[发明专利]一种安防机器人全覆盖遍历巡逻路径的规划方法

说明书

本发明公开了一种安防机器人全覆盖遍历巡逻路径的规划方法，它包括以下步骤：构造安防机器人的混沌路径控制器并求解每个时刻机器人的遍历规划轨迹；在Arnold混沌方程中选择高覆盖率变量进行构造安防机器人的混沌路径控制器；构造高覆盖率候选集；设计压缩映射变换算法；生成安防机器人全覆盖遍历巡逻路径。本发明将Arnold混沌方程中能够产生最高覆盖率的变量与安防机器人运动学方程相结合，构造混沌路径控制器；利用压缩变换技术，将规划轨迹映射到指定起点，从而产生连续的全覆盖遍历轨迹，提高遍历覆盖率，并保持系统的混沌特性不变，能够满足安防机器人巡逻路径所要求的遍历、随机和不可预测性等需求。

技术领域

本发明涉及一种移动机器人路径规划方法，具体地说是一种安防机器人全覆盖遍历巡逻路径的规划方法，属于机器人路径规划技术领域。

背景技术

安全问题是全社会共同关注的一件大事，因此安防是各行业，尤其是具有潜在危险的高风险行业所必需重视的一项工作。因此安防监控一直是所有单位的必备部门。近年来，人力成本不断上涨，很多单位面临招聘合格安保人员困难的问题。用廉洁人力进行安保巡逻，也存在一定的安全隐患。

随着全球进入数字化时代，安防机器人以及各种智能安防系统可逐步替代简单乏味的安保工作，随着技术的不断成熟，可以在企业中大规模应用。另外，个人/家庭用户的安防需要也在增长，成为安防机器人应用的新领域。

自主巡逻是安防机器人必备的功能。要求机器人所规划的巡逻路径能够监测整个工作区域，遍历每个巡逻轨迹点，实现快速扫描，保证及时发现爆炸物、入侵者或入侵设备等，同时需要具备随机特性或不可预测性，不能够被外来者所预测。

目前针对安防机器人路径规划算法很少，大都采用预定路线的规划算法。刘满禄在“路径规划中巡逻机器人中的应用”，设计了二维条码实现电子地图与现场节点的匹配进行定位，然后利用拓扑地图进行路径规划。范创伟的发明专利“机器人巡逻路径控制方法”(专利号：CN 101907891 B)，和张军等的发明专利“一种夜间巡逻机器人自动循迹方法”(专利号：CN 104932507 B)，都采用的是通过在巡逻路径上铺设磁导标循迹进行路径规划的方法。这些方法存在问题是巡逻路线单一、固定；不具备自主规划路径的能力，与代替人工巡逻的目标相差较远。

2001年，Yoshihiko Nakamura和Akinori Sekiguchi利用三维混沌Arnold方程构造了第一个混沌机器人，产生全覆盖遍历规划路径，用来监测、巡逻工作空间。这种规划路径具有混沌方程的拓扑遍历性和对初始值的敏感特性。系统的拓扑遍历特性，能够使机器人产生全覆盖遍历轨迹，完成遍历巡逻任务；对初始值的敏感特性，使轨迹具有随机性，不能够被外来侵入者所预测。相比于随机信号，混沌系统还具有确定性，可以被设计者所控制。申请人在发明专利“一种清扫机器人全覆盖遍历路径规划算法的设计方法”(专利号ZL201610487847.6)中利用二维混沌Standard方程构造了混沌路径规划器，实现了巡逻机器人的全覆盖遍历规划任务。利用混沌信号产生全覆盖遍历轨迹，是安防机器人进行全覆盖遍历路径规划、产生巡逻路径的一个重要研究方向。