。

技術領域

本發明涉及智能割草機器人的控制技術領域，具體涉及一種智能割草機器人混合路徑規劃方法。

背景技術

由于城鎮規劃和建設步伐的加快以及居民環境保護意識的不斷加強，綠化面積也隨之穩步增加，其中綠化區修剪工作的加大消耗了大量的人力、物力、財力，因此，智能割草機取代人工勢必成為當今的發展趨勢。

智能割草機器人的路徑規劃算法是其關鍵環節，由于隨機路徑規劃算法易實現、成本較低的特點，目前智能割草機大多是采用隨機路徑規劃算法。但是，單一的使用隨機覆蓋法或內外螺旋式路徑規劃算法，存在著較低覆蓋率以及較高重復率的問題，這種路徑規劃方式費時費力，效率極低，不能達到智能割草機器人全面有序割草的目的。

發明內容

本發明的目的是提供一種智能割草機器人混合路徑規劃方法，與傳統的隨機式路徑規劃算法不同，本算法是采用內螺旋算法與A星尋路算法相結合的方式，實現高覆蓋率、低重復率、精確避障的目標，同時，也能滿足智能割草機器人全面有序割草的目的。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種智能割草機器人混合路徑規劃方法，首先構建全局環境地圖，在全局環境地圖的基礎上以內螺旋算法和A星尋路算法相結合進行混合路徑規劃，該混合路徑規劃方法具體包括以下步驟：

S1：利用傳感器組件對外界環境信息進行獲取，并對智能割草機器人進行定位，所述傳感器組件包括但不僅限于CMOS相機、IMU慣性導航系統和激光雷達；

S2：結合獲取的外界環境信息，利用柵格法對全局環境地圖進行構建，搭建智能割草機器人工作空間的環境模型，確定智能割草機器人的初始位置和方向；

S3：先使用內螺旋算法進行全局路徑規劃，按照既定的行走邏輯作業，直至智能割草機運動到作業死點，則跳轉至步驟S4，若按照內螺旋算法進行作業的過程中未遇到作業死點，則跳轉至步驟S5；

S4：當智能割草機運動到作業死點時，利用A星尋路算法對整個工作區域內的剩余區域在柵格地圖上進行新的路徑規劃，得到在剩余區域內距離智能割草機的最近點，然后在新得到的最近點處繼續執行步驟S3；

S5：使用A星尋路算法進行尋路并進行路徑的可視化，即將當前的位置記錄給x和y便于后續行走邏輯的可視化，檢測是否還有未作業的區域，若有則返回步驟S3，反之則智能割草機完成全遍歷有序割草。

進一步的，步驟S2在構建全局環境地圖時，對傳感器組件采集的環境信息，先后利用包括圖像灰度轉化、圖像二值化處理、形態學去噪運算以及圖像校正方法進行圖像預處理，然后利用圖像閾值分割方法、連通域檢測方法識別障礙物區域，最后運用柵格法構建出全局環境地圖。

進一步的，在步驟S3中，內螺旋算法遵循固定的行走邏輯。

進一步的，在步驟S4中，A星尋路算法使用的是廣度優先搜索算法，以計算在未作業區域內距離當前智能割草機器人位置最近的點。

進一步的，在步驟S5中，A星尋路算法是點對點的最短路徑計算方法，起點是當前智能割草機器人作業的死點，終點是利用廣度優先搜索算法計算的距離當前作業死點最近的未清掃的點，利用A星尋路算法讓智能割草機器人擺脫當前作業死點從而繼續進行作業，直至遍歷整個作業區域。